/
Автор: Кучма Л.Д. Джур Е.А. Вдовин С.И. Найденов В.А. Николенко Е.Ю.
Теги: технология обработки без снятия стружки в целом: процессы, инструмент, оборудование и приспособления междупланетные соединения (междупланетные полеты) космонавтика (аэронавтика) ракеты космическая техника ракетостроение аэрокосмическая техника
ISBN: 5-86400-030-2
Год: 1992
Текст
С/
Л.ДЖучма,-
ВЖНЙдш о»|
с. И.У хоз
Министерство образования Украины
Днепропетровский государственный университет.
Е. А. ДЖУР, С. И. ВДОВИН, Л. Д. КУЧМА,
В. А. НАЙДЕНОВ, Е. Ю. НИКОЛЕНКО, Е. И УХОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
ПРОИЗВОДСТВА
КОСМИЧЕСКИХ
РАКЕТ
Утверждено Министерством образования Украины
в качестве учебника для студентов вузов,
обучающихся по специальности
Издательство ДГУ
1992
БКК 39.63
Т 38
УДК 621.76.002(075.8)
Рецензент
д-р техн, наук, проф. В. С. Камалов
Редактор Л. П. Небогатова
2705140400 037
Т 229(04)-92
Заказное
ББК 39.63
ISBN 5—86400—030—2
© Джур Е. А., Вдовин С. И.
Кучма Л. Д., Найденов В. А.
Николенко Е. К),
УховЕ. И., 1992
ВВЕДЕНИЕ
В нашей стране накоплен уникальный опыт изготовления мощных носителей для
вывода на орбиту космических объектов. Он нуждается в обобщении и систематизиро-
ванном изложении. Настоящее издание представляет собой попытку такого рода.
В производстве носителей космических объектов применяют различные виды обра-
ботки, в том числе традиционные, такие как штамповка, литье, механическая обработка
и др., которые в достаточной степени освещены в соответствующей технической лите-
ратуре. Не умаляя их роли, следует все же отметить, что уровень производства кос-
мической техники определяют специальные технологические процессы, разработанные
именно для этой техники.
В учебнике представлены основные технологические процессы изготовления носи-
телей космических объектов. Наряду с краткой характеристикой заклепочных соединений
дано описание деталей и узлов, сборка которых осуществляется клепкой. Рассмотрены
основные технологические операции сборки клепаных отсеков и топливных баков с
вафельными и подкрепленными корпусами. Уделено внимание технологии сборочно-
сварочных работ при изготовлении баков.
Изложена технология изготовления конструкций из композиционных материалов с
краткими сведениями об их типах и свойствах. Рассмотрены методы тепловой защиты
конструкций и способы нанесения теплозащитных покрытий.
С учетом высоких требований к герметичности топливных систем носителей с
жидкостными двигателями приведены основополагающие характеристики герметичности
этих систем, методы обеспечения герметичности и пути повышения степени герметич-
ности.
В издании представлена технология общей сборки носителей на жидком топливе,
а также основные приемы и операции сборочно-монтажных работ, обмера, геометриче-
ских параметров и испытания ракетных систем.
Вышеприведенные специальные технологические процессы включены в учебник как
имеющие первостепенное значение для подготовки специалистов.Тем, кто овладевает
специальностью «Производство летательных аппаратов», важно знать не только совре-
менное состояние той или иной специальной технологии, но и основные этапы её
развития, так как эволюционная картина дает представление о причинах смены одних
конструкторско-технологических решений другими. Поэтому авторы, наряду с ретрос-
пективными связями, сочли необходимым подчеркнуть взаимосвязь технологии, конст-
рукции и функционирования аппаратов, преследуя цель общности и последовательности
изложения вопросов и лучшего усвоения материала.
Авторы выражают благодарность ведущим специалистам производственного объеди-
нения «Южный машиностроительный завод» за сотрудничество при подготовке мате-
риалов, а также кафедрам МТ-9 «Материалы и технология специального машиностро-
ения» МГТУ им. Баумана и «Производство летательных аппаратов» Харьковского ави-
ационного института им. Жуковского, взявших на себя труд по рецензированию учебника.
1
3
ГЛАВА I
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КЛЕПАНЫХ ОТСЕКОВ
Сравнение клепаных соединений со сварными по раду важнейших
конструктивно-технологических критериев оказывается не в пользу пер-
вых, которые не отвечают высоким требованиям в отношении герме-
тичности. Трудоемкость получения клепаных соединений также выше,
чем сварных, особенно если учесть трудоемкость изготовления накладок,
фитингов и других соединительных элементов, присущих исключительно
клепаным конструкциям. Детали, соединяемые клепкой, должны сопря-
гаться по поверхности большой протяженности внахлест, с помощью
накладок и т. п., что приводит к утяжелению конструкции по сравнению
со стыковым сварным соединением. Но, несмотря на больший вес кле-
паных соединений, клепаный отсек в целом существенно легче сварного
при одинаковых габаритах и несущей способности.
