CC BY
56УДК 669.713.7
К. И. Новик, А. Н Носов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШНЕКА БУСТЕРНОГО НАСОСА ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ
Рассматривается проектирование шнека бустерного насоса жидкостного ракетного двигателя с использованием CALS-технологий. Представлены этапы создания 3Б-модели шнека в CAD-системе Solid Works.
При создании современных двигателей летательных аппаратов широкое применение получают CALS-технологии, которые предусматривают электронное документирование на всех этапах проектирования, производства, испытаний, эксплуатации и утилизации двигателя, т. е. охватывают весь жизненный цикл изделия.
Применение CALS-технологий позволяет существенно сократить объемы проектных работ, так как описания многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в унифицированных форматах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю технологий CALS. Построение открытых распределенных автоматизированных систем для проектирования и управления в производстве составляет основу современных CALS-технологий. Главная проблема их построения -обеспечение единообразного описания и интерпретации данных, независимо от места и времени их получения в общей системе, имеющей масштабы вплоть до глобальных. Структура проектной, технологической и эксплуатационной документации, языки ее представления должны быть стандартизированными. Тогда становится реальной успешная работа над общим проектом разных коллективов, разделенных во времени и пространстве и использующих разные CAD/CAM/CAE-системы.
В системе CALS-технологий особое значение придается графическому объемному моделированию сложных деталей и узлов. Рассмотрим это на примере шнека осевого колеса бустерного насоса ЖРД разгонного блока ракеты-носителя. Двигатель имеет небольшую тягу в диапазоне от 4 до 7 т, поэтому конфигурация шнека бустерного насосного агрегата (БНА) во многом соответствует форме шнека предвключен-ной осевой ступени шнекоцентробежного насоса основного турбонасосного агрегата (ТНА).
БНА необходим для работы шнекоцентробежного насоса, так как давление в баках для бессрывной работы часто недопустимо велико, что приводит к увеличению толщины стенок и массы баков. Поэтому установка после бака отдельно подкачивающего БНА обеспечивает ритмичную работу основного насоса ТНА, позволяет существенно снизить величину наддува баков и, следовательно, их массу. БНА просты по конструкции, имеют малые массы и габариты, обладают высокой экономичностью и большим ресурсом работы.
Шнеки имеют различные конструктивные формы с двумя-тремя заходами в виде винтовой линии, которая может быть с постоянной величиной шага или с переменной с углом подъема винтовой линии 3°-7°. Напор шнека постоянного шага обеспечивается углом атаки, и поток жидкости в решетке шнека изменяет направление на его величину. Шнек переменного шага создает больший напор, который создается углом атаки и дополнительной изогнутостью профиля.
Использование возможностей CALS-технологий позволяет создавать электронный чертеж или 3D-модель детали любой конфигурации. При этом появляется возможность объемного изображения объекта разработки, что упрощает процесс редактирования и исправления ошибок в конструкции. С помощью 3D-моделирования могут выявляться ошибки при проектировании, проверке на собираемость сборочных единиц, а также 3D-моделирование может способствовать разработке программ для станков с программным управлением.
На основе чертежа шнека (рис. 1) в CAD-системе создается электронный чертеж или 3D-модель детали (рис. 2).
Рис. 1. Чертеж шнека
Рис. 2. 3Б-модель шнека бустерного насоса
Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательных аппаратов
Основными элементами при плоском проектировании являются линии, дуги и кривые. При помощи операций продления, обрезки и соединения происходит создание электронного чертежа.
Для более полного представления о глубине геометрии детали создается каркасная модель (3D-модель), описывающая положение ее контуров и граней.
Таким образом, 3D-моделирование с использованием возможностей систем CALS-технологий (Solid Works, Компас, Autodesk Inventor и др.) является
наиболее перспективным направлением при проектировании сложных деталей и узлов ракетных двигателей [1; 2].
Библиографические ссылки
1. Овсянников Б. В., Боровский Б. И. Теория и расчет агрегатов питания. М. : Машиностроение, 1971.
2. Конструкция и проектирование ЖРД / под общ. ред. проф. Г. Г. Гахуна. М. : Машиностроение, 1989.
K. I. Novik, A. N. Nosov
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
DESIGN BOOSTER PUMP SCREW, LRE PUMP WITH CALS-TECHNOLOGIES
The stage of design of the booster pump screw, LRE pump with CALS-technologies to create 3D model of the screw in the CAD-system Solid Works is described.
© Новик К. И., Носов А. Н., 2012
УДК 621.74.04.01
Л. А. Оборин, В. П. Назаров
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ГАЗОСТАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЛИТЫХ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ТУРБОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ
Рассмотрены особенности технологии высокотемпературной газостатической обработки литых корпусных деталей, изготовленных из жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов. Приведены результаты исследований и оптимальные режимы обработки.
Корпусные детали турбонасосных агрегатов (ТНА) многих современных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) изготавливаются из жаростойких сталей ВНЛ-1, ВНЛ-6 и жаропрочного сплава ВЖЛ-14 методом точного литья по выплавляемым моделям. В связи с напряженными температурными и динамическими параметрами рабочей среды к отливкам предъявляются высокие требования не только по прочности и тепловой стойкости, но и герметичности (газонепроницаемости) конструкции. Для тонкостенных деталей газового тракта это требование особенно трудновыполнимо, поскольку в материале отливки имеются раковины, рыхлоты, пустоты и другие микронеплотности, нарушающие герметичность стенок корпуса в процессе испытаний и эксплуатации двигателя.
Уменьшить или исключить раковины изделия в процессе литья не всегда удается. Поэтому применяют различные методы обработки отливок с целью удаления или уменьшения размеров и количества раковин в отлитом изделии. К наиболее эффективным из них следует отнести:
- высокотемпературную газостатическую обработку (ВГО);
- покрытие поверхности отливки специальными герметиками.
В настоящей работе исследовано влияние ВГО на газонепроницаемость изделия. Металлографический анализ показал, что раковины в отливке имеют размер ~ 1 мм. Как известно, металлы в расплавленном и твердом состояниях заметно растворяют газы. Основными растворяемыми газами являются водород Н2, кислород О2 и, в малой степени, азот N Например, растворимость водорода в никеле достигает 3-15 см на 100 г [1]. Это часто наблюдается на сплавах металлов на основе железа Бе и никеля № (элементы 8-й группы периодической системы Д. И. Менделеева) [1]. Растворимость водорода в расплаве металлов выше, чем в твердом металле, при этом растворимость скачкообразно уменьшается при затвердевании расплавленного металла. Поэтому пузырьки выделившегося газа иногда не успевают удалиться в расплав и захватываются затвердевшим металлом, образуя раковины, заполненные газом [2].
При больших скоростях кристаллизации пустоты, как правило, сферические, а при медленных скоростях они имеют вытянутую форму вдоль направления кристаллизации, что и наблюдалось в наших экспериментах. Особенности этих пустот заключаются в том, что газ в них находится под большим избыточным давлением как в молекулярном состоянии Н2, О2,
