Введение к работе
1. 1.1. Актуальность темы
Для новых поколений современной авиационной тезгники, харак-теризующейся высокой энерговооруженностью, удельной мощностью, повышенными температурами и агрессивностью рабочих сред, прослеживается устойчивая тенденция к ворраетанию в конструкциях доли деталей замкнутого контура, такйх'.і*. как элементы воздухопроводов самолетных систем противообледенения и кондиционирования, трубопроводов газотурбинных и ракетных двигателей, теплообменных устройств и т. д. При этом вопрос обеспечения высокого ресурса трубопроводов стал определяющим при их разработке и производстве. С ростом габаритов коммерческих летательных аппаратов требование высокой надежности привело к увеличению доли деталей большого удлинения, снижению общей длины сварных швов. Кроме того,"требование снижения массы диктует применение особотонкостенных деталей с усилениями в нагруженных местах или многослойных конструкций.
В то же время традиционные технологии не всегда обеспечивают возросший уровень требований к деталям трубопроводов летательных аппаратов, особенно большого удлинения. Возможным решением проблемы является применение импульсных технологий и, в особенности, газовзрывных.
Особенности газового энергоносителя позволяют легко формировать заряд внутри заготовки, управлять его параметрами и использовать способность газовой детонации, распространяясь по каналу детали, выделять энергию, потребную для деформирования, непосредственно у стенки заготовки. Анализ известных газовзрывных методов штамповки показал, что подобная технологическая схема не рассматривалась, а поэтому требует изучения.
Такой специфический источник нагрузки, как волна детонации, бегущая по газовой смеси внутри заготовки со сравнительно невысокими скоростями, формирует локальную зону деформирования, отличающуюся от наблюдаемых в других импульсных технологиях, например,
- 4 -при штамповке БВВ, когда скорость детонации сравнима со скоростью ввука в металле заготовки. Поэтому необходимо исследовать влияние такой схемы формообразования на конечную геометрию заготовки.
Анализ известных данных по газовому взрыву выявил их разрозненность и неполноту, что требует построения адекватных моделей и исследования с их помощью факторов, влияющих на формирование внешней нагрузки и определяющих работу технологического оборудования.
В свою очередь, опыт эксплуатации газовзрывных установок на предприятиях авиационной и двигателестроительной промышленности показал необходимость поиска методов и путей совершенствования уже существующих технологических процессов и оборудования, а также оптимального проектирования вновь создаваемых установок.
Таким образом, недостаточная изученность изложенных выше вопросов, с одной стороны, и все возрастающие требования к качеству деталей трубопроводных систем летательных аппаратов, с другой, обусловили необходимость проведения данной работы. 1.2. Цель и задачи исследований
Целью работы является исследование процесса формообразования деталей трубопроводов летательных аппаратов замкнутого контура большого удлинения энергией распространяющейся по полости заготовки газовой детонационной волны и разработка на этой основе практических решений для производства.
Для достижения поставленной в работе цели необходимо решить следующие задачи.
-
Исследовать особенности процесса деформирования деталей замкнутого контура большого удлинения типа элементов авиационных воздухопроводов и теплообменников при нагружении распространяющейся в полости заготовки гаэовой детонационной волной.
-
Установить закономерности формирования поля внешней нагрузки в стационарной одномерной детонационной волне и возможные
- 5 - ; "
способы повышения эффективности процесса.
-
Исследовать мероприятия , позволяющие осуществить управление параметрами технологических процессов, ' дать; конструктивные решения схем оборудования, отвечающего требованиям авиационного производства и рекомендации по его разработке.
-
Внедрить полученные результаты в виде технологических процессов и оборудования на предприятиях отрасли.
1.3. Научная новизна
Разработана и исследована новая схема технологических процессов изготовления длинномерных элементов трубопроводных-систем самолета и двигателя, основанная на прямом воздействии детонационной волны на трубчатую заготовку, установлены зависимости конечной формы получаемых деталей от вида внешней нагрузки.
Теоретически и экспериментально исследованы неизученные ранее процессы формообразования осесимметричной тонкостенной заготовки большого удлинения бегущей по полости заготовки волной детонации.
При помощи созданой комплексной модели газовой детонации изучен процесс формирования внешней нагрузки при газодетонационной штамповке, выявлены зависимости начальных и конечных параметров, рассчитаны важнейшие геометрические характеристики заготовки, оснастки и основных узлов оборудования.
Установлено, что мощным фактором управления амплитудно-временными параметрами внешней нагрузки, наряду с начальным давлением газовой смеси, служит состав смеси. При этом состав смеси должен рассчитываться при проектировании и точно выдерживаться при реализации технологических процессов.