Выигрыш в весе клепаных отсеков достигается благодаря приме-
нению высокопрочных материалов, главным образом термически уп-
рочняемых алюминиевых сплавов, а также сплавов на основе магния,
композитов. Удельная прочность этих материалов, т. е. отношение
показателей прочности к плотности, в 1,5—2,5 раза выше, чем у
сплава АМг-6 — основного материала сварных отсеков.
Клепаные соединения достаточно надежны. В процессе клепки ма-
териал деталей не подвергается термическому воздействию. В условиях
статических и динамических нагрузок клепаные конструкции имеют
прочность, равную прочности конструкций со сварными соединениями.
К клепаным изделиям относятся так называемые сухие отсеки:
приборные, переходные, хвостовые, а также обтекатели, сбрасываемые
с головной части после прохождения стартовавшей ракетой разрежен-
ных слоев атмосферы.
Как видим, перечень отсеков, изготавливаемых с помощью клепки,
достаточно велик. Несмотря на появление новых технологий, в част-
ности технологии склеивания, клепка сохраняет свое значение, что
отчасти объясняется влиянием традиций, тем более что выигрыш в
весе (особенно первой ступени) уже не столь важен при возросшей
мощности носителей.
1.1. СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ КЛЕПКОЙ
Технологический процесс клепки, состав операций и их последо-
вательность во многом определяются требованиями, предъявляемыми
к соединению, типом заклепок, методом сборки конструкции. К ос-
новным операциям, обязательно имеющимся в каждом техпроцессе
клепки, относят установку деталей в сборочное положение и их фик-
сацию, образование отверстий под заклепки и гнезд под закладные
4
головки при потайной клепке, вставку заклепок, образование замы-
кающих головок и контроль качества соединения.
Соединяемые детали (пакет) собирают в приспособлении или ста-
пеле, плотно прижимают друг к другу зажимами или рубильниками,
а также струбцинами, фиксируя их правильное положение с помощью
технологических болтов, фиксаторов, упоров.
Отверстия под заклепки сверлят по шаблонам, кондукторам, на-
правляющим отверстиям (НО) в одной из деталей.
Образование НО и сборочных отверстий (СО) производится в за-
готовительных цехах путем сверления или пробивки. НО имеют за-
ниженный диаметр по отношению к диаметру заклепки, при обработке
пакета их рассверливают до нужного диаметра. В стальных и титановых
деталях НО получают сразу в соответствии с диаметром заклепок, не
опасаясь, что сверло «разобьет» направляющее отверстие при сверлении
пакета.
В качестве режущего инструмента используют спиральные сверла из
инструментальной стали. Диаметр сверла должен быть на 0,1 мм больше
номинального диаметра заклепки. Это позволяет легко вставлять за-
клепку в отверстие с небольшим зазором, который заполняется при
последующей клепке стержнем заклепки в процессе его осадки. Гнезда
под закладные головки потайных заклепок получают зенкованием. Зен-
кование может выполняться одновременно со сверлением. Инструментом
служат трехзубые зенковки с направляющими шпильками или комби-
Рис. 1.1. Ограничительная головка для зенкования отверстий
Рис. 1.2. Примеры постановки заклепок различных типов: а) с плоской головкой,
б) с потайной головкой; в) со скругленной головкой
6
5
Рис. 1.3. Групповая прессовая клепка
стрингера и обшивки
нированные сверла-зенковки. Зенков-
ки имеют упор, ограничивающий глу-
бину гнезда (рис. 1.1).
Сверление выполняют с помощью
пневматических дрелей, а также на
универсальных сверлильных станках,
специальных сверлильно-зенковаль-
ных установках и станках-автоматах.
В случае образования герметиче-
ского соединения пакет после сверле-
ния разбирают для удаления заусениц
и стружки. Пакет, не подлежащий
разборке, простукивают резиновым
молотком и продувают сжатым возду-
хом либо отсасывают стружку пыле-
сосом.
Для предотвращения коррозии от-
верстия в деталях из магниевых спла-
вов покрывают грунтовкой. Коррози-
онная стойкость легких сплавов, ис-
пользуемых в конструкциях клепаных
отсеков, недостаточна. Поэтому дета-
ли из алюминиевых и магниевых спла-
вов перед сборкой анодируют, а после
клепки осуществляют дополнительные
антикоррозионные меры — наносят
специальную краску на отсек в целом
либо на места расположения заклепок.
Закладные головки заклепок распо-
лагают со стороны более тонкого или
более слабого материала пакета, в ча-
стности со стороны обшивки (рис. 1.2).
Если обшивка не металлическая, под
закладную головку помещают шайбу.
Когда обе детали пакета из пластика,
шайбы помещают и под закладную, и под замыкающую головки.
Заклепки с потайной головкой (рис. 1.2) устанавливают на торце-
вые поверхности отсека, а также на обшивки вблизи торцов, где после
сборки ракеты наклеивают липкие ленты для защиты стыков от ат-
мосферных осадков. На торцевых поверхностях потайные головки не
должны выступать, а утопание допускается в пределах 0,2 мм. Головки,
расположенные в обшивке, могут выступать на 0,1...0,3 мм.
