Введение к работе
Актуальность темы. Основным видом вооружения современных надводных кораблей являются крылатые ракеты (КР). Они имеют большую дальность и скорость полета, дают возможность кораблю занять удобную для атаки позицию, могут совершать различные маневры при полете и способны нести ядерный заряд. К достоинствам КР следует отнести высокую точность попадания в цель, малую отражающую поверхность, быструю подготовку к пуску при сравнительно простом пусковом оборудовании. Особенно эффективно КР могут быть использованы против авианосцев. Как показали последние события в Югославии, КР могут эффективно применяться для высокоточного поражения береговых целей и наземных объектов.
С позиции системного подхода современные КР представляют собой сложную техническую систему, содержащую ряд подсистем: планер, двигатель, систему управления, систему наведения и боевую часть. Планер КР объединяет все подсистемы, формирует ее облик, определяет ее прочностные, аэродинамические, маневренные качества и радиозаметность в полете. Именно планер КР рассматривается в настоящей работе как наиболее ответственная подсистема.
Производство современных КР характеризуется применением высокопрочных конструкционных сталей и титановых сплавов, что существенно затрудняет получение заданных показателей качества и технических требований к деталям планера. Совершенствование конструкции планера КР во многом сдерживается уровнем развития технологии производства. В силу специфики конструкции планера КР, технология его производства в корне отличается от постройки таких изделий, как баллистические ракеты, подводные лодки и даже самолеты. Одной из особенностей производства планера КР является стремление к интеграции деталей в монолитные отсеки, при которой резко сокращается количество деталей и ухудшается технологичность конструкции. В таких случаях обработка монолитных интегральных конструкций, имеющих низкую жесткость при высокой прочности, сопряжена с большой вероятностью получения дефектной продукции из-за отказов в ходе выполнения технологических процессов. Надежность таких технологических процессов оказывается недопустимо низкой. Под надежностью технологического процесса при этом понимается его способность обеспечивать заданные технические требования к деталям в течение установленного времени обработки.
В процессе развития планера КР предъявляются все более жесткие требования к технологии производства, все труднее становится обеспечивать заданную надежность технологических процессов и качество продукции. Ограничение рассматриваемых вариантов конструкторских решений технологическими возможностями наблюдалось на всем протяжении развития планера, начиная от
первых конструкций К.И. Константинова1, созданных в XIX веке, до современных сверхзвуковых КР.
Развитие конструкции планера КР постоянно вызывало к жизни новые технологические процессы, которые, в свою очередь, открывали перед разработчиками КР более широкие возможности при проектировании перспективных конструкций. Существенным недостатком при этом является отсутствие достоверных знаний о закономерностях развития конструкции и технологии производства планера и их взаимосвязи. Как известно, в технике, как и в природе, действуют объективные законы строения и развития, основные из которых сформулированы проф. А.И. Половинкиным2. Однако в литературе отсутствует информация о закономерностях развития конструкции и технологии производства планера КР, что не позволяет прогнозировать развитие научно-технического прогресса в этой области.
Таким образом, объективно существует актуальная проблема, имеющая большое научное и практическое значение в области вооружения кораблей и заключающаяся в необходимости определения научно обоснованных путей развития технологии производства планера КР. Такие знания могут быть получены на основании исторических исследований развития конструкции и технологии производства планера КР. Результаты исторических исследований могут быть использованы при разработке научно обоснованных технических и технологических решений в одной из актуальных проблем флота.
Данная работа выполнялась на основании комплексной целевой научно-технической программы, утвержденной приказом Министра авиационной промышленности № 383 от 11.11.1984 г., и в соответствии с планами научной работы ДВГТУ и Иркутского филиала НИАТ.
Историография. Первые попытки использования ракет на кораблях относятся к 1856 г., когда по записке К.И. Константинова боевые ракеты были введены Морским Министерством в российском военно-морском флоте. В 1865 г. в морской технический комитет поступило предложение А.И. Калинникова об испытании ракет с крыльями. Первые боевые ракеты XIX века, в том числе и корабельные с крыльями, не могли соперничать с артиллерией из-за несовершенства конструкции и недостаточного уровня развития технологии их изготовления.
