Волновод с полимерным корпусом Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Вместе с этим отличительной особенностью данных материалов является зависимость прочностных свойств от температуры нагрева под пайку. При этом при пайке припоями на основе силумина сохраняется прочность на уровне 200 МПа [5]. Вследствие этого данная группа материалов в наибольшей степени подходит для получения теплообменной аппаратуры повышенной прочности.

Для определения возможности использования сплавов системы А1-М£-8с в паяных конструкциях были проведены исследования влияния термического цикла пайки силумином на прочностные свойства сплава 01515. Для сравнения аналогичные испытания проводились для широко применяемого сплава АМц (табл. 2).

Таким образом, использование данного сплава в паяных конструкциях позволяет повысить прочностные характеристики теплообменной аппаратуры. Для определения возможности пайки припоями на основе силумина был изготовлен однослойный макет термоплаты из сплава 01515, на поверхность которого наносился слой припоя типа СИЛ-1С. Гофр, формирующий каналы, изготавливался из сплава АМц, а центральная проставка из алюминия АД1. Пайка опытного образца производилась в вакуумной печи типа СГВ-2 по режиму: Тнагр. = 605±5 оС, время выдержки 2-3 мин. Полученные паяные образцы исследовались на герметичность методом аквариума с подачей давления 6 атм. На основании проведённых исследований была определена возможность получения герметичных паяных соединений из сплава 01515, обеспечивающего прочность конструкции на уровне 200 МПа.

Библоиграфические ссылки

1. Суслов А. А. Технология вакуумной пайки термостатированных плат из алюминиевых сплавов сис-

УДК 621.6.09:534.01

тем терморегулирования // Пайка теплообменной аппаратуры различного назначения : сб. материалов конференции. М. : ЦРДЗ, 2006. С. 33-37.

2. Справочник по пайке / под ред. И. Е. Петрунина. 3-е изд. М. : Машиностроение, 2003. 480 с.

3. Колачёв Б. А., Елагин В. И., Ливанов В. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М. : Изд-во МИСИС, 2001. 286 с.

4. Филатов Ю. А. Al-Mg-Sc сплавы для сварных конструкций // Технология легких сплавов. 2004. № 5. С. 13-19

5. Степанов В. В., Конкевич В. Ю., Суслов А. А. Перспективы повышения прочности паяных конструкций из алюминиевых сплавов // Сварочное производство. 2006. № 8. С. 37-42.

References

1. Suslov A. A. Tekhnologiya vakuumnoy payki termostatirovannykh plat iz alyuminievykh splavov sistem termoregulirovaniya. // S b. materialov konferentsii «Payka teploobmennoy apparatury razlichnogo naznacheniya», M. : TsRDZ, 2006. pp. 33-37.

2. Spravochnik po payke / Pod red. I. E. Petrunina. 3-e izd., M. : Mashinostroenie, 2003. 480 p.

3. Kolachev B. A. , Elagin V. I. , Livanov V. A. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka tsvetnykh metallov i splavov. M. : iz-vo MISIS, 2001, 286 p.

4. Filatov Yu. A. Al-Mg-Sc splavy dlya svarnykh konstruktsiy // Tekhnologiya legkikh splavov, № 5, 2004. pp. 13-19.

5. Stepanov V. V., Konkevich V. Yu., Suslov A. A. Prospects for increasing the strength of brazed structures of aluminium alloys // Welding International, Vol. 21, N 1, 2007, pp. 69-73.

© Цветков С. Е., Степанов В. В., Колесников В. Н., 2015

ВОЛНОВОД С ПОЛИМЕРНЫМ КОРПУСОМ

Д. В. Чураков, Н. Ф. Янковская, Е. В. Раменская, Ю. А. Филиппов

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

E-mail: nat-yan.1@yandex.ru

Рассмотрены вопросы технологии изготовления волновода с корпусом из углепластика, сформированного из углеткани марки УТ 900. Установлена зависимость шероховатости поверхности скин-слоя волновода на медном проводящем слое от глубины проникновения тока сигнала с длиной волны миллиметрового диапазона. Разработан и изготовлен лабораторный образец волновода на 13 ГГц.

