CC BY
6
УДК 629.7.01:001.4
МЕТОДИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ КАМЕРЫ-ДЕМОНСТРАТОРА РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ МАЛОЙ ТЯГИ, ИЗГОТОВЛЕННОГО ПО ТЕХНОЛОГИИ
SLM-ПЕЧАТИ
*
И. А.Фесенко , И. В. Дергач, Е. Е. Жигурова, В. В. Гордеев, Н. С. Шестов Научный руководитель - В. П. Назаров
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
В работе рассмотрена методика испытаний на прочность и герметичность камеры-демонстратора, изготовленной методом 3Б-печати из модельного материала.
Ключевыеслова:испытание на прочность и герметичность, рентгеновский контроль, испытание на вибрацию.
THE METHODOLOGY OF TECHNOLOGICAL TESTS OF THE LOW-THRUST ROCKET ENGINE DEMONSTRATOR CHAMBER MANUFACTURED USING SLM
PRINTING TECHNOLOGY
I. A. Fesenko*, I. V. Dergach, E. E. Zhigurova, V. V. Gordeev, N. S. Shestov Scientific supervisor-V. P. Nazarov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochi iprospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: [email protected]
The paper considers a test procedure for the strength and tightness of a demonstrator camera made by 3D printing from a model material.
Keywords:strength and tightness test, X-ray inspection, vibration test.
В настоящее время продолжается совершенствование конструктивных схем и технологии изготовления ракетных двигателей. Используя эти технологии, возможно, получить значительное сокращение трудозатрат, материалов, времени и средств при изготовлении деталей сложной формы.
В частности, технологии селективного аддитивного лазерного сплавления металлического порошка на 3D-принтере (SLM-печать) могут применяться при изготовлении ракетных двигателей малой тяги (РДМТ). Поскольку РДМТ выполняют задачи коррекции, ориентации и стабилизации полета космических аппаратов, они длительное время работают в экстремальных условиях космического пространства. В связи с этим к камерам РДМТ предъявляются повышенные требования по работоспособности, прочности и герметичности.
В российском ракетно-космическом двигателестроении SLM-технологии находятся в стадии экспериментальной отработки. Научно-исследовательские и экспериментальные работы в этом направлении целесообразно проводить с применением образцов-демонстраторов, изготовленных из модельных (недорогостоящих) материалов.
В данной работе рассматриваются основные этапы разрабатываемой методологии испытаний и обеспечения надежности камеры РДМТ на примере камеры-демонстратора,
Секция «Двигатели и энергетические установки летательных и космических аппаратов»
изготовленной из порошкового материала «Силумин» РС-300 на 3D-принтере«Астра 420» ООО «Полихром».
В соответствии со сложившейся в ракетно-космической промышленности логикой построения операционно-маршрутной технологии изготовления деталей и узлов ракетных двигателей, а также с учетом требований отраслевого стандарта ОСТ 92-4928-90 «Система технологического обеспечения разработки и постановки на производство изделий» предлагается выполнять контрольно-испытательные работы в следующем порядке:
• рентгенографический контроль;
• виброиспытания;
• испытания на прочность;
• испытания на герметичность.
Рентгенографический контроль производился наспециализированном рентген-аппарате, аттестованном для проведения контрольных операций в серийном производстве. При рентгенографическом исследовании камеры-демонстратора выявлены несплошности материала в виде отдельных точечных пустот размерами 0,1^0,5 мми протяженные несплошности в виде полос различной длины, вероятно образовавшиеся между слоями наплавленного металла. При этом сквозных пор, трещин и сквозных несплошностей материала не обнаружено. Это дает возможность перейти к следующему этапу испытаний без проведения ремонтных работ.
Виброиспытания предназначены для проверки способности камеры противостоять разрушающему воздействию вибраций, возникающих на активном участке траектории полета ракеты-носителя и при эксплуатации РДМТ в космосе. Виброиспытания камеры-демонстратора проводились в Ресурсном центре СибГУ. Режимы испытаний выбирались в соответствии с рекомендованными, предусмотренными в отраслевой нормативно-методической документации ракетно-космической промышленности.