В конце XIX и начале XX вв., благодаря работам выдающихся ученых Н.И. Кибальчича, К.Э. Циолковского, Н.Е. Жуковского, И.В. Мещерякова,
Сокольский В.Н. Из истории пороховых ракет / История машиностроения. - М.: АН СССР. 1962.-С.48-106
" Половинкин А.И. Законы строения и развития техники: Учеб. пособие. - Волгоград: Волг. ПИ. 1985.-202 с.
Д.А. Цандера, Н.И. Тихомирова, Ю.В. Кондратюка, Г.В. Терновского, Б.С. Петропавловского, СП. Королева, Р. Эсно-Пельтри, Р. Годдарда, Г. Оберта, Е. Зен-гера, В. Хомана и других специалистов, была создана научная база, позволившая создать КР современного типа.
В годы I мировой войны немецкое военное министерство рассматривало проект Г. Оберта о создании снаряда большой дальности (ракеты). В 1918 г. офицер германской авиации Р. Небель запустил с истребителя две ракеты собственной конструкции. В это же время французский инженер В. Лоран предложил создать беспилотный самолет-снаряд с гироскопом, управляемый по радио от сопровождающего самолета .
В СССР первые пороховые ракеты были созданы в 1928 г. под руководством Н.И. Тихомирова, который еще в 1912 г. представил в Морское министерство описание ракеты-снаряда. В 1933 г. под руководством СП. Королева, Ф.А. Цандера и М.К. Тихонравова были разработаны жидкостно-топливные ракеты. В 1938 г. под руководством СП. Королева в Реактивном научно-исследовательском институте (РНИИ) были созданы экспериментальные КР моделей 201, 212, 216,217.
Первенство в создании управляемых КР принадлежит германским специалистам, получившим в 1933 году ракету А-1 на жидком топливе. В последующие годы в ракетном центре Пенемюнде было создано около 130 типов управляемых на расстоянии самолетов-снарядов, в которых применялись почти все известные в настоящее время системы управления . Среди этих конструкций следует отметить известные КР типа ФАУ-1, ФАУ-2, а также корабельную КР HS-293, которая явилась одной из первых управляемых ракет.
Первенство в создании боевых неуправляемых ракет принадлежит отечественным ученым и специалистам. Так, в 1939 г. пороховые ракетные снаряды РС-82 конструкции СП. Королева были применены на Халхин-Голе. В 1934 -1940 гг. инженерами РНИИ И.И. Гваем, В.Н. Галковским, А.П. Павленко был создан бесствольный многозарядный миномет для снарядов PC 132, послуживший прототипом гвардейской минометной установки 5М-13-46 («Катюша»), После этого снаряды РС-82 применялись на катерах Черноморского флота, где была создана специальная установка РПУ-63.
После окончания II мировой войны в СССР и США начались работы по совершенствованию ракетного оружия на базе немецких управляемых снаря-
Орлов Л.С. «Чудо оружие»: обманутые надежды фюрера. - Смоленск: Русич. 1949. -416с.
" Петров В.П.. Сочивко Л.Л. Управление ракетами. - М.: Воешплат. 1963. - 263 с.
3 Первицкий Ю.Д. Первые ракетно-пусковые установки па катерах Черноморского флота// Судостроение. - 1996. -№ 7. - С. 49-51.