Длина выступающей части стержня заклепки перед осаживанием
должна составлять 1,1... 1,3d. На образование замыкающей головки,
показанной пунктиром на рис. 1.2, расходуется не менее 1 = d, часть
металла переходит в полость зазора. Максимально возможный объем
этой полости vmax = TRdomax - dmm )Н/4, максимальное значение do и
минимальное d подсчитывают с учетом допусков.
Осаживание выступающей части стержня и образование замыкаю-
6
Рис. 1.4. Переносной пресс для клепки пнсвморычажной конструкции
7
72ZZZZZZZZZZZZZZZZZ22Z
Рис. 1.5. Переносной пресс для клепки с пневмогидравлическим мультипликатором
8
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
щей головки могут осуществляться, в зависимости от применяемого
оборудования и инструмента, ударом, путем прессования и раскаткой.
Прессовая клепка предпочтительней, поскольку обеспечивает стабиль-
ность качества клепаных соединений, высокую .производительность и
лучшие условия труда. За один ход пресса можно осаживать до 10 и
более заклепок (рис. 1.3). Наряду со стационарными клепальными
прессами применяют переносные пневматические пресс-скобы
(рис. 1.4, 1.5) и автоматы. Клепальные автоматы выполняют операции
сверления, установки заклепок и расклепывания.
Ударная клепка применяется в случаях, когда из-за сложных
подходов невозможно использовать прессовую. Наиболее широкое
распространение получили пневматические клепальные молотки. За-
мыкающая головка образуется несколькими ударами клепального
молотка либо одним ударом (одноударные молотки). Пневматические
клепальные молотки могут быть различной конструкции, размеров
и мощности. Работают от цеховой воздушной сети. Частота ударов
многоударных молотков в пределах 300...50000 в минуту. В зави-
симости от мощности молотка работа одного удара составляет от
0,05 до 8 кгм.
Рис. 1.6. Способы ударной клепки: а) прямой; б) обратной; 1 — пневмомолоток;
2 — боек (обжимка); 3 — поддержка
9
Рис.1.7. Примеры постановки болт-заклепок и заклепок с сердечииками: 1— стер-
жень болт-заклепкп; 2 — втулка; 3 — фильера; 4 — сердечник; 5 — пустотелая за-
клепка
В качестве инструмента используют обжимки (бойки) и поддержки
(рис. 1.6). Рабочая поверхность обжимки обычно слегка выпуклая.
Поддержка служит опорой при осадке заклепок. Форма, размеры и
масса поддержки зависят от конструкции склепываемого узла, диаметра
f п
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
заклепок, а также от выбранно-
го способа клепки. Масса под-
держки может быть в пределах
1,5... 12 кг.
По способу образования за-
мыкающих головок ударная
клепка может быть прямой или
обратной (рис. 1.6). При прямом
способе удары молотка наносят
по стержню заклепки, а при об-
ратном — по закладной головке.
Поддержку прижимают соответ-
ственно к замыкающей головке
или к стержню заклепки.
При обратном способе при-
меняют обжимки с углубления-
ми на рабочей поверхности
(рис. 1.6), их диаметр и глубина
должны соответствовать разме-
рам закладной головки. Каждый
удар бойка вызывает упругий
прогиб склепываемого пакета в
сторону поддержки, в это время
заклепка осаживается. Одно-
ударные молотки в данном слу-
чае непригодны. В ракетострое-
нии применяют в основном об-
ратный способ, т. к. он
обеспечивает лучшее стягива-
ние пакета, т. е. сжатие соеди-
няемых деталей по сопрягаемым
поверхностям.
Ударная клепка сопровожда-
Рис 1.8. Последовательность клепки ряда
заклепок: а) от центра к краям; б) от одного
края к другому
Рис. 1.9. Схема клепки раскаткой: 1 — за-
кладная головка заклепки; 2 — опорный пу
ансон; 3 — раскатник
ется резким сильным шумом,
вредно действующим не только
на непосредственных исполни-
телей, но и на окружающих.
Пневматические клепальные молотки относятся к виброопасным ору-
диям труда.
Наряду с обычными заклепками, показанными на рис. 1.2, ис-
пользуют болт-заклепки и заклепки с сердечниками (рис. 1.7). При-
менение болт-заклепок носит характер альтернативы ударной клеп-
ке. Ими соединяют внахлест обшивки и другие малонагруженные
детали.
Материал стержней и колец — стали, сплавы титана и алюминия.
Кольцо обжимают специальной фильерой, одновременно прикладывая
тянущее усилие к стержню. Деформируясь, кольцо заполняет канавки
стержня, образуя неразъемное соединение. Когда заполнение закан-
чивается, усилие, приложенное к стержню, возрастает и вызывает его
11
обрыв. Болт-заклепки менее прочны, чем обычные заклепки из того
же материала, и стоят дороже.
Заклепки с сердечником незаменимы там, где имеется лишь
односторонний доступ к месту клепки. Их вставляют в отверстие
склепываемого пакета и тянут на себя стальной сердечник (рис. 1.7)
специальным инструментом, упирающимся в закладную головку.
