CC BY
30УДК 621.7.043
В. В. Азингареев
ОАО «Красноярский машиностроительный завод», Россия, Красноярск
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТОДОМ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
Рассмотрена технология изготовления титановых шаробаллонов, применяемых в ракетных двигателях.
Развитие теории ракетных двигателей, совершенствование ракетной техники и уровня производства за последние десятилетия привели к значительному улучшению характеристик жидкостных ракетных двигателей.
На космических летательных аппаратах широко используются двигательные установки с жидкостными ракетными двигателями, в которых для подачи компонентов топлива в камеру сгорания применяются две основные системы: вытеснительная и турбонасос-ная. Требуемые давления компонентов топлива на входе в насосы двигателя обеспечиваются системой наддува топливных баков. Для размещения запасов компонентов ракетного топлива в конструкциях лета -тельных аппаратов применяются шаробаллоны [1].
Традиционная технология изготовления шаробал-лонов заключается в сварке плавлением (электроннолучевая, лазерная или аргонодуговая сварка) двух полусфер. Технология включает сварку давлением двух листовых заготовок с мелкозернистой структурой по периметру и их последующую формовку газом (аргоном) в условиях сверхпластичности. Эта технология обеспечивает структурную однородность и изотропность механических свойств по всему объему сферического баллона. Кроме того, она позволяет изготовлять баллоны с повышенными механическими свойствами и надежностью (рис. 1).
Рис. 1. Шаробаллон: 1 - полусфера; 2 - подкладка; 3 - переходник; 4 - кронштейн
Титановые деформируемые сплавы ВТ6, ВТ6С и ВТ14 с высокими прочностными и антикоррозионными свойствами применяют для изготовления полусфер шаробаллонов, которые характеризуются низкой
теплопроводностью, теплостойкостью, высокой механической прочностью, коррозиестойкостью, хорошей свариваемостью [2].
Процесс изготовления деталей шаробаллонов заключается в формовании полусфер методом последовательной штамповки (рис. 2), механической обработки, сварки и термообработки.
Рис. 2. Метод последовательной штамповки: 1 - пуансон; 2 - бандажное кольцо; 3 - матрица; 4 - выталкиватель формирующий; 5 - штуцерная и донная части поковок; 6 -толкатель; 7 - направляющие колонки
Для увеличения прочности конструкции применяют технологическую операцию термообработки, обеспечивающую прочность за счет изменения структуры материала. Это достигается объемной закалкой путем нагрева полусфер в электропечи и с последующим охлаждением в воде.
В процессе сварки полусфер в сварном шве возникают остаточные напряжения, проявление которых при заполнении шаробаллона компонентами топлива может вызвать его разрушение. Поэтому на этапе термообработки необходимо сделать отпуск сварного шва для снятия внутренних напряжений.
Недостатком термической обработки является то, что изделие приходится помещать в печь в контейнере и нагревать полностью. Это приводит к нарушению режимов нагрева и вызывает появление цветов побежалости на поверхности, свидетельствующие об изменении термодинамических свойств металла, что может привести к нарушению режимов работы двигателей коррекции. Подобные дефекты снижают надежность работы топливной системы, а также всего летательного аппарата.
Решетневскце чтения
Известно существование установок на основе ТВЧ, которые позволяют нагревать только сварной шов для снятия остаточных напряжений. Поэтому существует необходимость проведения конструкторских работ по разработке подобных установок для локального нагрева поверхностей деталей, которые можно было бы использовать и для термообработки шаробаллонов.
Библиографические ссылки
1. Основы конструирования ракет-носителей космических / под ред. В. П. Мишина, В. К. Карраска. М. : Машиностроение, 1991.
2. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей / В. И. Гахун, Г. Г. Баулин и др.; под общ. ред. Г. Г. Гаулина. М. : Наука, 1989.
V. V. Azingareev JSC «Krasnoyarsk Machine-Building Plant», Russia, Krasnoyarsk
FORMING TECHNOLOGIES FEATURES SPHERICAL SURFUCES BY PLASTIC DEFORMATION
The technology of manufacturing titanium spherical balloon, used in rocket engines.
© A3HHrapeeB B. B., 2012
УДК 629.7.067.5
И. О. Бобарика
Иркутский государственный технический университет, Россия, Иркутск
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ БОРЬБЫ С ОБЛЕДЕНЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Выполнен анализ существующих и перспективных направлений борьбы с обледенением летательных аппаратов. Рассмотрена природа возникновения обледенения, определены основные принципы перспективных методов борьбы с обледенением и их отличия от существующих. В ходе исследования была рассмотрена суть наноструктуризации поверхности материала, и приведены результаты исследований гидрофильного, гидрофобного и супергидрофобного наноструктурированного материалов.
Современные методы борьбы с обледенением подразделяются на активные и пассивнее. Пассивные -заключаются в обработке планера противообледени-тельной жидкостью (ПОЖ). Активные представляют собой тепловой, механический, электротепловой и пневматический способы борьбы с обледенением [1].
Однако каждый из указанных методов имеет целый комплекс недостатков:
- увеличение массы летательного аппарата (ЛА);
- существенное энергопотребление;
- внесение дополнительных сложностей в конструкцию ЛА;
- токсичность противооблединительных составов;
- необходимость привлечения специализированной техники и личного состава для обработки ЛА ПОЖ;
- необходимость постоянного слежения за состоянием противообледенительного покрытия («Концепция чистого воздушного судна»).
Более того, большинство борются не с причиной, а с последствиями, что обуславливает необходимость разработки принципиально новых типов противооб-леденительных систем (ПОС) которые позволяли бы бороться именно с причинами обледенения
В настоящее время выделяются следующие перспективные направления:
- разработка материалов с наноструктурированной супергидрофобной поверхностью для обшивки ЛА;
- разработка специальных покрытий, препятствующих образованию обледенения, а именно:
наносимых на поверхность упорядоченных наноструктур;
специальных красок.
По направлению разработки наноструктуриро-ванных материалов для обшивки ЛА исследователями из Гарвардского университета совместно со специалистами университета Висконсина (http://www.membrana.ru/particle/14342) была проведена работа, в результате которой были получены материалы с гидрофобной и наноструктурированной супергидрофобной поверхностями.
Для исследований были взяты три различные пластины: гидрофильная алюминиевая с шероховатой поверхностью, гидрофобная из фторированного кремния с гладкой поверхностью, супергидрофобная из фторированного кремния с наноструктурированной поверхностью. Испытуемые пластины были установлены под углом 30° к горизонту. Осуществлялось
