ОТРАБОТКА ПРИМЕНЕНИЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ МАЛОЙ ТЯГИ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.78

ОТРАБОТКА ПРИМЕНЕНИЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ МАЛОЙ ТЯГИ

*

Ю. Ю. Степанищев , В. В. Зуев, Д. А. Коровин, И. А. Батранюк, Д. В. Шемет Научный руководитель - А. А. Зуев

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

Е-mail: yurastepanishchev@mail.ru

Аддитивные технологии являются перспективным направлением в ракетно-космической отрасли, данный тип производства позволяет изготавливать изделия сложной геометрической формы, которые недоступны при изготовлении традиционными методами.

Ключевые слова: аддитивное производство, аддитивные технологии, ракетный двигатель малой тяги,SLM.

DEVELOPMENT OF THE USE OF ADDITIVE TECHNOLOGIES IN THE MANUFACTURE OF A LOW-THRUST ROCKET ENGINE

Y. Y. Stepanishchev*, V.V. Zuev, D.A. Korovin, I. A. Batranyuk, D. V. Shemet Scientific Supervisor - A. A. Zuev

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochi iprospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

*Е-mail: yurastepanishchev@mail.ru

Additive technologies is a promising direction in the aerospace industry, this type of production allows the manufacture of products of complex geometric shapes, which are not available with traditional methods.

Keywords: additivemanufacturing, additive technologies, low-thrust rocket engine, SLM.

Развитие и внедрение аддитивных технологий производства является одним из приоритетных направлений научно-технологического прогресса в ракетно-космической промышленности. В связи с высокой сложностью и принципиальной новизной данных технологий, на предприятиях отрасли, а так же в научно-образовательных учреждениях проводится большой объём научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Предприятия ракетно-космической области России проявляют повышенный интерес к использованию аддитивных технологий для производства корпусных деталей и двигательных установок [1].

Определяющими факторами перехода с традиционного способа производства на аддитивные технологии, выступающими в качестве основных критериев их выбора, являются тенденции на сокращение затрат производства, короткий производственный цикл, значительное сокращение времени технологической подготовки производства для новых изделий, возможность использования принципиально новых конструкторско-технологических решений, высокий коэффициент использования материала, снижение трудоёмкости, а также улучшение массово-габаритных характеристик летательных

Секция «Двигатели и энергетические установки летательных и космических аппаратов»

аппаратов. При разработке и изготовлении новых изделий, имеющих сложную форму остро стоит проблема выявления различных недоработок конструкции присоздания первого опытного образца. При традиционном способе изготовления изделий или прототипов затрачивается от нескольких недель до нескольких месяцев, что в свою очередь заметно замедляет производственный цикл изделия и его дальнейшую доработку в связи с отсутствием новыхопытных образцов и возможной необходимостью изготовления новой оснастки. Однако применение аддитивных технологий способно значительно упростить этот процесс за счёт значительного сокращения производственного цикла изделия и ненадобностью создания дополнительной оснастки. Данный способ позволяет в короткие сроки создавать реальные физические модели изделий, что способствует выявлению и устранению дефектов, позволяет скорректировать дальнейший процесс проектирования, провести доработку, а также провести прочностные или другие виды испытаний [2].

С этой целью в Сибирском государственном университете разрабатывается проект ракетного двигателя малой тяги - демонстратора, изготовленного методом ЭБ-печати на БЬМпринтере и работающего на экологически чистых газообразных компонентах: газообразный кислород 02и сжатый природный газ метан СН4. Предполагается проведение стендовых огневых испытаний двигателя.

Первые опытные образцы ракетного двигателя были напечатаны на FDM ^шеёБеро8ШопМоёеНп§)принтере с использованием модельного материала (PLA). Они послужили для первоначальных геометрических замеров и визуализации будущей камеры.

И

Рис. 1. Изображение камеры двигателя, напечатанной из модельного материала

Следующим этапом была печать на 8ЬМ(8е1ес11уеЬа8егМе11;т§)принтере с использованием силумина (A1Si10Mg). На данном этапе также были произведены измеренияфактических геометрических размеров камеры. Данные испытания проводились на координатно-измерительной машине (КИМ)ZEISSACCURA.

Данная КИМ предназначена для геометрических измерений поверхностей элементов деталей в ракетно-космической и других отраслях. Оснащенащуповой измерительной головкой с набором щупов разного диаметра и формы. Измерения производились в микропроцессорном режиме с использованием программного обеспечения Calypso.

На основании проведённых замеров была выявлена недостаточная точность фактических размеров камеры. Вероятной причиной несоответствия точности размеров стала термоусадка материала при остывании после ЭБ-печати.

Проведен термодинамический и газодинамический расчет для камеры двигателя, с использованиеминконеля, работающей на компонентах метан и газообразный кислород.

Определены рабочие энергетические параметры, тепловые, динамические и статические нагрузки на проектируемый образец [3].

Рис. 2. Изображение камер двигателя, напечатанных из силумина

Следующим этапом планируется печать опытного образца камеры из инконеля с требуемыми заявленными характеристики, а так же дальнейшие огневые испытания, в случае успешных испытаний. Требуется подбор параметров печати, проведение всех перечисленных испытаний: контроль геометрических размеров,виброиспытания, определение физико-механических параметров материала, а так же испытания на прочность и герметичность.

В целом, методы аддитивных технологий могут являться предпочтительными при разработке и изготовлении мелкосерийной продукции за счёт сокращения цикла изготовления иотсутствия необходимости в дополнительной оснасткепри изготовлении, однако нельзя забывать о принципах проектирования изделий данными методами, т.к. подход к производствуна SD-принтерах накладывает определённые технологические особенности.

Библиографические ссылки

1. Рынок технологий SD-печати в России и мире: перспективы внедрения аддитивных технологий в производство [электронный ресурс]. URL: https://delprof.ru/press-center/open-analytics/rynok-tekhnologiy-Sd-pechati-v-rossii-i-mire-perspektivy-vnedreniya-additivnykh-tekhnologiy-v-proizv/ (дата обращения: 29.0S.2022).

2. Степанищев Ю.Ю., Зуев В.В. Актуальность аддитивного производства композитными материалами // Актуальные проблемы авиации и космонавтики: сб. материалов УПМеждунар. науч.-практ. конф., посвящ. Дню космонавтики (12-16 апреля 2021 г., Красноярск) : в S т. Т. 1 - Электрон. текстовые дан. / под общ. ред. Ю.Ю. Логинова ; СибГУ им. М. Ф. Решетнёва. -Красноярск, 2021. -478 с.

S. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей: Учебник для студентов вузов по специальности "Авиационные двигатели и энергетические установки" / Г.Г. Гахун, В.И. Баулин, В.А. Володин и др.; Под общ.ред. Г.Г. Гахуна. - М.: Машиностроение, 1989, - 424 с.: ил.

© Степанищев Ю. Ю., Зуев В. В., Коровин Д. А., Батранюк И. А., Шемет Д. В., 2022