CC BY
9
Plakhotnikova Elena Vladimirovna, doctor of technical sciences, professor, e_plahotnikova@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Litvinova Irina Vasilevna, candidate of economic sciences, docent, wivaw@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9.047
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА АВИАКОСМИЧЕСКИХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ НА СТАДИИ ИХ ПРЕДПОЛЕТНОЙ ПОДГОТОВКИ
С.В. Сафонов, В.П. Смоленцев, А.В. Мандрыкин
Рассмотрены пути повышения качества наукоемких изделий с использованием электрических методов обработки. Этот вопрос особенно остро стоит в авиакосмическом машиностроении, где любая нештатная ситуация может вызвать не только материальные потери, но и крупный международный резонанс. Подготовка изделий к применению включает множество мероприятий, в том числе с использованием нетрадиционных методов обработки, часть которых может находиться в стадии разработки. В работе рассматривается научный подход к обоснованию выбора технологических способов, обеспечивающих получение заданных эксплуатационных показателей в процессе создания наукоемкой техники
Ключевые слова: качество, наукоемкая техника, электрические методы обработки, авиакосмическое машиностроение.
Для обеспечения требуемого качества создаваемых изделий необходима совместная работа разработчиков-конструкторов, технологов-изготовителей, заказчиков изделий с требуемыми эксплуатационными показателями [1], часть которых может быть воплощена в создаваемом объекте, другие в текущий момент не осуществимы.
Требования заказчиков ограничиваются возможностями как разработчиков так и изготовителей, что выявляется при отработке технологичности [2]. Здесь разработчики могут изготовить макеты или фрагменты новых узлов, выполнить моделирование процессов на современной вычислительной технике. Но даже при положительных результатах этого этапа далеко не всегда изготовитель может делать такие узлы при серийном изготовлении изделия. Возможно, что потребуются новые способы обработки, которыми не владеет производство, а их создание не укладывается в имеющийся временной диапазон освоения нового изделия. Тогда разработчик совместно с изготовителем выполняют отработку производственной технологичности, где приходят к соглашению по использованию различных технологических (как традиционных, так и нетрадиционных) процессов, где особое место занимают электрические методы обработки.
Обычно принятые решения проверяют моделированием или в процессе испытаний в опытном производстве.
Следующий этап отработки технологичности включает анализ и корректировку материалов под серийный выпуск и последующую эксплуатацию изделий (обслуживание, ремонт, регламентные работы и др.). На этом этапе может понадобиться довольно болезненный процесс согласования между заказчиком, разработчиком и изготовителем, где уточняются сроки и затраты, параметры изделия. На это влияют многие факторы, в том числе современные международные санкции. Здесь главной фигурой становится технолог, владеющий созданными и создаваемыми новыми технологическими процессами.
Во всех тепловых двигателях одним из факторов, определяющих качество изделий, является совершенство процесса горения при впрыске топлива через форсунки, конструкция которых все больше усложняется. Это видно на рис. 1.
Рис. 1. Огневой диск ракетного двигателя
69
Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. Вып. 12
В процессе выполнения опытных работ разработчики предложили конструкцию форсунки с перегородкой в канале [3], позволяющую улучшить распыл топлива (рис.2).
Рис.2. Сопло форсунки с разделенным потоком
Диаметр отверстия может быть менее 1мм, а радиусы скругления около 0,1мм. Одну деталь с рассмотренной геометрией можно изготовить слесарно-механическим методом, но не ясно как эффективно выполнять такие высокоточные отверстия, если их на огневой доске может быть несколько сотен. При отработке технологичности было предложено использовать для этой цели комбинированную эрози-онно-химическую обработку[4] непрофилированным проволочным электродом.
Задача еще более усложняется, если профиль канала выполнять в форме сопла Лаваля, что ускоряет поток, отодвигает горячую зону от среза сопла и повышает долговечность форсунок. Для этого предложен новый способ[5] комбинированной обработки, осуществляемый анодным растворением, при одностороннем подводе электрода. Аналогов такому способу пока не выявлено.
Следующим этапом создания новых видов форсунок является использование для этой цели минералокерамики, повышающей теплостойкость на 200-300 градусов. Авторы предложили новый способ [6] изготовдения каналов в керамике с использованием ультразвукового облучения для интенсификации. массовыноса. Это позволило получать каналы различного профиля сечения и по его длине с диаметром менее 10 мкм и глубиной более 100 диаметров.
Дальнейшим развитием этого направления является изготовление керамических фильтров для тонкой очистки топлив для авиационных и ракетных двигателей, где диаметр отверстий может составлять сотые доли миллиметра. Такие фильтры в настоящее время выполняют из нержавеющей стали электронно-лучевой прошивкой. Но там возникает опасность образования на поверхности капель застывшего металла, слабо связных с основой, что опасно для форсунок. Кроме того этот метод позволяет получать только круглые отверстия, что снижает фильтрующую способность изделия, требует увеличения его габаритов и массы.