Сердечник раздает трубчатую часть заклепки, образуя замыкающую
головку, а затем обрывается в месте, ослабленном канавкой. Вы-
ступающую часть сердечника срезают. Отверстия под заклепки с
сердечниками и болт-заклепки дополнительно обрабатывают развер-
тыванием или зенкерованном в целях обеспечения минимального за-
зора, достаточного для вставки заклепок. Клепка обычных заклепок
сопровождается утолщением стержневой их части до полного запол-
нения металлом зазора между заклепкой и отверстием, поэтому
допуски на диаметр отверстий не столь жестки, как при установке
заклепок, показанных на рис. 1.7.
При клепке обшивок и других тонколистовых деталей (независимо
от типа применяемых заклепок) следует учитывать возможность об-
разования «хлопуна» — местного вспучивания листа. Ряд или соседние
ряды заклепок, составляющих заклепочный шов, необходимо прокле-
пывать от середины к концам либо от одного конца к другому (рис. 1.8).
Соответственно края или один край обшивки не фиксируют заранее.
Для соединения деталей из хрупких материалов разработаны раз-
личные способы малодеформационной клепки, обеспечивающие лока-
лизацию пластических деформаций в области замыкающей головки
заклепки. Наибольшее распространение получил способ раскатки. При
клепке раскаткой формирование замыкающей головки вызывается ком-
бинированным воздействием на торец стержня заклепки осевого давления
и сил раскатывания. Применяют специальные раскатки (рис. 1.9). ко-
торые установлены в раскатной головке под углом 5,..6и к оси вращения.
При вращении головки инструмент описывает в пространстве конус,
вершина которого находится на рабочей поверхности инструмента. Осе-
вая сила Р, прикладываемая к стержню заклепки через раскатник,
значительно меньше (в 10 раз и более), чем при других способах клепки.
Пластической деформации одновременно подвергается лишь узкая зона
контакта раскатник-торец стержня заклепки, перемещающаяся вокруг
продольной оси заклепки при вращении раскатника.
Клепка раскаткой имеет несколько разновидностей (круговая, ра-
диальная и др.) и выполняется на специальных станках и устройствах,
а также на универсальных сверлильных станках.
Клепаные соединения некоторых изделий, например приборных
отсеков, подвергают герметизации. Герметизация клепаного шва может
быть внутришовной или поверхностной. В первом случае герметики
прокладывают между соединяемыми деталями, во втором — наносят
на внутренние поверхности соединенных деталей. Герметизирующие
материалы обладают адгезией, применяются в виде паст, раствора,
ленты или ткани, пропитанной герметиком.
Выполнение внутришовной герметизации совмещают с процессом
сборки и клепки. Изделие предварительно собирают в фиксаторах,
12
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
обрабатывают отверстия, затем разбирают, зачищают заусеницы, обез-
жиривают поверхности, наносят герметик, и лишь после этого окон-
чательно собирают и проклепывают. Герметики в виде пасты наносят
шпателем или шприцем, герметизирующую жидкость — кистью.
Для герметизации болтовых соединений, люков применяют упругие
прокладки из резины, асбеста, пластмасс, т. к. они не обладают
адгезией и проявляют свои герметизирующие свойства только при
наличии усилий сжатия.
1.2. ТИПОВЫЕ ДЕТАЛИ И УЗЛЫ КЛЕПАНЫХ ОТСЕКОВ
Типовая конструкция клепаного отсека (рис. 1.10) содержит сле-
дующие детали и узлы:
— верхний 1 и нижний 2 торцевые шпангоуты из углового профиля;
— стрингеры 3 из тавровых, угловых и корытообразных профилей;
— фитинги 4, соединяющие стрингеры с торцевыми шпангоутами;
— промежуточные шпангоуты 5 зетаобразного сечения;
— обшивки 6 и окантовки 7.
Рис. 1.10. Типовые формы и основные детали клепаных отсеков
Рис. 1.11. Т-образный стрингер законцовкой в сборке с фитингом
13
Рис. 1.12. Стрингер из угловогопро-
филя с подсечкой в месте соеди-
нения с ториевым шпангоутом
рядка 10 мм) профилей из
нагретых до 130...140 °C.
Материал фитингов — сплав АК-4
на основе алюминия. Легирован медью,
магнием, никелем, железом и титаном.
Хорошо штампуется в горячем состо-
янии. После закалки и старения предел
прочности ив = 400МПа, относительное
удлинение (5 = 12%. Штампованные
заготовки фитингов обрабатывают на
фрезерных и сверлильных станках с
ЧПУ.
Остальные детали изготавливают
обычно из алюминиевых сплавов Д16,
Д19, В95. Сплав В95 легирован медью
(1,7 %), магнием (2,3 %) и цинком
(6 %). Обладает удовлетворительными
пластическими свойствами в течение 6
часов после закалки. После старения
ов = бООМПа, (5= 6%. Сплав Д16 ле-
гирован медью (4 %) и магнием
(1.5 %), имеет хорошие пластические
свойства в течение 2 часов после
закалки. В состаренном состоянии
ив = 420МПа, <5=9%.
Гибку листов и профилей из пере-
численных материалов, а также боль-
шинство других формоизменяющих опе-
раций выполняют в холодном состоянии.
