АДДИТИВНЫЕ ПРОИЗВОДСТВО РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОЙ ТЯГИ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.76(062)

АДДИТИВНЫЕ ПРОИЗВОДСТВО РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОЙ ТЯГИ

С. П. Перфильев, Н. С. Шестов, Н. В. Казанцев Научный руководитель - М. В. Кубриков

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31

E-mail: perfilev_stepan@mail.ru

Рассмотрена перспектива производства ракетно-космических двигателей малой тяги с помощью аддитивных технологий.

Ключевые слова: аддитивные технологии, ЖРДМТ, ракетно-космическая техника. ADDITIVE MANUFACTURING OF LOW-THRUST AEROSPACE ENGINES

S. P. Perfilev, N. S. Shestov, N. V. Kazantcev Scientific supervisor - M. V. Kubrikov

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: perfilev_stepan@mail.ru

The perspective of production of low-thrust aerospace engines using additive technologies is considered.

Keywords: additive technologies, low-thrust aerospace engine, rocket and space technology.

На сегодняшний день темпы развития промышленности требуют выбора технологий производства, требующих наименьших затрат и выполняемых в кратчайшие сроки. Наряду с новыми и передовыми технологиями можно отметить быстрое развитие аддитивных технологий (AT). Данное производство заключается в последовательном спекании материала с помощью мощного лазерного излучения [1].

При помощи использования AT сокращается время производства и расход материала соответственно, что позволит привести к снижению экономических издержек и увеличению количества производимых деталей.

AT в машиностроительной отрасли пользуются успехом, поскольку можно создавать детали от простых пластин до деталей сложной геометрической формы на подобии шнекоцентробежного колеса. Также при помощи данной технологии можно осуществлять ремонт металлических деталей путем наплавки металлического порошка на место повреждения детали [2].

После изготовления детали на 3D принтере, ее вес становится значительно меньше, чем деталь, изготовленная традиционными способами, а механическая обработка почти не требуется. Прочность почти ничем не уступает прочности деталей, изготовленных, например, литьем [3].

В ходе испытаний NASA было установлено, что детали для ракетных двигателей J-2X и RS-25, изготовленные из никелевых сплавов методом SLM, несколько уступают по плотности материала аналогам, изготовленным литьем с последующей сваркой компонентов. С другой стороны, отсутствие сварочных швов благоприятно влияет на прочность изделий.

Секция «Двигатели и энергетические установки летательных и космических аппаратов»

Также данную технологию в ракетостроении освоила компания Rocket Lab. Ракета Electron, имеющая 9 двигателей Rutherford (RF-1) (которые, по большей части создаются с помощью 3D-ne4ara: камеры сгорания, инжектора, насосы, топливные клапаны), на первой ступени и 1 двигатель (RF-1V) на второй ступени, уже имеет 6 успешных запусков. Компания заявляет, что на изготовление компонентов для одного двигателя им требуется 24 часа [4].

Российский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ) изготовили по AT прототип малоразмерного газотурбинного двигателя (МГТД) для беспилотных летательных аппаратов.

МГТД был изготовлен по новой технологии послойного лазерного сплавления с использованием металлопорошковых композиций жаропрочного и алюминиевого сплавов, созданными специалистами института. Эта технология позволяет получить деталь в 30 раз быстрее, чем традиционными способами, толщина стенки камеры сгорания этого двигателя составила 0,3 мм [5].

Малоразмерный газотурбинный двигатель

Первый успешный опыт внедрения АТ в ВИАМ осуществлен в 2015 г. Тогда впервые в нашей стране был изготовлен из отечественной металлопорошковой композиции завихритель фронтового устройства камеры сгорания перспективного двигателя ПД-14. В настоящее время напечатано более 200 завихрителей [6].

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева является центром компетенций в сфере АТ в Приволжском федеральном округе. Специалисты которого занимаются проектированием и изготовлением деталей газотурбинных двигателей (ГТД) на протяжении нескольких лет. Исследуют технологические свойства металлических порошков при изготовлении деталей методом селективного сплавления, что способствует импортозамещению металлических порошков. [7].

Анализируя выше написанное можно утверждать, что производство ЖРДМТ можно осуществлять с помощью аддитивных технологий. Подтверждением чего служит опыт производства деталей и агрегатов авиакосмической техники как отечественных, так и зарубежных компаний.

Таким образом, рассмотрена перспектива производства с помощью АТ.

Библиографические ссылки

1. Овсянников Б., Боровский Б. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей. М. : Машиностроение, 1971. 540 с.

2. Емцев Б. Техническая гидромеханика: учебник для вузов по специальности «гидравлические машины и средства автоматики». - 2-е издание. М. : Машиностроение, 1987. 440 с.

3. Совершенствование методики определения кавитационной характеристики шнеко-центробежных насосов / В. П. Назаров, Назарова Л. П., Швецова Д. С. и др. // Сибирский журнал науки и технологий. 2018. Т. 19, № 4. С. 644-650.

4. Campbell W. E., Farquh J. Centrifugal Pumps for Rocket Engines [Электронный ресурс]. URL: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19750003130.pdf (дата обращения: 05.04.2020).

5. Карелин В. Я. Кавитационные явления в центробежных и осевых насосах. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1975. 336 с.

6. Краев М., Краева Е. Особенности формирования кавитационных каверн в центробежном высокооборотном насосе [Электронный ресурс]. URL: https://cyberleninka.ru/ article/n/osobennosti-formirovaniyakavitatsionnyh-kavern-v tsentrobezhnom-vysokooborotnom-nasose (дата обращения: 06.04.2020).

7. Моделирование срывной кавитационной характеристики бустерного турбонасосного агрегата и сравнение эксперементальных и численных результатов / И. С. Казеннов, Ю. И. Кана-лин, Полетаев Н. П. и др. // Вестник самарского государственного аэрокосмического университета. 2014. № 5(47), часть 1. С. 188-198.

© Перфильев С. П., Шестов Н. С., Казанцев Н. В., 2020