Введение к работе
Актуальность темы. При изготовлении каналов в форсунках, особенно многоструйных, многокомпонентных, требуется обеспечить индивидуальные условия течения сред в каждом канале. Основными критериями оценки форсунок является расход компонентов и распыл струи на выходе из канала. Оба показателя должны быть в установленном диапазоне для каждого канала. Если форсунки объединены в виде огневой стенки, то там характеристики форсунок зависят от их размещения на огневой стенке и взаимодействия струй рабочей среды при ее подаче в зону горения.
Известные методы подбора форсунок в комплекты путем их селекции по расходу не дают требуемых результатов, т.к. не всегда позволяют оптимизировать суммарную плотность струи с общим расходом горючей смеси. Задача сильно усложняется, если применяются многоструйные форсунки, где при испытаниях выявляется выход сечения одного или нескольких каналов за предельные значения, установленные чертежом. В этом случае готовое изделие, как правило, признается бракованным, и ранее не поддавалось восстановлению. Аналогичная картина наблюдалась при управлении распылом форсунок, где даже незначительная доработка выходной кромки канала могла привести к неисправимому браку изделия.
Созданные в последние годы комбинированные методы изготовления каналов с наложением электрического поля позволяют формировать качественные каналы любого профиля с регулируемым сечением и обеспечением требуемого распыла, что расширяет возможности разработчиков по проектированию тепловых двигателей новых поколений и улучшает позиции изготовителей по бездефектному выпуску качественных наукоемких изделий для подачи горючих сред. Такие исследования актуальны для ведущих отраслей машиностроения и востребованы промышленностью.
Работа выполнялась по тематическим карточкам Роскосмоса в рамках национального проекта «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (Постановление Правительства РФ № 568 от 26.07.2008 г.).
Целью работы является создание новых способов, устройств и адаптивной технологии для их реализации при комбинированной доводке каналов в форсунках для подачи горючих рабочих сред в зону горения.
Для достижения намеченной цели были поставлены и решены следующие задачи:
Обоснование достижимых возможностей управления течением рабочих сред путем направленного формирования геометрии каналов комбинированными методами.
Создание новых способов и устройств для комбинированного формирования проточной части каналов в форсунках.
Разработка механизма формирования переходных участков каналов с учетом различных внешних воздействий на течение рабочих сред и их взаимодействия в процессе горения смесей.
Разработка технологических процессов комбинированной доводки и калибровки каналов различного сечения и геометрии.
Обоснование возможностей использования комбинированных технологий при создании новых поколений форсунок с расходными характеристиками и взаимодействием струй по требованиям разработчиков наукоемких изделий.
Научная проблема включает создание процесса комбинированной обработки и калибровки профильных каналов малого сечения с возможностью формирования рабочего тракта с индивидуальной геометрией, в том числе с возможностью снижения сечения по длине канала.
Методы и достоверность исследований.
Теоретические исследования выполнялись с использованием базовых положений по течению через узкие каналы газожидкостных сред, теории электрофизических, электрохимических и комбинированных методов обработки.
Прикладные исследования выполнялись на созданных экспериментальных установках и на промышленном оборудовании с использованием современной аттестованной измерительной и вычислительной техники.
Достоверность результатов работы подтверждена
экспериментальными исследованиями и хорошей сходимостью расчетных параметров с данными промышленных испытаний форсунок на двигателях космических аппаратов.
Научная новизна работы включает:
Создание новых способов формирования и калибровки проточного тракта в многоструйных каналах путем комбинированного наращивания высокоресурсного слоя в каналах с регулируемой геометрией струи и с учетом течения сред через соседние каналы. На способы получены патенты РФ.
Раскрытие механизма формирования требуемой геометрии каналов путем управления технологическим процессом комбинированной обработки по установленным в работе закономерностям с адаптивной связью расходных характеристик каналов форсунок и интенсивностью локального формирования качественного профиля проточной части изделий.
Создание системы управления комбинированной обработкой
и калибровкой каналов малого сечения путем адаптивного формирования
технологических режимов по обратной связи от индивидуальных участков,
определяющих показатели течения рабочей среды.
Практическая значимость заключается в следующем:
Создание устройств, защищенных патентами РФ, для комбинированной обработки и калибровки каналов в форсунках, обеспечивающих управляемое изменение геометрии проточной части и получение кондиционных изделий для подачи горючих смесей, что отвечает требованиям разработчиков для наукоемких изделий новых поколений.