Ключевые слова: волновод, шероховатость, ток, полимер, углепластик.

WAVEGUIDES WITH POLYMER BODY D. V. Churakov, N. F. Jankovskaja, E. V. Ramenskaja, Y. A. Filippov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. E-mail: nat-yan.1@yandex.ru

The article studies questions of production technology of the waveguide with carbon body formed from carbon fabric brand UT 900. The dependence of the surface roughness of the waveguide skin layer on the copper conductor

Решетнеескцие чтения. 2015

layer is established by penetration depth of the current signal with a wavelength of a millimeter wave. Laboratory prototype waveguide 13 GHz is designed and manufactured.

Keywords: waveguide, roughness, current polymer, carbon fiber.

В рамках программы «Национальная технологическая база», базирующейся на ускоренном процессе развития конструкции изделий АКТ, активно развиваются прогрессивные производственные процессы с прорывными признаками изготовления космических систем связи и передачи информации. В связи с этим возникла потребность совершенствования технологии изготовления устройств передачи информации, особенно антенно-фидерных устройств (АФУ) в следующих направлениях: увеличение пропускной способности приёмо-передающих устройств; снижение удельной массы конструкции на основе использования композиционных материалов; снижение потерь при прохождении сигнала по трактам АФУ; уменьшение трудоёмкости изготовления и монтажа АФУ; увеличение прецизионности как фактор, обеспечивающий повышение конкурентоспособности изделий [1].

Увеличились работы по использованию в волноводах композиционных материалов, обладающих: высокой удельной прочностью порядка 3 500 МПа; достаточной жёсткостью с модулем упругости Е = 130-240 ГПа; хорошей износостойкостью и усталостной прочностью; из них возможно изготавливать размероста-бильные конструкции, легкие с малой плотностью [2]. В качестве альтернативы существующим методам изготовления волноводов наиболее приемлемым является создание двухслойных композитных труб из углепластика с несущей наружной поверхностью (рис. 1) [3].

Следует отметить: операции нанесения медных и других покрытий на композиционные материалы предшествуют обезжиривание поверхности покрытия, интенсивная промывка, сушка. Особенностью химме-таллизации составов для меднения поверхности пластмасс, является необходимость предварительной активации поверхности [4].

Сенсибилизация адсорбцией (поглощении) с помощью добавок тела с высокоразвитой поверхностью: уголь, силикагель, алюмогель, глины, иониты - способные к ионному обмену: катиониты, аниониты. Операцией подготовки поверхности является её активирование - сенсибилизация к использованию стан-натного углерода, углерода с гидрохиноном, хлори-

стого олова. Другой способ для химмеднения пластмасс - на основе титана треххлористого, соляной кислоты, раствора платины четыреххлористого в течение 7-10 минут. Сенсибилизатор для пластмасс - палладий хлористый, соляная кислота - 3 мин. Процесс меднения в растворе глицерина, 20 % гидрооксида натрия, углекислой меди [5].

Глубина проникновения тока в металл, величина скин-слоя в общем случае описывается уравнениями

(1)

5 = 1/ (пд-f-s), 5 = 2,94-10 . (pX/д)0

где 5 = 1/К - проводимость материала; д - магнитная проницаемость; /- частота; р - удельное сопротивление металла, Омм (Ag = 1,610-8; Омм. А1 - 2,710-8; Ри - 1,0510-7; Си - 1,7• 10-8); I - длина волны, м.

После преобразования базовых уравнений для практических расчета значения скин-слоя используется уравнение

Д = Кс ///2, м, (2)

где коэффициент Кс = 0,066 для Си; соответственно 0,0642 - для Ag; 0,0826 - для А1; 0,1270 - для Л62, / - частота сигнала, Гц.

В процессе исследования выдвинута гипотеза о соотношении величин шероховатости рабочей поверхности волновода Яа и толщины скин-слоя 5, описываемая функцией (рис. 2)

Яа/ 5 < цС, (3)

где коэффициент координации С = а /2в; а, в - размеры сечения волновода; ц - магнитная проницаемость, а - длина, в - ширина волновода [6].

