Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы в связи с резким увеличением скоростей летательных аппаратов (ЛЛ) возрастают требования к обеспечению теплозащиты, термопрочности и стабильности радиотехнических характеристик обтекателей радиоантенн всех юіассов ракет и самолетов. В связи с этим применяемые ранее стеклопластиковые обтекатели ЛА не обеспечивают их работоспособности при скоростях полета V >5 М, что привело к созданию обтекателей ЛА из конструкционной керамики. Специфические особенности технологии производства обтекателей ЛА из керамики способствовали выделению ггой отрасли авиационно-космической промышленности за рубежом в самостоятельную, в которой работает свыше 70 фирм.
В условиях непрерывного роста обьема выпуска и номенклатуры керамических обтекателей ЛА с различными летпо-тсхническими характеристиками (ЛТХ) весь прежний эмпирический опыт их технологической подготовки и самого производства оказывается недостаточным для организации крупномасштабного мобильного серийного выпуска изделий потребного качества и высокой экономической эффективности, которые потенциально обеспечивает кварцевая керамика. В связи с этим разработка научных основ технологической подготовки производства обтекателей ЛА из кварцевой керамики является актуальной проблемой.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссер-тация выполнялась в рамках Федеральной космической программы, программ: фундаментальных и прикладных НИОКР Миннауки и технологий РФ, «Национальная технологическая база», «Реструктуризация и конверсия оборонной промышленности», а также более 20 поисковых, фундаментальных и прикладных тем, внутренних и зарубежных контрактов.
Целью диссертации является разработка научных основ технологической подготовки, специфического для авиационно-космической отрасли промышленности производства керамических обтекателей ЛА, обеспечи-
2 вающих создание изделий данного класса, соответствующих современным и
перспективным мировым требованиям.
Для достижения этой цели в диссертации решались следующие задачи:
-
Разработать систему прогнозирования эксплуатационных свойств керамических материалов в обтекателях ЛА, реализуемых в процессе их изготовления.
-
Создать теоретическое обеспечение отработки обтекателей Л А из кварцевой керамики на технологичность.
-
Разработать концепцию и принципы формирования рациональных технологических процессов изготовления керамических обтекателей Л А.
-
Разработать принципы и методы создания и совершенствования технологического оборудования и оснащения для производства обтекателей авиационной и ракетно-космической техники (АРКТ) из кварцевой керамики.
-
Создать методологические и научные основы наземных испытаний керамических обтекателей ЛА.
-
Внедрить результаты диссертации в НИИ и на предприятиях в качестве руководящих технических материалов (РТМ), методик и процессов, а также обеспечить серийное производство обтекателей ЛА для нужд авиационного и ракетно-космического комплекса России и Украины.
Объектом исследования является технологическая подготовка производства специфических для АРКТ изделий - радиопрозрачных обтекателей антенн из кварцевой керамики, представляющих собой предмет исследования.
Методы исследования. При синтезе системы прогнозирования эксплуатационных свойств обтекателей из керамики (раздел 2) использованы методы статистического анализа, теории алгоритмов, методы обеспечения надежности технических систем (дерево отказов), механических испытаний образцов, регрессивного, спектрального и дериватографического анализа.
При синтезе теоретических основ отработки керамических обтекателей ЛЛ на технологичность (раздел 3) использованы аналоговый, структурный и аналитический методы, методы математического программирования, вероятностно-статистические методы.
При разработке концепции и принципов рациональных технологических процессов изготовления керамических обтекателей ЛА (раздел 4) использованы методы порошкового материаловедения (измельчения, шликер-ного литья, спекания), кинематики частиц твердого тела в жидкой среде, теории шлифования, статистического анализа.
Синтез научных основ создания и совершенствования технологического оборудования и оснащения для производства керамических отека гелей ЛЛ (раздел 5) выполнен с использованием методов тсхнико-зкоипчического анализа, квалимегрии и метрологии.
При разработке методологических и научных основ наземных испытаний керамических обтекателей ЛА использован системный подход, нераэру-шающие методы контроля, тензометрия, методы тепловых испытаний при импульсном и радиационном нагреве, компьютерные и информационные интегрированные технологии, вибрационные, радиоизмерительные методы.
Научная новизна диссертации вытекает из поставленных цели и задач исследования и включает в себя следующие основные результаты: В научно-методологическом аспекте: - впервые разработано новое научное направление в технологии производства ЛА, концептуально основанное на общих принципах и методах системы технологической подготовки производства АРКТ, но отражающее и включающее в себя специфические особенности объекта: новую комплексную систему прогнозирования эксплуатационных характеристик керамических материалов, реализуемых в процессе изготовления обтекателей; модифицированный комплексный критерий технологичности изделий; новые принципы разработки рациональных технологических процессов и оснащения; структурную модель системы наземной отработки.