Разработка перспективных комбинированных технологических процессов с регулируемыми параметрами режимов калибровки, расширяющих технологические возможности производства при создании однострунных и многоструйных форсунок, огневых стенок и повышающих качество изделий до уровня, заложенного разработчиком новых изделий.
Личный вклад соискателя
Создание новых, на уровне изобретений, способов и устройств для изготовления и доводки каналов в длиномерных отверстиях малого сечения с заданной геометрией, требуемой для получения качественного проточного тракта форсунок различных видов, работающих индивидуально или совместно при подаче рабочих смесей в зону горения.
Создание новых электродов-инструментов для электроэрозионной и комбинированной обработки, повышающих точность, качество поверхности и производительность при изготовлении каналов в перспективных высокоресурсных наукоемких изделиях.
Раскрытие механизма получения комбинированными методами сложнопрофильных качественных каналов малого сечения с геометрией, требуемой разработчиками современной наукоемкой техники и проектирование технологии получения качественных изделий на серийном предприятии.
Обоснование перспектив эффективного использования предложенной технологии в различных отраслях машиностроения с учетом общих тенденций создания конкурентоспособной продукции.
Внедрение результатов на серийном предприятии и в учебный процесс технических вузов, средних профессиональных технических заведений для сквозной подготовки и переподготовки специалистов всех уровней.
Апробация работы:
Результаты работы и ее составные части представлялись и обсуждались на: 3-й международной научно-технической конференции ССП-
2010 (г. Воронеж, 2010г.); 8-ой международной конференции молодых специалистов организаций ракетно-космической, авиационной и металлургической промышленности России (г. Королев, НОУ ДПО «ИПК Машприбор», 2010 г.); XII всероссийской научно-технической конференции и школе молодых ученых, аспирантов и студентов «Авиакосмические технологии» (АКТ - 2011, г. Воронеж, ОАО «ВАСО», 2011 г.); II молодежной научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника: исследования, разработки, пути решения актуальных проблем», посвященной 65-й годовщине победы в Великой Отечественной войне (г. Москва, ФГУП «ГКНПЦ им. М. В. Хруничева», 2010 г.); XIX научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 50-летию первого полета человека в космос (г. Королев, ОАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия», 2011 г.); молодежной научно-технической конференции, посвященной 50-летию первого полета человека в космос (г. Воронеж, «ВМЗ» - филиал ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева», 2011 г.); XVII Макеевских чтениях - Российской научно-технической конференции, посвященной 87-летию со дня рождения академика Виктора Петровича Макеева (г. Воронеж, ОАО «КБХА», 2011 г.); VII международной научно-практической конференции «Перспективные разработки науки и техники» (Польша, г. Przemysl, 2011 г.); V международной научно-практической конференции «СТУДЕНТ. СПЕЦИАЛИСТ. ПРОФЕССИОНАЛ» (ССП -2012, г. Воронеж, 2012 г.); XV международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы техники и технологии» -«Технология-2012», посвященной 120-летию со дня рождения Н. Н. Поликарпова (г. Орел, ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК», 2012 г.); IV международной научно-технической конференции «ТМ - 2012» (г. Рыбинск, РГАТУ, 2012 г.), V International Conference «Science and Education» 27 -28.02.2014.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы прошли проверку в цехах ВМЗ - филиала ФГУП ГКНПЦ им. М.В. Хруничева и внедрены в серийное производство форсунок для двигателей космических изделий а также на НИИ «Гидротехника», ФПК «ВСЗ - Холдинг» с общим экономическим эффектом 1,3 миллиона рублей. Материалы проведенных исследований используются в учебном процессе ЛГТУ, ВГТУ, Юго-западного государственного университета.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ общим объемом 5,2 п. л., где соискателю принадлежит 1,87 печатного листа. В их число входит 6 публикаций в изданиях, по списку ВАК РФ, 5 патентов на способы, устройства и полезные модели.
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит: [1] - модель гальвано механического хромирования отверстий малого сечения по предложенной
технологической схеме; [2] - новые комбинированные процессы прошивки каналов и принципы комплектации форсунок на огневом диске; [3] -специфика теплообмена в зоне расположения форсунок; [4] - особенности нанесения бездефектной информации на детали с покрытием; [5] -специфика построения технологического процесса при комбинированной калибровке каналов; [6] - критерии массовыноса при одновременной обработке партии форсунок на огневом диске; [7] - принципы разработки конструкций универсального инструмента; [8] - обоснование области использования комбинированной калибровки отверстий малого сечения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, приложений, списка литературы из 100 наименований. Работа изложена на 194 страницах с 73 рисунками и 4 таблицами.