дов. Благодаря Постановлению Совета Министров СССР № 1017-419сс, прі нятому в мае 1946 г. , были развернуты работы по созданию ракетной техник: к которым подключились все оборонные отрасли промышленности, и создав; лись соответствующие НИИ и КБ. В США и других странах гораздо позже оці нили эффективность КР, поэтому в Советском Союзе раньше были начаты ш тенсивные научные исследования и разработка корабельных КР как основног средства борьбы с авианосным флотом. Это привело к созданию в СССР лу ших в мире конструкций корабельных КР. На Совете Обороны в 1969 г. Ґлаї нокомандуюший ВМФ С.Г. Горшков оценил создание противокорабельных К как наше национальное достижение". У истоков создания первых корабельны КР стояли конструкторские бюро под руководством таких выдающихся специаш стов, как В.Н. Челомей, М.В. Орлов, А.Я. Березняк, И.С. Селезнев и други: Количество публикаций, посвященных проблемам развития КР, крайне ограш чено. Так, в работах А.В. Карпенко , А. Широкорада4, A.M. Петрова и др} гих приведены отдельные сведения об отечественных корабельных КР. В р; ботах В.Н. Бурова, Г.Ю. Илларионова, В.П. Кузина, А.Б. Морина, В.И. Николі ского, Г.П. Турмова, Е.И. Юхнина и других ученых рассматриваются вопрос истории флота и отечественного кораблестроения, вооружения кораблей и ра мещения на них КР. Однако вопросы производства КР в этих работах не затр; гиваются. Исследованиями Р. Радомирова, Б. Семенова, С. Кочубея, Б. Р< дионова, Н. Новикова и других авторов установлено, что за рубежом кор. бельные КР разрабатывались, в основном, в Германии, США, Франции, Ит; лии, Израиле и Норвегии.
Значительная роль в разработке технологических процессов произво; ства авиационной техники принадлежит Научно-исследовательскому инсті туту авиационных технологий (НИАТ). Под руководством С.М.Лещенко
Петров A.M., Курлянец В.М. Научные проблемы создания высокоточного оружі флота, . 2000. - 12 с.
" Ефремов Г.Е. Крылатые ракеты - национальное оружие России, . 200 -7 с.
3 Карпенко А.В. Российское ракетное оружие 1943 - 1993.-СПб.: ПИКА. 1993.- 1801
4ШирокорадА. Ракеты над морем//Техника и оружие. - №2,- 1996.-С.1-48.
" Оружие Российского флота / A.M. Петров. Д.А. Асеев. Е.М. Васильев и др.: Hay ред. В.Д. Доценко. Б.И. Родионов. -СПб.: Судостроение. 1996.
ь Технология авиационного производства: Со. науч. тр. / Под ред. СМ. Лешенко. М.: НИАТ. 1973.-336 с. (ДСП).
Т.Н. Белянина и О.С. Сироткина" выполнен большой цикл исследователь-:ких работ. В них рассматриваются различные аспекты производства деталей тетательных аппаратов, в том числе и механической обработки в условиях штоматизированного производства.
Развитие технологии производства КР тесно связано со становлением и развитием такой науки, как технология машиностроения. Благодаря трудам 1.С. Балакшина3, B.C. Корсакова4, А.П. Соколовского3 и других ученых были формулированы научные основы технологии машиностроения. Дальнейшими ісследованиями И.М. Колесова, В.И. Комиссарова, С.Н. Корчака, Ю.М. Соло-ленцева, В.Г. Старостина, Д.В. Чарнко, А.Б. Яхина и других ученых были раз-)аботаны различные методы проектирования и обеспечения точности обработки іеталей. Однако эти методы проектирования не учитывают вероятности получе-!ия некачественной продукции при изготовлении деталей планера КР.
Сложность конструкции и низкая жесткость деталей планера КР в сочета-іии с плохой обрабатываемостью резанием способствуют возникновению ин-енсивных вибраций автоколебательного характера при механической обработ-;е. Вибрации и сложность обеспечения заданных показателей качества и точно-:ти приводят к низкой надежности технологических процессов механической )бработки корпусных деталей КР. Исследованиями вибраций автоколебатель-юго характера при резании металлов занимались многие ученые.
Трудами В.А. Кудинова6, И.Г. Жаркова7, Н.И. Ташлицкого8, Ю.Г. Кабал-[ина и других ученых установлены основные закономерности возникновения
Технология авиационного производства: Сб. науч. тр. / Под ред. П.Н. Белянина. -Л.: НИАТ, 1983. - 208 с. (ДСП).
" Сироткин О.С, Мусияченко Л.П. Тенденции развития технологии машиностроения. М.:НИАТ. 1989. -588 с. (ДСП)
Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. - М.: Машиностроение. 1969. -59 с.