В экспериментально-теоретическом и прикладном аспектах:
впервые разработаны математические модели, реализованные новыми методиками определения: критичного для керамики предела прочности при растяжении; параметров статистического распределения прочности, пористости, плотности, коэффициента направленного теплового излучения; моделирования динамики процесса измельчения шихты в мельницах; прогнозирования временного цикла заполнения формы шликером;
разработаны теоретические основы новых технологий: гравитаионно-капиллярного метода формования заготовки; ускоренной сушки и обжига керамических оболочек и форм; шлифования заготовок; методов и средств обеспечения РТХ обтекателей; применения чувствительных элементов ич оксида олова при наземной отработке изделий: компьютерной регистрации и анализа процесса разрушения обтекателей в реальном режиме времени.
Практическая значимость полученных результатов.
Разработаны и внедрены в производство:
РТМ, методики, технологические процессы, а также программное обеспечение для реализации новых методик сопровождения основных этапов технологической подготовки и производства керамических обтекателей;
новое оборудование и оснащение: эффективные футеровки мельниц; формовые комплекты для отливки заготовок обтекателей; новые установки для контроля и обеспечения прецизионного шлифования заготовок; стенды для теполопрочностных испытаний изделий; уникальный стенд для измерения радиотехнических характеристик. Это позволило сократить длительность различных процессов в 1,3...2,5 раза, расход электроэнергии - в 3...3,5 раза, увеличить производительность от 30 до 200%, повысить КПД в 1,5 раза;
- более 20 марок керамических материалов для обтекателей ЛА;
5 - более 20 типов обтекателей ЛА, внедренных на предприятиях ГНПЦ «Звезда-Стрела», МКБ «Факел», МКБ «Радуга», МКБ «Новатор», МНИИ «Агат», в ракетном комплексе С-300, ряде противорадарных, противокорабельных ракет, выпускаемых серийно. Налажено серийное производство обтекателей ЛА на заводе «Автостекло» (г. Константиновка, Украина), обеспечившее экономический эффект более Г млн. рублей в ценах конца 80-х годов.
Экономическая эффективность внутренних и международных контрактов на производство керамических обтекателей ЛА, в частности, контрактов с Китаем на разработку новых ОКР и поставку обтекателей ракетных комплексов типа С-300 (более 3 млн. долл. США), составила существенную часть прибыли предприятия и государства.
Личный вклад соискателя составляют решенные им научно-технические проблемы, включающие в себя концепции, принципы и общие математические модели, явившиеся научно-технической основой технологической подготовки производства керамических обтекателей ЛА, на базе которых получены новые конкретные теоретические результаты, опубликованные в 16 статьях без соавторства. В коллективных результатах автору принадлежат идеи, общие подходы в решении конкретных задач, а также осуществление научного руководства и личного участия. В масштабных практических результатах (организация, отладка технологии производства обтекателей ЛА и запуск их в серию, создание испытательных стендов и технологической оснастки и т.д.), полученных коллективом, возглавляемым автором, последним выполнялась роль научного руководителя, консультанта и организатора. Комплекс работ данного направления отмечен премией Правительства РФ за 1998 г.
Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты многократно докладывались автором на всесоюзных и международных конференциях «Конструкции и технология получения изделий из неметаллических материалов» (г. Обнинск, ОНПП «Технология» Х-1990г., ХІ-199ІГ., ХІІ-1992Г., XIII-1994 г., XIV-1995r., XV-1998r.), в
МВТУ им. Баумана (декабрь 1989 г.), в г. Минске (апрель 1990 г.), на IV Европейской конференции «Материалы в экстремальных условиях» (г. С.Петербург, июнь 1993 г.), на 1 международном симпозиуме «Передовые термические технологии и материалы» (г. Москва, январь 1997 г.), на ежегодных НТК Национального аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского «ХАИ» (г. Харьков, 1994-2000 гг.), на 14-й Российской НТК «Неразрушаю-щий контроль и диагностика» (г. Москва, июнь 1996 г.). на 2-й Всероссийской НТК «Прочность и разрушение, материалов и конструкций» (г. Орск, июнь 2000 г.). Международной НТК «Материалы и покрытия в экстремальных условиях» (К'ацивели. Крым, Украина. 2000 г.).
Керамические обтекатели и оснащенные ими ЛЛ демонстрировались на специализированных выставках и авиационных салонах Франции. O/VJ. Англии, Польше, Чехии. Китае, Венгрии, Югославии, Чили. Аргентине и других странах, а также на международных авиакосмических салонах Ле-Бурже U998 г.), Фарнборо (2000 г.), МАКС-93. МАКС-95. МАКГ-97, МАКС-99.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 18 статьях в сборниках научных трудов изданий перечня ВАК Украины (бюл. №4, 5, 1999 г.), трех статьях приоритетных изданий РФ, 28 авторских свидетельствах, патенте РФ, 18 отчетах о НИР, 12 материалах и тезисах конференций.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 414 страницах, включающих в себя 239 страниц основного текста, 165 иллюстраций, 43 таблицы, список использованных источников из 282 наименований. Работа состоит из введения, 7 разделов, выводов и Приложения.