Подсечку (сдвиг сечения на длине по-
сплава В95 получают на заготовках,
Заклепки из сплавов В94, В65 и Д18П поступают на сборку после
закалки и естественного старения. Заклепки из менее пластичных
материалов Д19П и В95 можно осаживать лишь непосредственно после
закалки в течение 2 и 6 часов соответственно. По этой причине они
применяются в редких случаях.
Детали отсеков, изготовленные из алюминиевых и магниевых спла-
‘вов, в том числе заклепки, защищены от коррозии анодированным
слоем, электрическая проводимость которого недостаточна. Во избе-
жание образования на обшивке заряда статического электричества
небольшая часть расположенных на ней заклепок выполнена из сплава
АМг-5, относящегося к коррозионно-стойким. Они менее прочны, но
зато не нуждаются в покрытии. Через эти заклепки электрический
заряд стекает на массивные детали силового каркаса.
Стрингеры изготавливают из прессованных профилей, которые мо-
гут поставляться с пресс-остатками. Фрезерованием пресс-остатка по-
лучают стрингер с законцовкой, заменяющей фитинг (рис. 1.11). Тем
самым достигается снижение веса конструкции. Поверхность стрингера,
прилегающую к обшивке (см. поверхность Б на рис. 1.11), получают
при прессовании радиусом 1500 мм на широких корытообразных про-
14
Рис. 1.13. Приспособление для сборки стрингера: 1 — фитинг нижний; 2 — профиль; 3 — кронштейн; 4 — фитинг верхний
15
Филях и плоской — на узких-угловых,
т-образных профилях. Поверхность В
фитингов (рис. 1.11) обрабатывают в
соответствии с кривизной торцевых
шпангоутов, на узких фитингах эта по-
верхность плоская.
В конструкции большинства отсе-
ков массивные (силовые) стрингеры
чередуются с легкими. Последние ча-
сто не имеют законцовок и фитингов,
в этом случае на концах стрингеров
Рис. 1.15. Панель с корытообраз-
ными и Т-образными стрингера-
ми и ложементы для сборки
А -А
М / <
Рис. 1.14. Обшивка цилиндрического отсека
выполнены подсечки (смещения) для сопряжения с торцевыми шпан-
гоутами (рис. 1.12).
На рисунке 1.13 показано специальное приспособление для сборки
силовых стрингеров конического отсека.
Профиль с фитингами устанавливают на плиту приспособления
по базовым упорам и фиксируют прижимами и фиксаторами. Базовые
упоры обеспечивают необходимый размер L собираемого стрингера.
Фиксаторы вставляют в СО фитингов через отверстия кондукторных
втулок в базовых упорах. Зазор между профилем и базовыми по-
верхностями приспособления допускается только местный и не более
0,1 мм. Отверстия под заклепки сверлят по НО фитинга совместно
с профилем. Далее выполняется прихватка: не менее двух заклепок
в ряду. СО в стенках фитингов рассверливают по кондукторным
втулкам, установленным в базовых упорах. Кронштейны крепления
промежуточных шпангоутов (их количество зависит от конструкции
отсека) устанавливают по промежуточным базовым упорам, закреп-
ленным на плите приспособления. Окончательная клепка стрингеров
выполняется с помощью пнсвморычажного пресса. После заключи-
тельного контроля узел маркируют, замыкающие головки заклепок
покрывают грунтом.
Обшивки поставляют на сборку с односторонней подсечкой в местах
нахлесточного соединения (рис. 1.14)»
Тонкостенные обшивки (1,5...2 мм) поставляют плоскими. Контуры
обшивок, включая окна, получают по шаблону обработки контура
16
(ШОК). По нему сверлят на подсеченном крае НО под заклепки и
СО для фиксации стрингеров при сборке вне стапеля. В местах рас-
положения окон обшивки усиливают с помощью окантовок. Толщина
окантовок 2...3 мм.
Обшивки панелированных отсеков входят в состав узлов, называ-
емых панелями. Панель состоит из обшивки, собранной со стрингерами
(рис. 1.15). Она может содержать также секторы промежуточных шпан-
гоутов. Чем технологичнее конструкция отсека, тем большую часть
его клепаных соединений можно выполнить при сборке узлов: стрин-
геров в сборке и панелей с применением прессовой групповой клепки,
автоматизированного оборудования.
Применяют два, способа фиксации стрингеров при сборке панелей:
по гнездам в ложементах специального приспособления (рис. 1.15);
по сборочным отверстиям стригеров и обшивок.
В условиях мелкосерийного производства второй способ экономич-
нее (исключаются затраты на приспособление). Для придания панели
жесткости в нее с двух сторон вставляют технологические шпангоуты —
секторы колец с угловой формой сечения и кривизной, такими же
как у торцевых шпангоутов отсека, на место которых они ставятся.
Технологические шпангоуты соедийяют через СО со стрингерами с
помощью болтов. В таком виде панели обрабатывают на сверлильном
и клепальном оборудовании. Готовые панели отсоединяют от техно-
логических шпангоутов и подают на сборочный стапель.
