Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ
Совершенствование авиационной техники (AT), усложнение ее конструкции, повышение рабочих режимов при одновременном увеличении парка воздушных судов (ВС) и его старении делает необходимым повышенив эффективности процессов технической эксплуатации, обеспечивающее как высокие экономические показатели, так и показатели надежности, регулярности и безопасности полетов.
Проблема приобретает особое значение в связи с необходимость!) перевода AT на технологию обслуживания и ремонта по состоянию, которая требует повышения технического уровня всего эксплуатационно- ремонтного комплекса и, в частности, создания в предприятиях ГА достаточных информационных ресурсов; совершенствования технологических процессов ремонта и их проектирования.
Многообразие условий эксплуатации, применяемых конструкторских и технологических решений, материалов при изготовлении узлов, агрегатов и деталей AT влечет за собой наличие большого спектра повреждений и отказов их элементов. Опыт эксплуатации и ремонта AT, а также результаты анализа статистических данных о повреждениях, обнаруженных на АРЗ 400 ГА при дефектации узлов и цеталей, свидетельствует, что в основном они связанны с нарушением геометрических размеров сопряженных деталей и ухудшением качества их поверхностного слоя. Износ и коррозия составляют 70-80% от эбщего количества обнаруженных при ремонте на АРЗ повреждений, іричем в настоящее время устраняются с помощью восстановительных технологий лишь IO-20Z дефектов в то время как исправимые дефекты юставляют 45% общего их числа.
В условиях значительного сокращения поставок запасных частей га ВАРЗ 400 ГА актуализируется задача экономии материальных и "опливно-энергетических ресурсов с одновременным расширением юменклатуры восстанавливаемых дефицитных и дорогостоящих изделий і деталей ВС. Поэтому одним из основных направлений повышения іффективности АРП является широкое использование оптимизированных юсстановительных технологий.
ВАРЗ 400 ГА одним из первых предприятий отрасли стал внедрять :омпьютерные системы в производство. Для реализации сетевых іетодов планирования и управления ремонтом самолетов ТУ-104 и
-ч-
ТУ-ІІ4 на заводе еще в 1972 г. организован вычислител центр. Сегодня на ВАРЗ 400 ГА., идет процесс информатизации в авиаремонтного производства. Стала очевидной задача интегр всех подсистем в единую всеохватывающую компьютерную сі способную в реальном масштабе времени осуществлять не та управление текущим производством, но и вести научно-техническ; технологическую подготовку производства с учетом стратегии Т0и1 состоянию. Возникает проблема разработки формализованных мет< описания АРП как сложной системы, обеспечивающих си технологических процессов.
ОСОбеННОСТЬЮ АРП ЯВЛЯеТСЯ НеПрвДСКаЗувМОСТЬ ПОЛНОГО COCT8J
способов выполнения работ по устранению дефектов на разлет элементах AT. Следствием этого является потребность в операти (на базе САПР) проведении значительных объемов работ технологической подготовке производства (ТПП). высококачественного автоматизированного проектирования ремоні технологий, когда приходится вести оптимизацию при налі большого числа ограничений, важное значение приобретает преде: широкая информационная база о свойствах конструкционных матери* (КМ) и соединений.
При восстановлении формы и размера детали нередко возню ситуация (особенно в условиях ресурсных ограничений), при коте необходимо решить вопрос о заменяемости материа: Технологические процессы горячей обработки сплавов (ТП ГОС) тг как пайка, сварка, наплавка, напыление являются одними из основ методов восстановления деталей AT. Необходимо соединить огроь фактические знания о физике- химической сущности этих процессе возможностями новой информационной технологии на основе С1 Разработка баз данных и знаний, обеспечивающих информащкн поддержку оптимизационного проектирования ТП, является актуалі научно- технической задачей.
При проектировании на основе САПР имеется возможность реи задачи проектирования как оптимизационные. Одно и многокритериї ные подходы широко применяются как при оценке эффективности так и КМ. В зависимости от целей проектирования задаются разлет целевые функции, поэтому в составе САПР должны быть библиоі целевых функций и критериев. Реализации таких библиотек в С машиностроительных отраслей отсутствуют.
Повышение эффективности технологических процессов восстановления деталей авиационной техники из жаропрочных сплавов в условиях АРЗ путем создания информационных возможностей автоматизированного проектирования.
Создать математическую модель производственной системы ремонта летательных аппаратов и авиационных двигателей, обеспечивающую синтез технологических процессов их восстановления.
Разработать новые и усовершенствовать известные интегральные комплексные критерии оценки эффективности и взаимной заменяемости жаропрочных сплавов в еложнонапряженных конструкциях.
Провести поиск наиболее точных методов описания температурных зависимостей механических и теплофизических свойств чистых металлов и жаропрочных сплавов.
Разработать расчетные методы прогнозирования свойств жаропрочных сплавов в интервале температур от О до температуры плавления, для чего провести поиск наиболее общих закономерностей изменения теплофизических свойств чистых металлов.
Разработать расчетный метод, математические модели оценки свойств многокомпонентных жаропрочных сплавов по их составу.
Определить наилучшую параметрическую форму и оценить параметры математических моделей механических и теплофизических свойств авиационных жаропрочных сплавов.
Разработать программную реализацию для ПЭВМ всех расчетных методов оценки свойств сплавов и баз данных параметров математических моделей.
Провести экспериментальную проверку работоспособности базы данных свойств металлов и сплавов, для чего исследовать динамику вновь созданных интегральных комплексных критериев.
Провести научно-обоснованный выбор материалов с использованием разработанной базы данных и новых критериев оценки эффективности сплавов для усовершенствования технологии ремонта деталей ГТД методами горячей обработки сплавов.