Корсаков B.C. Основы технологии машиностроения. - М.: Высшая школа. 1971. -36 с.
21 Соколовский А.П. Научные основы технологии машиностроения. - М.-Л.: Машгиз. 995.-515с.
Кудинов В.А. Динамика станка. - М: Машиностроение. 1967. - 360 с.
Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. - Л.: Машино-троение. Ленингр. отд-ние. 1986. - 184 с.
s Ташлицкий Н.И. Первичный источник возбуждения автоколебаний при резании ме-аллов // Вестник машиностроения. - 1960. - № 2. - С.45-53.
Кабалдин Ю.Г.. Шнилев A.M. Повышение надежности процессов механической об-аботки в автоматизированном производстве. - Владивосток: Дальпаука. 1996. - 264 с.
автоколебаний при механической обработке. Однако до сих пор нет единого мнения о природе возбуждения автоколебаний при резании, что существенно затрудняет обеспечение заданных показателей качества нежестких корпусных деталей КР при механической обработке. Соискателем показано, что надежность процессов механической обработки в большой степени зависит от возбуждения вибраций автоколебательного характера. Влияние вибраций на качество обработки тонкостенных цилиндрических деталей исследовалось в работе А. Нуржанова . Им установлено, что одной из основных причин, приводящих к нарушению заданных требований к качеству поверхности детали, является возникновение вибраций. Автоколебания являются одной из основных причин возникновения отказов технологических процессов при обработке корпусных деталей КР.
Проблема надежности технологии впервые была обозначена проф. В.И. Комиссаровым" в 1971 г. Вопросами назначения и обеспечения заданных показателей надежности технологических процессов занималась кафедра технологии машиностроения ДВГТУ (ДВПИ) и филиал ДВГТУ - Арсеньевский технологический институт , а также другие исследователи. Однако эти исследования находятся в стадии становления и затрагивают вопросы обеспечения надежности технологических процессов, в основном, мелких и простых деталей. Вопросы проектирования надежных технологических процессов обработки корпусных деталей КР мало изучены. Остаются совершенно неизученными вопросы обеспечения надежности технологических процессов в условиях гибкого автоматизированного производства деталей планера КР.
Вопросы технологии изготовления деталей летательных аппаратов рассматриваются многими исследователями для различных видов производства, однако эта информация разобщена и не систематизирована применительно к производству КР за период возникновения и развития конструкций с 1935 г. по 2000 г.
Такое положение затрудняет прогнозирование путей развития конструкции и технологии производства планера КР, как основной ее подсистемы.
Таким образом, развитие конструкции планера КР в большой степени зависит от уровня технологии производства.
Нуржанов А. Теоретические основы и принципы технологического обеспечения качества тонкостенных цилиндрических деталей: Автореф. дис. д-ра. техн. наук.- Тула. 1991. -40 с.
" Комиссаров В.И. Инженерная надежность в технологическом проектировании // Исследования но проектированию и осуществлению оптимальной технологии механической обработки: Сб. статей. -Владивосток: ДВПИ. 1971. - С.5-17.
3 Надежность и эффективность процессов машиностроительного производства : Сб. науч. трудов, посвят, юбилею ДВГТУ и ЛрТИ. Вып. 1 / Под ред. В.Г. Старостина. - Владивосток: Изд-но ДВГТУ. 1999. - 148 с.
Целью настоящей работы является установление на основании исторического анализа основных закономерностей развития конструкции планера КР и технологии его производства.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
провести историческое исследование развития конструкций отечественных и зарубежных КР за период с 1935 по 2000 гг.;
изучить развитие материальной базы и технологии производства планера КР;
разработать теорию надежности технологических процессов обработки деталей планера КР;
провести историческое исследование развития теории возбуждения автоколебаний при механической обработке высокопрочных конструкционных материалов и предложить эффективный метод их гашения;
внедрить результаты исторических исследований в реальное производство КР.
Объектом исследования в данной работе является крылатая корабельная ракета. Предмет исследования - процесс развития технологии производства планера КР.