Из графика (рис. 2) видно, что с увеличением частот электромагнитных волн глубина проникновения тока в поверхностный слой снижается. Наименьшая глубина проникновения тока при высоких частотах характерна для серебра и меди.

Таким образом, разработана математическая модель глубины проникновения тока в металл; по гипотезе поиска нормализован критерий «скин-гребешок» для волновода с токонесущим слоем из меди; подтверждена гипотеза о физико-химическом методе создания двухслойных оболочек «медь-композит» в условиях производства.

Рис. 1. Лабораторный образец волновода на основе углепластика

Рис. 2. Зависимости глубины проникновения тока в металл 5 от функции частоты /

0,001 0,0008 0,0006 0,0004 0,0002 0

♦ медь

2,5

5 7,5 10 12,5 15

0

Практическая значимость: изготовлены первые образцы волноводного тракта Ки-диапазона на основе углеткани УТ-900 и электролитической меди.

В заключение можно отметить:

1. Получены математические модели, описывающие глубину проникновения тока в металл в диапазоне частот 12-14 ГГц.

3. Апробирована новая технология нанесения меди на внутреннюю поверхность волноводов в условиях НОУ «СибГАУ» и базового предприятия с перспективой активного использования.

4. Режимы физико-химической металлизации поверхностей неметаллических материалов частично внедрены в учебный процесс подготовки магистрантов в области техники и технологии изготовления авиационно-космической техники.

5. Полученные экспериментальные данные можно считать применимыми при производстве волновод-ных труб различной геометрической и пространственной формы.

6. Экспериментальные исследования метрологическое обеспечение проводились на экспериментальной базе - РЦ КП «Космические аппараты и системы».

Библиографические ссылки

1. Баскаков С. И. Электродинамика и распространение радиоволн : учеб. пособие для вузов по спец. «Радиотехника». М. : Высш. шк., 1992. 416 с.

2. Чураков Д. В., Тоцкий Д. А., Саклакова А. Е., Филиппов Ю. А. Особенности технологии производства гибких мини-трубопроводов // Решетневские чтения. 2013. Ч. 1. С. 450-451.

3. Бульбик Я. И., Ереско Т. Т., Трегубов С. П., Хоменко И. И. Сравнительный анализ способов формирования проводящего покрытия внутренней поверхности волновода малого сечения // Вестник СибГ4У. 2005. № 3. С. 201-205.

4. Попилов Л. Я. Советы заводскому технологу : справ. пособие. Л. : Лениздат, 1975. 264 с.

5. Чураков Д. В. Синтез композитного волновода Ku-диапазона : магистерская диссертация / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. 63 с.

References

1. Baskakov S. I. Electrodynamics and Propagation: Proc. Manual for schools on special. "Radio". M. : Higher. Wk. , 1992. 416 p.

2. Churakov D. V. Features of technology of production of flexible mini-pipelines / D. V. Churakov, D. A. Totskiy, A. E. Saklakova, Y. A. Filippov // Reshetnev reading. 2013. Part 1, From 450-451.

4. Bulbik Y. I. Comparative analysis of the methods of forming a covering conductive-ment inner surface of the waveguide cross-section of small / Y. I. Bulbik, T. T. Eresko, S. P. Tregubov, I. I. Khomenko // Herald SibG4U. 2005. № 3. pp. 201-205.

5. Popilov L. Y. Tips factory technology. Reference manual. Lenizdat, 1975. 264 p.

6. Churakov D. V. Synthesis of composite waveguide Ku band. Master's dissertation. Krasnoyarsk, Siberian State Aerospace University, 2015. 63 p.

© Чураков Д. В., Янковская Н. Ф., Раменская Е. В., Филиппов Ю. А., 2015

УДК 621.7

ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ МАТЕРИАЛА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

М. В. Якимов, Р. Р. Екимцев, А. В. Вайхель, Н. А. Амельченко

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

E-mail: mack.yakimov@mail.ru

Проведена оценка влияния высоких температур не изменение структуры и физико-механических характеристик в поверхностных слоях инструментальных сталей при воздействии на поверхность подвижных высококонцентрированных источников нагрева.

Ключевые слова: инструментальные стали, режущий инструмент, лазерное упрочнение, поверхностный слой, структура, микротвердость.