1.3. СБОРКА КЛЕПАНЫХ ОТСЕКОВ
Сборка производится в стапелях. Универсальный стапель с наружным
расположением колонн схематично показан на рис. 1.16. Колонны 1 в
количестве 3 или 4 установлены симметрично на фундаменте. По всей
высоте колонн расположены крепежные отверстия для верхней и нижней
групп кронштейнов. Места установки кронштейнов выбирают с учетом
высоты собираемого отсека. На кронштейны ставят плиты стыка: верх-
нюю 2 и нижнюю 3, верхнюю плиту можно поднимать и опускать с
помощью домкратов 4. Плиты стыка представляют собой специальную
оснастку, изготовленную для конкретного отсека, в них предусмотрены
отверстия и кондукторные втулки для фиксации и сверления шпангоутов,
базовые упоры, а также прижимы для временного закрепления собира-
емых деталей и узлов. Правильность установки колец на стапель, в том
числе их соосность, обеспечивается фиксаторами, которые установлены
в кронштейнах и входят в отверстия колец.
Технические условия на стапельную сборку отсеков включают до-
пуск на смещение осей отверстий под заклепки (не более 0,3—0,5 мм),
местное неприлегание обшивки после клепки (не более 1,5 мм), до-
пуски на непараллельность, несоосность, неплоскостность торцевых
шпангоутов, условия контроля диаметров отверстий, глубины зенко-
вания, диаметра и высоты замыкающих головок.
Сборку отсека начинают с установки торцевых шпангоутов на
плиты стыка стапеля по фиксаторам и закрепления их зажимами.
17
1
Рис. 1.17. Шпангоут с накладкой в начальной стадии сборки отсека
18
Торцевые шпангоуты предварительно замыкают с помощью накла-
док (рис. 1.17). Шпангоуты поступают на сборку разомкнутыми с
припуском по периметру. Их устанавливают в специальное приспо-
собление, где размечают линии обрезки по периметру. Здесь же шпан-
гоут собирают с накладкой и сверлят в нем СО, по которым затем
устанавливают на плиту стапеля.
При сборке панелированных отсеков поднимают верхнюю плиту
стыка и устанавливают панели на нижней шпангоут так, что его
стенка входит в зазор между обшивкой и фитингами. При этом со-
вмещают торцевые отверстия в фитингах и шпангоуте и вставляют в
них штыри стапеля. Затем опускают с помощью домкратов верхнюю
плиту, в результате верхний шпангоут также входит в зазор между
обшивками и фитингами. Последние скрепляют со шпангоутом и вер-
хней плитой стапеля. Промежуточные шпангоуты устанавливают на
кронштейнах силовых стрингеров. Если промежуточные шпангоуты
были заранее установлены на панелях в виде секторов, их сращивают
с помощью накладок. Многие отсеки из-за особенностей своей конст-
рукции не поддаются расчленению на панели. К непанелированным
относятся, в частности, все конические отсеки, поскольку невозможно
ввести конические стенки торцевых шпангоутов в зазор между об-
шивкой и фитингами. Такие отсеки собирают на стапеле в виде
силового каркаса, по которому огибают обшивки.
Трудоемкость стапельной сборки при этом сильно увеличивается.
Сначала закрепляют торцевые шпангоуты на плитах стыка, устанав-
ливают силовые стрингеры и скрепляют их со стенками шпангоутов
заклепками или болтами. Далее размещают промежуточные шпанго-
уты, базируя их по упорам, закрепленным на стойке (или стойках)
стапеля. На подготовленный каркас накладывают обшивки и стягивают
их бандажами по торцевым и промежуточным шпангоутам. Бандаж
представляет собой брезентовый, пояс со стальной лентой и стяжным
винтовым замком. При правильной сборке СО обшивки и стрингеров
совпадают, их рассверливают и ставят заклепки — по две на каждый
стрингер. Затем снимают бандажи, сверлят отверстия в обшивке по
НО стрингеров и промежуточных шпангоутов, выполняют клепку.
В заключение проклепывают обшивку в местах нахлеста. Устанавли-
вают и проклепывают окантовки, накладки, другие детали. Отсек
демонтируют со стапеля для доработки.
Обтекатели головных частей конструктивно отличаются от клепа-
ных отсеков другого назначения главным образом тем, что выполнены
разъемными в плоскости, содержащей ось изделия. В местах разъема
вместо типовых стрингеров устанавливают массивные балки с вмон-
тированными замками. Часть обшивок обтекателя выполнена из стек-
лотекстолита, т. к. экранизирующее влияние металлических обшивок
затрудняет радиосвязь со спутником при подготовке старта и на на-
чальном участке подъема ракеты.
Наряду с конструкцией стапеля, показанной на рис. 1.16, приме-
няют универсальные стапели с внутренним расположением несущих
колонн. Они занимают меньшие площади, но обладают недостаточной
точностью параллельной установки плит стыка.
19
Рис. 1.18. Фрезерование окна в
нижнем торцевом шпангоуте
Рис. 1.19. контроль геометрических параметров:
1 — отсек; 2 — поворотный стол; 3 — нижнее
обмерочное кольцо; 4 — верхнее обмерочное
кольцо, 5 — стойка, 6 — шаблон; 7 — индика-
торная головка
Наиболее удобны в эксплуатации специальные стапели, спроекти-
рованные для конкретных отсеков без переналадки на другие изделия.