По результам теоретических и экспериментальных исследований газовзрывной штамповки деталей трубопроводных систем самолетов и двигателей создан целый ряд принципиально новых методик для инже-
нерных расчетов параметров технологических процессов и оборудования, достаточно простых, но в то же время точных.
Разработки обладают мировой новизной, защищены авторскими свидетельствами и патентами СССР, России, Болгарии, ГДР. 1.4. Практическая значимость работы
Результаты проведенных теоретических, расчетных и экспериментальных исследований позволяют проектировать и осуществлять новые технологические процессы изготовления таких деталей, как длинномерные элементы воздухопроводов самолетов и двигателей, в том числе многослойные и с локальным рельефом, патрубки с отводами, законцовки и усиленные элементы авиационной трубопроводной арматуры, различные трубчатые теплообменные устройства летательных аппаратов и т.д.
Разработанные модели формирования внешней нагрувки и деформирования трубчатой заготовки большого удлинения дают возможность расчитывать основные параметры технологических процессов, что существенно сокращает объемы опытной технологической отработки и снижает затраты на подготовку производства.
Исследования, касающиеся источника внешней нагрузки - газовой детонации, устанавливают зависимости, определяющие возможности эффективного управления полем нагружения не только в процессах газовврывной штамповки плоских и трубчатых заготовок деталей летательных аппаратов, но могут использоваться для проектирования и совершенствования газовзрывных технологий уплотнения сыпучих материалов, изготовления литейных форм, очистки отливок..
Разработаны схемы, конструкции и методики настройки систем смесеобразования и других увлов гавовзрывного оборудования, отвечающего требованиям авиационного производства (мелкие партии деталей, частые переналадки и т.д.).
1.5. На защиту выносятся:
- принципиально новые технологические процессы изготовления
- 7 -деталей летательных аппаратов и авиационных двигателей замкнутого контура большого удлинения и конструктивные решения соответствующего оборудования;
методика определения параметров внешней нагрувки и критических геометрических размеров заготовки, оснастки и оборудования;
инженерные методики расчета основных параметров техпроцессов и внешней нагрузки;
рекомендации по выбору схемы, проектированию, тарировке и настройке систем смесеобразования и поджига газовзрывного оборудования, отвечающих требованиям авиационного производства.
1.6. Практическая реализация работы
Результаты работы были использованы при разработке установки для изготовления длинномерных элементов воздухопроводов системы противообледенения самолета, усиленных многослойных законцовок труб, патрубков с отводами и трубчатых теплообменников летательных аппаратов. Изготовлены детали воздухопроводов систем противообледенения и кондиционирования транспортных самолетов АН, патрубки двигателя Д-18, а также сложные бортовые теплообменники летательных аппаратов. Заинтересованность технологией выразили предприятия "0РЕ0Л-43", АНТК им. О.К.Антонова, "Мотор-С1Ч", где технология и оборудование будет внедрено после их доработки под требования серийного производства.
Результаты и выводы работы нашли отражение при модернизации и совершенствовании серийных установок газовой импульсной штамповки типа УИШ, а также другого газового оборудования в производстве летательных аппаратов на "0РЕ0ЛЕ-43". Модернизация различных узлов и систем установки произведена на 9 предприятиях Украины и Белорусии. Проведенные мероприятия позволили повысить
- 8 -качество деталей, сделать работу оборудования более надежной и безопасной.
Разработанные методики и данные исследований были использованы при разработке других типов оборудования - машины газовой импульсной формовки и гаэовзрывного пресса ПГ-20, внедренного на Заводе строительной техники в г. Главиница (Болгария).
1.7. Апробация работы
Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах кафедры технологии металлов и авиационного материаловедения в Проблемной лаборатории по использованию импульсных источников энергии в промышленности Харьковского авиационного института (1988-1993 г. г.), на Всесоюзной конференции по использованию импульсных источников энергии в промышленности в г. Харькове (1990 г.) и на X Симпозиуме по горению и взрыву в г. Черноголовке (1992 г.). Разработанные технология, оборудование и образцы деталей экспонировались на международных выставках в Пловдиве (1989), Сингапуре (1990), Гаване (1990), ВДНХ (1989-1990) и отмечены медалями выставок.
1.8. Публикации
По материалам диссертации опубликовано 17 работ, из них 8 печатных, 1 на правах рукописи, 8 авторских свидетельств.
1. 9. Объем и структура работы
Реферируемая работа объемом 176 стр. состоит из введения, 4 разделов, общих выводов и приложений. Работа содержит 7 таблиц, 101 иллюстрацию, список литературы и 14 приложений.