Нами предложена новая конструкция многоэлектродного [7] инструмента, изготавливаемого из цельной заготовки путем ее частичной разрезки проволочным электродом с диаметром более 0,1 мм.Реализуемый с помощью такого инструмента способ позволяет одновременно прошивать до 500 отверстий ,которые могут иметь как квадратное,так и круглое сечение Предложенный способ позволяет получить качественные фильтры с увеличенной пропускной способностью (по нашим исследованиям до 35%),а при изготовлении многогранных каналов этот показатель возрастает до 40%.
Разработаны камеры сгорания с минералокерамическим теплозащитным покрытием [8]. Создание таких покрытий обеспечило повторный запуск изделий многократного использования космической техники. Если ранее требовалось сохранить работоспособность камеры сгорания и реактивного сопла в течение 4-5 пусков, то предлагаемая технология повышает этот показатель до 20-25,а перед технологами поставлена задача довести возможности двигателя до 50 пусков,что дает громадный экономический эффект.
В статье приведены результаты исследований последних лет, которые воплощены в перспективных изделиях авиакосмической техники для повышения эксплуатационных показателей качества авиакосмических летательных аппаратов на стадии их предполетной подготовки. Проводимые исследования позволяют надеяться, что в последующий период будут созданы прорывные технологии, отвечающие запросам отрасли.
Список литературы
1. Сафонов, С.В. Технологическое обеспечение эксплуатационных характеристик изделий. Воронеж: ИПЦ ВГУ, 2015. 224 с.
2. Сафонов, С.В. Повышение эксплуатационных свойств изделий путем нанесения и удаления покрытий/ С.В. Сафонов, С.Н. Григорьев, В.П. Смоленцев // Вестник Воронежского государственного технического университета, Воронеж: ВГТУ, том 11, №3, 2015. С.15-23.
3. Смоленцев, В.П. Доводка расхода и распыла форсунок для подачи топлива в двигателях летательных аппаратов/ С.В. Сафонов, В.П. Смоленцев, И.И. Коптев. Авиационная техника. 2016, № 4.С. 117-123.
4. Смоленцев Е.В. Проектирование электрических и комбинированных методов обработки/ Е.В. Смоленцев. М.: Машиностроение, 2005. 511с.
5. Патент 2621511 (РФ) Электрод для изготовления конфузорного участка в отверстии форсунки. Авторы: В.П. Смоленцев, С.В. Сафонов, Б.И. Омигов. Заявка 2015110337 от 23.03.15. опуб.06.06.2017. Бюл.№ 16.
6. Портных А.И Технологические режимы плазменного нанесения многослойных термозащитных покрытий/ А.И. Портных, В.П. Смоленцев, Е.В.Паничев//Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т.15. № 1. С. 112-115.
7. Смоленцев В.П. Изготовление фильтров многоэлектродным инструментом/ С.В. Сафонов, В.П. Смоленцев, Ю.В.Шаров. Авиационная техника 2016, № 2. С. 70-74.
8. Смоленцев В.П.Механизм формирования высокоресурсного термостойкого покрытия/ В. П. Смоленцев, А. И. Портных, Е.В.Паничев // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т.15, № 1. С96-99
Сафонов Сергей Владимирович, д-р техн. наук, профессор, Первый проректор, safonov@vorstu. ru, Россия, Воронеж, Воронежский государственный технический университет,
Смоленцев Владислав Павлович, д-р техн. наук, профессор, vsmolen@inbox. ru, Россия, Воронеж, Воронежский государственный технический университет,
Мандрыкин Андрей Владимирович, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, vgtuie@,mail. ru, Россия, Воронеж, Воронежский государственный технический университет
ENSURING OPERATIONAL QUALITY INDICATORS OF AEROSPACE AIRCRAFT AT THE STAGE
OF THEIR PRE-FLIGHT PREPARATION
S. V. Safonov, V.P. Smolentsev, A. V. Mandrykin
The ways of improving the quality of high-tech products using electrical processing methods are considered. This issue is particularly acute in aerospace engineering, where any emergency situation can cause not only material losses, but also a major international resonance. Preparation of products for use includes many activities, including the use of non-traditional processing methods, some of which may be under development. The paper deals with the scientific approach to the justification of the choice of technological methods that provide the specified performance indicators in the process of creating high-tech equipment
Key words: quality, high-tech equipment, electrical processing methods, aerospace engineering.
Safonov Sergey Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, first vice-rector, safonov@vorstu. ru, Russia, Voronezh, Voronezh State Technical University,
Smolentsev Vladislav Pavlovich, doctor of technical sciences, professor, vsmolen@inbox.ru, Russia, Voronezh, Voronezh State Technical University,
Mandrykin Andrey Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, head of department, vgtuie@mail. ru, Russia, Voronezh, Voronezh State Technical University