Методы исследования
В работе используется комплекс методов исследования, включающий в себя: исторический анализ библиографических сведений об объекте исследования, методы сопоставления и выявления этапов развития, теоретический анализ достижений технологии производства планера КР, вероятностно-статистические методы математического аппарата теории надежности, расчет-но-аналитический метод изучения показателя качества технологического процесса, методы анализа гипотез о физической сущности автоколебаний при обработке резанием высокопрочных конструкционных материалов, аналитический метод расчета параметров знакопеременного процесса резания и металлорежущего, инструмента, методы анализа и синтеза гипотез о закономерностях развития планера КР и технологии его производства.
Научная новизна диссертационной работы представлена следующими,
выносимыми на защиту результатами:
научным обоснованием и систематизацией исторических сведений о развитии конструкции КР и технологии производства планера;
выявленными основными историческими, этапами развития технологии производства планера КР;
выявленными историческими закономерностями развития крылатых ракет, их планера и технологии производства планера КР;
разработанной теорией надежности технологии производства планера КР;
предложенными методами статистического и вероятностного расчета о новных показателей надежности технологии производства планера КР;
разработанным методом знакопеременного резания труднообрабатыва мых конструкционных материалов планера КР;
полученной методикой автоматизированного сбора и анализа информ ции о дефектах;
разработанной системой обеспечения технологической надежности гибко] производственного комплекса обработки деталей планера КР;
разработанными методическими рекомендациями по оценке и назначенії показателей надежности гибкого производственного комплекса и определен! причин возникновения дефектов в механообрабатывающем производстве.
Достоверность положений и выводов диссертации подтверждается ера нением с литературными данными и результатами, а также примерами практ ческого использования и внедрения в реальное производство КР типа «Моски-и «Термит» результатов выполненных исследований.
Практическая ценность работы заключается в том, что на основані исследований развития технологии предложены для практики: методы прое тирования технологических процессов с учетом их надежности, рабочая док ментация по автоматизированному сбору и анализу информации о дефект; при производстве деталей планера КР, методика расчета фрез со знакопер менными направлениями режущих зубьев, методические материалы по обе печению технологической надежности гибких производственных комплексі механической обработки деталей планера КР, рекомендации по определени причин возникновения дефектов в механообрабатывающем производстве д талей планера КР.
В результате изучения более 1000 изобретений за период 1960 - 1990 г отобраны для использования в практике изготовления планера КР техническі решения по следующим темам: способы гашения вибраций при механичеекч обработке высокопрочных материалов; конструкции устройств и демпфере поглощающих колебания; конструкции и технология изготовления вибр устойчивых инструментов; технология изготовления и упрочнения металл режущего инструмента для обработки высокопрочных материалов. На основ нии исторических исследований в области технологии производства детал планера КР получено 9 авторских свидетельств. Одно из изобретений - «Ко цевая фреза» (а.с. № 625848) - экспонировалось на ВДНХ СССР и было otn чено серебряной и бронзовой медалями. При разработке перспективных ко структорскнх и технологических решений могут использоваться установле ные в работе исторические закономерности строения и развития планера KF технологии его изготовления.
Внедрение
Результаты работы внедрены в производство в Арсеньевской авиационной компании «Прогресс» им. Н.И. Сазыкина при изготовлении деталей и сборке планера КР типа «Термит» и «Москит».