технологический процесс восстановления летатательных аппаратов и авиадвигателей;
информация (массивы данных) об изменении теплофизических (х,а,ср) свойств чистых металлов при изменении температуры;
информация (массивы данных) об изменении механиче
(а ,а ,а ,а ,Е( 6, у) И ТвПЛОфИЗИЧвСКИХ (Х,а
в' о. 2* »оо' ог/юо' ' ' ^ *
свойств никелевых сплавов при изменении температуры;
информация (массивы данных) об изменении механиче
(ав*ао i,E' 6» vi И ТвПЛОфИЗИЧвСКИХ (Х,а,С ) СВОЙСТВ НИКЄЛ
сплавов в зависимости от состава;
информация о теплофизической характеристике- темпера плавления- многокомпонентных сплавов и припоев;
комплексные и интегральные критерии оценки аффективное! взаимной заменяемости конструкционных материалов;
технологический процесс ремонта никелевых лопаток сопло аппарата двигателя Д-ЗОКУ высокотемпературной пайкой.
Работа базируется на результатах теоретических и аспериме льных исследований, полученных в разные годы В.П.Фроло В.И.Ямпольским, Б.Е.Авчинниковым, Е.А. Коняевым, В.М.Засимо А.В. Жариковым, А.П. Желудковым , Г.А.Кручинским, Ю.Н.Маки С.Н.Лоцмановым, Е.В.Китовым, В.Г. Черняевым и др.
Создана структурная модель производственной системы рви ЛА и АД, а также алгоритм синтеза ТП их восстановления. Показ что в осуществлении общей концепции информатизации АРП п создания интегрированных САПР, определяющую роль играют: сие оценки состояния объекта ремонта, формирующие истинный пор дефекта; математическое и информационное обеспечение, позволя вести поиск наилучшей реакции производственной системы.
На примере монтажно-демонтажных работ паказана реалиг методологии управления процессами в АРП, как составной s производственной системы ремонта ЛА и АД.
Разработаны новые интегральные комплексные критерии oi эффективности и заменяемости металлов и сплавов (критерий теш прочности), исследована их динамика (на примере никелевых сплг в интервале температур от 296 К до Тпл. Создана компьюте библиотека критериев, позволяющая ранжировать сплавы в шщ температурном диапазона.
Используя методы математической статистики выявлены и ош ранее неизвестные наиболее общие зависимости измеї твплофизических (а, к, с ) свойств чистых металлов от темпері их плавления. Сформулированы новые эмпирические прщ отражающие эти зависимости.
Проанализированы различные способы описания температурных зависимостей тешюфизических свойств чистых металлов и авиационных сплавов с помощью простейших эмпирических моделей. Показано, что высокая точность описания указанных зависимостей достигается с помощью нелинейной или кусочно- нелинейной аппроксимации функциями второго и третьего порядка. Разработан новый метод прогнозирования теплофизических свойств сплавов <в интервале О - тпл) по величине температуры их плавления и программное средство, обеспечивающее информационную поддержку прочностного условия пайки.
Для описания свойств никелевых сплавов и припоев использован агломеративный алгоритм иерархической классификации, что позволило разработать многомерные регрессионные модели оценки тпл многокомпонентных сплавов, припоев, отвечапцие требованию авто- и внешней информативности и программное средство, обеспечивающее информационную поддержку температурного условия пайки никелевых сплавов.
В результате численного эксперимента по описанию многомерных данных температурных зависимостей механических и теплофизических свойств ni сплавов дано статистическое обоснование классификационных признаков и однородных группировок. Доказана возможность хранения информации указанных свойств однородных группировок в виде системы адекватных устойчивых многомерных ММ, отвечающих требованию авто- и внешней информативности.
Математическая модель производственной системы ремонта стала основой создания интегрированной автоматизированной системы научно- технической подготовки производства ВАРЗ №400..
Разработаны численные методы оценки механических и теплофизических свойств сплавов для информационной поддержки расчета температурных и прочностных условий пайки, которые использованы (ВАРЗ 400) при проектировании ТП пайки жаропрочных и высокопрочных сплавов, биметаллических конструкций, что позволило оптимизировать геометрические и прочностные характеристики соединений, при расчетах на прочность ответственных паяных изделий и при проектировании ТП пайки и сварки. Разработанная информационная база и программные средства вошли в состав САПР технолога ВАРЗ «400 ГА, с помощью которых спроектирована технология восстановления никелевых лопаток соплового аппарата турбины
двигателя ДЗОКУ/КП.
Разработана компьютерная версия библиотеки интегральных к< лексных критериев оценки эффективности и заменяемости конструї онных материалов для поддержки принятия конструкторско- технолс ческих решений при проектировании ТП ремонта AT (ВАРЗ №400 ГА).
С помощью разработанной информационной базы и програм* средств произведен расчет температурного условия, позволш определить оптимальный температурный режим высокотемперату{ пайки для устранения овализации отверстия под штифт крегик лопаток соплового аппарата в статоре и трещин в районе отверст С использованием многокритериального подхода и разработаь критериев тепловой прочности КМ произведен выбор материа) заменителей и разработан ТП восстановления никелевых лопаток ступеней соплового аппарата турбины двигателя Д-ЗОКУ.
Результаты работы нашли свою реализацию в учебном процессе виде семи методических пособий и способствовали повышению научї уровня дипломного и курсового проектирования.
Достоверность полученных результатов, обоснованность науч положений, выводов и практических рекомендаций подтверждаются лыпим объемом численных экспериментов по обработке исходной СЕ вочной информации с применением тестированных программных cpej и физическими методами экспериментальной проверки расчетов, также использованием фундаментальных положений теории оптимизаи математической статистики и теории надежности, справедливе которых доказана опытом предшествующих исследований.