Однако применение специальных стапелей связано с повышенными
затратами времени и средств на подготовку производства, требует
больших производственных площадей.
1.4. ВНЕСТАПЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Вне стапеля производят установку арматуры внутри отсека, рассвер-
ливают отверстия и ставят заклепки в местах, в которых затруднена
была их клепка в стапеле, заклепки применяют вместо технологических
болтов, скреплявших фитинги с торцевыми шпангоутами, и т. п.
При сборке отсека в его деталях возникают упругие напряжения,
которые вызывают соответствующую деформацию после снятия от-
сека со стапеля. Для обеспечения стыковки с другими отсеками
стыковочные отверстия торцевых шпангоутов окончательно рассвер-
ливают в готовом отсеке по кондуктору. Работы выполняют на
специальном стенде, который состоит из поворотного стола и ради-
ально-сверлильного станка.
В ряде случаев для соединения отсеков необходимо обеспечить
доступ к стыковочным отверстиям с внешней стороны. В клепаных
отсеках ставят для этого фитинги с полостями, в которых располагают
стыковочные отверстия. В торцевых шпангоутах собранного отсека
фрезеруют окна напротив полостей фитингов, заранее предусмотрев
вырезы на обшивках в этих местах (рис. 1.18).
Собранный отсек подвергают контролю по основным геометриче-
ским параметрам: несоосности торцевых шпангоутов, непараллельности
и неплоскостности их поверхностей, измеряют общую длину отсека и
отклонение образующей внешней поверхности отсека от теоретического
20
контура. Используют обмерочный стенд с поворотным столом, линейки,
щупы, шаблоны, индикаторы (рис. 1.19).
На торцевые шпангоуты устанавливают обмерочные кольца, со-
вмещают риски плоскостей стабилизации колец и отсека и помещают
отсек на поворотный стол стенда. Отсек выставляют по нижнему
обмерочному кольцу в ось стенда с точностью до 0,3 мм. При замере
нспараллельности торцевых шпангоутов ножку индикатора устанав-
ливают на горизонтальной поверхности верхнего обмерочного кольца
(рис. 1.19). Стол поворачивают на 360° и фиксируют минимальные
показания индикаторной стрелки. Допуск на непараллельность повер-
хностей торцевых шпангоутов составляет до 1...1.5 мм.
Несоосность шпангоутов измеряют путем установки ножки инди-
катора на боковой поверхности обмерочного кольца. Отклонения до-
пускаются до 1...1.5 мм. Неплоскостность определяют щупом. Местный
зазор между контрольными кольцами и полками шпангоутов не должен
превышать 1,5 мм. Длину отсека определяют по масштабным рискам
шаблона. Контур отсека контролируют с помощью шаблона, верти-
кально ориентированного по плоскостям стабилизации (рис. 1.19) и
под углом 45° между ними. Величину зазора (5 между контуром отсека
и шаблоном определяют с помощью клинового шаблона.
Посте контроля геометрических параметров в соответствии с тех-
ническими требованиями на изделие наносят краску и различного
рода покрытия, в частности, теплозащитные покрытия — на внешнюю
поверхность приборных отсеков и обтекателей, а теплоизоляционные —
на внутреннюю поверхность хвостовых и переходных отсеков.
Заключительные операции перед отправкой отсека на главную
сборку — взвешивание, зачехление и опломбирование.
21
ГЛАВА 2
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ТОПЛИВНЫХ БАКОВ И ОТСЕКОВ
По конструктивному выполнению топливные баки космических
ракет с ЖРД, как правило, представляют собой тела вращения ци-
линдрической, конусной, сферической, тороидальной или комбиниро-
Рис. 2.1. Структурный состав топливных баков:
А — обечаечный вариант; G — капелированный вариант
22
ванной форм. Наиболее распространенной является цилиндрическая
форма. Ниже рассматривается технология изготовления баков цилин-
дрической конструкции. Бак содержит корпус и днища. Конструкция
корпусов баков современных ракет может быть обечаечной или па-
нельной (рис. 2.1). Днища состоят из полусферических оболочек и
шпангоутов. Конструкция баков может включать шпангоуты, а также
различные вспомогательные элементы и арматуру (трубопроводы, пат-
рубки, фланцы, кронштейны и др.).
Материалом для изготовления всех основных элементов баков слу-
жат сплавы АМг-6, АМг-бНН. Сборка осуществляется автоматической
дуговой сваркой.
Основные этапы изготовления баков:
— изготовление днищ;
— изготовление корпуса;
— изготовление трубопроводов, патрубков, арматуры;
— сборка бака;
— испытание на прочность;
— тарировка ёмкости;
— контроль геометрии;
— мойка, сушка;
— испытания на герметичность;
— монтажные работы;
— отделочные работы.
Первые три этапа выполняют параллельно, остальные последова-
тельно.
2.1. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДНИЩ
Основные укрупненные техпроцессы:
— изготовление оболочек;
— изготовление шпангоутов;
— изготовление патрубков, фланцев арматуры;
— сборка-сварка днищ;
— механическая обработка:
— испытание на прочность;
— мойка, сушка;
— испытания на герметичность;
— обмер, взвешивание, маркировка.