К наиболее существенным, внедренным под руководством и при непосредственном участии автора разработкам могут быть отнесены: методы и средства предохранения лезвий режущего инструмента от выкрашиваний (1977 г.), доводка инструмента из быстрорежущих сталей кругами из эльбора (1980 г.), технология сварки трением инструмента из быстрорежущих сталей (1981 г.), концевые фрезы повышенной производительности по а.с. № 625848 (1982 г.), технологические материалы по проектированию переходов механической обработки с учетом надежности (1982 г.), директивные технологические материалы по постановке на производство изделия ЗМ-80 (1983 г.), твердосмазочное покрытие инструмента (1983 г.), технологический процесс газотермической штамповки в режиме ползучести (1984 г.), технологический процесс электроэрозионной прошивки фасонных отверстий в деталях из нержавеющих сталей изд. ЗД-81 (1984 г.), мероприятия по постановке на серийное производство изд. ЗМ-80 (1984 г.), автоматизированная подготовка управляющих программ к станкам с ЧПУ с использованием ЭВМ (1984 г.), групповое управление станками с ЧПУ от ЭВМ (1984 г.), технология наплавки инструмента быстрорежущей сталью в среде аргона (1984 г.), участок обработки инструмента жидким азотом (1984 г.), изготовление инструмента методами порошковой металлургии (1984 г.), электрохимическая обработка (1985 г.), технологический процесс изготовления листовых деталей из титановых сплавов с радиационным нагревом (1985 г.), технология изготовления методом порошковой металлургии электродов - инструментов для электроимпульсной обработки (1985 г.), применение оптических квантовых генераторов при производстве планера КР (1986 г.), технология электроэрозионного упрочнения металлорежущего инструмента (1986 г.), технологические процессы обработки корпусных деталей планера КР на ГПК с обеспечением надежности (1987 г.), технология ионно-вакуумного упрочнения инструмента на установке ННВ 6,6/И1, программное обеспечение системы управления оборудованием ГПК обработки корпусных деталей размером 800x800x1000 мм (1988 г.), технология изготовления режущего инструмента из порошковых быстрорежущих сталей (1989 г.), технологическая часть технического проекта на ГПК-2 (1991 г.).
Результаты исторических исследований используются в учебном процессе кафедры технологии машиностроения ДВГТУ и Арсеньевского технологического института (филиала) ДВГТУ при преподавании дисциплин: «История машиностроения», «История и тенденции развития автоматизированного машиностроения», «Социально-экномическая роль и структура машиностроения»,
«История отрасли и специальности», «Машиностроительная промышленность Дальнего Востока». Результаты исследований, касающиеся обработки титановых и других труднообрабатываемых материалов, используются в дисциплинах: «Специальные технологические процессы», «Резание металлов», «Режущий инструмент». Исследования в области технологической надежности вошли отдельным разделом в дисциплину «Основы технологии машиностроения» и послужили основой специальной дисциплины «Надежность машин и технологических процессов». Кроме того, результаты исторических исследований используются в учебном процессе Тихоокеанского высшего военно-морского института им. СО. Макарова. Акты внедрения приведены в приложении к работе. Суммарный экономический эффект в ценах 1977 — 1990 гг. составил более 3-х млн рублей.
Апробация
Диссертационная работа в целом и ее отдельные положения докладывались и обсуждались: на научно-технических конференциях ДВГТУ (ДВПИ) в 1976 -
-
гг.; на отраслевых научно-технических конференциях в Москве (1984 г.), Иркутске (1986 г.), Арсеньеве (1989 г.); на научно-техническом совете Иркутского филиала НИАТ в 1975 - 1991 гг.; на 3-й и 4-й Дальневосточных научно-технических конференциях «САПР и надежность автоматизированного производства в машиностроении», г. Владивосток, 1986, 1990 гг.; на Всесоюзной научно-технической конференции «Качество продукции в машиностроении», г. Москва, 1989 г.; на региональной научно-практической конференции «Инструментальное обеспечение автоматизированных систем механообработки», г. Иркутск, 1990 г.; на региональной научно-технической конференции «Надежность технологических процессов в машиностроении», г. Арсеньев, 1996 г.; на международной конференции стран АТР, г. Владивосток, 1997 г.; на региональной научно-технической конференции, г. Владивосток, 1998 г.; на заседаниях и семинарах по истории развития науки и техники по проблемам флота НТО СП и ГО ДВГТУ в 1997 - 2000 гг.; на заседаниях Ученого Совета АрТИ (филиала) ДВГТУ в 1996 -
-
гг.; на международной конференции «Синергетика. Самоорганизующиеся процессы в системах и технологиях», г. Комсомольск-на-Амуре, 2000 г.
Публикации
По теме диссертации выполнено 88 работ, в том числе 1 монография и 9 полученных авторских свидетельств на устройства и способы совершенствования технологических процессов производства КР.
Объем и структура работы