В результате испытаний установлено, что корпус камеры-демонстратора, изготовленный методом аддитивной технологии из модельного материала «Силумин»-РС300 выдержал вибрационные испытания. Разрушения изделия не произошло. При внешнем осмотре камеры-демонстратора дефектов и нарушений сплошности поверхностей изделия не обнаружено.
Испытание камеры-демонстратора (корпуса камеры) на прочность и герметичность проводятся с использованием специального приспособления.
К приспособлениям для испытаний предъявляют главное требование - они должныобеспечить герметичность,моделировать, и выдерживать нагрузки, которые испытывает изделие в режиме реальной работы. Поэтому все элементы приспособления, работающие под нагрузками, подлежат прочностному расчету [1]. Схема приспособления для испытаний представлена на рис. 1.
10 9 7 8 1 А. 6_ ± 2_
Рис. 1. Схема приспособления для испытаний: 1 - камера; 2 - кольцо упорное; 3 - прижим, 4, 5, 8 - уплотнительные кольца; 6 - шток; 7 - фланец; 9 - шпилька; 10 - штуцер.
Рабочее тело для испытаний подается в полость "А" через входной штуцер (10) и удаляется через выходной. Герметичность полости обеспечивается уплотнительными кольцами (4), (5), (8). Поэтому к сопрягаемым поверхностям камеры - демонстратора (1), а также фланца (7) и прижима (3) с кольцами предъявляется особые требования по шероховатости. Для равномерного прижатия уплотнительного кольца (8) к поверхностям фланца (7) и камеры - демонстратора (1) используются 6 шпилек (9), расположенных равномерно по окружности. Прижим уплотнительных колец (4) и (5) со стороны критического сечения обеспечивается при помощи штока (6). Прочностной расчет нагруженных элементов приспособления показал необходимый для испытания запас по прочности.
Испытание камеры на прочность повоздействием избыточного давления предназначены для подтверждения ее прочности как важнейшего параметра надежности.
Испытания на прочность проводятся путем подачи в полость "А" камеры рабочей жидкости (дистиллированной воды). Давление повышается постепенно от гидронасоса и достигает заданного испытательного давления р=15кг/см2 (150 КПа), затем через 10 мин снижается на 15% до давления, при котором производится внешний осмотр изделия.
Изделие следует считать выдержавшим испытания на прочность, если после испытаний не будет обнаружено разрушений или отклонений геометрической формы или размеров, превышающие заданные КД нормы[2].
Испытание на герметичность проводится методом "аквариума". Он позволяет определить локальные течи в узлах и агрегатах двигателей летательных аппаратов. Изделие погружают в броневанну с дистиллированной водой на глубину от 50 до 200 мм под зеркалом жидкости. При этом изделие должно быть предварительно заполнено воздухом до давления 10 - 20% от испытательного [3].
Затем давление повышают до испытательногор= 12кг/см2(120 КПа) и выдерживают в течении определенного времени, но не менее 3-х минут. Осмотр ведут через бронированные окна в ванне.
Для уверенного определения негерметичности необходимо наблюдение вести до образования не менее трех пузырьков в месте предполагаемой течи. При наличии течи изделие разворачивают местом течи к зеркалу жидкости и отмечают место течи.
В заключение следует отметить, что разработка методологии испытаний и контроля изделий, изготовленных методом аддитивных технологий, является многофакторной задачей, направленной на обеспечение надежности ракетных двигателей на всех стадиях их жизненного цикла.
Библиографические ссылки
1.Самошкина П. Совершенствование методики проектирования приспособлений для испытаний деталей и узлов ракетных двигателей на прочность и герметичность // Решетневские чтения : материалы ХХ Междунар. науч. конф. (9-12 ноября 2016, г. Красноярск) : в 2 ч. / Сибирский гос. аэрокосмический ун-т им. акад. М. Ф. Решетнева. Красноярск, 2016. С. 193-195.
2. Воробей В. В., Логинов В. Е. Технология производства жидкостных ракетных двигателей. М. : Изд-во МАИ, 2001.
3. Технология производства жидкостных ракетных двигателей / В. А. Моисеев, В. А. Тарасов, В. А. Колмыков, А. С. Филимонов // МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008.
© Фесенко И. А.,Дергач И. В., Жигурова Е. Е., Гордеев В. В., Шестов Н. С., 2022