Основные операции изготовления оболочек (полусфер):
— раскрой заготовок;
— формообразование, обрезка;
— разметка;
— химфрезерование;
— вырезка, расточка отверстий (окон);
— отбортовка.
Раскрой листа толщиной 1,5... 15 мм производят на гильотинных
ножницах после предварительной разметки (по карте раскроя). Контур
заготовки принимают на основе развертки днища с учетом припуска
23
Рис. 2.2. Устройства для контроля диаметров днищ: а — специальный штангенцир-
куль; б — универсальный диаметромер; в — шаблон ШКС
на обрезку после формообразования. В случае недостаточной ширины
листа для получения требуемого размера заготовки раскрой произво-
дится с учетом приваренной части листа. Расположение сварного шва
заготовки определяется чертежом (техническими условиями). Сварной
шов зачищается с двух сторон «заподлицо».
Формообразование полусферы осуществляют путем вытяжки на
мощном гидравлическом прессе в инструментальных штампах или на
установках с помощью взрыва.
24
Рис. 2.4. Контроль геометрии шпангоута: 1 —
поверхность, проверяемая на отклонение от
ТЛ; 2 — поверхность, проверяемая на иепло-
скостность; 3 — поверхность, проверяемая по
ШКС; 4 — разделка стыка
Контур оболочки контролируют с помощью универсальных мери-
тельных средств или шаблонов ШКС (рис. 2.2). Толщина стенок
(утонение) замеряется стенкомерами (рис. 2.3) или ультразвуковым
толщиномером.
Обрезка припуска и подрезка торца полусферы в размер произво-
дятся на универсальном горизонтальном токарно-карусельном станке.
Диаметр днища по периметру после подрезки технологических при-
пусков замеряют обычно с помощью рулетки с точностью ±1,0 мм.
Контроль диаметров жестких днищ может осуществляться с исполь-
зованием нормализованных или специальных штангенциркулей и при-
способлений.
Разметка поверхности полусфер (центры отверстий, контуры химф-
резерования, метки плоскостей стабилизации) выполняется с использо-
ванием шаблона ШОК. ШОК представляет собой полусферу из стального
листа или ,АМг-6 с отверстиями и вырезами для нанесения меток на
полусферу чертилкой. Полусферу помещают на подставку. ШОК уста-
навливают обычно сверху симметрично относительно торцов полусферы.
Центры вырезаемых отверстий (окон) сверлят диаметром 6...8 мм. После
разметки полусферу направляют на участок (в цех) химической обра-
ботки в целях снятия части металла и обеспечения равнопрочности
конструкции. Обработка ведется путем травления в щелочных ваннах.
Необрабатываемая поверхность полусферы защищается нанесенным ла-
кокрасочным покрытием. Глубина съема металла от 1 до 5 мм.
Основные операции изготовления шпангоутов:
— раскрой заготовок;
— гибка, правка;
— сварка встык, контроль швов;
— механическая обработка;
— контроль геометрии, взвешивание.
Профили раскраивают на мерные заготовки с учетом припуска на
осадку при сварке. Гибку выполняют на профилегибочных станках
или на прессах с помощью гибочных штампов. Качество гибки конт-
ролируют шаблоном гибки (радиус гибки). Плоскостность проверяют
на контрольной плите. При необходимости профили правят на прессах
с использованием специальной оснастки или вручную на плите. Гнутые
профили (полукольца) соединяют стыковой сваркой на сварочных
25
машинах, обеспечивающих высокий сварочный ток и достаточное оса-
дочное усилие. Кольца шпангоутов обрабатывают в размер на токар-
но-карусельном станке. Отверстия на поверхности 2 (рис. 2.4) сверлят
по кондуктору.
Технические условия на геометрию шпангоутов включают непло-
скостность поверхности 2 — не более 1...1.5 мм, отклонение поверх-
ности 3 от ШКС — не более 1,5...2,5 мм.
При сборке днищ (сварка полусферы со шпангоутом, приварка
патрубков и фланцев) используют автоматическую аргонно-дуговую
сварку. Требования к сварным швам предъявляют по первой категории,
предусматривающей прочность шва не менее 0,9 прочности основного
материала, использование аргона высокого качества (ГОСТ 10157-79),
смещение кромок не более чем на 10 % толщины деталей. Зачистка
усиления сварного шва допускается до высоты, равной 10 % толщины
свариваемых кромок, но не менее 0,5 мм, шероховатость обработки
швов Rz < 40 мкм и др.
Технические условия на сборку днищ включают следующие поло-
жения:
— зачистка свариваемых кромок производится шабером «до бле-
ска»; сварка должна выполняться не позднее, чем через 4 часа после
зачистки;
— смещение кромок кольцевых швов допускается не более чем
1...1.5 мм, для патрубков и фланцев — не более 0,2 мм по всей длине
стыка и не более 15 % от толщины металла на 20 % длины стыка;
— зазор в стыке допускается не более 1 мм, для фланцев и
патрубков — не более 0,3 мм;
— присадочная проволока должна быть электрополирована;
— торцы свариваемых кромок деталей должны находиться по оси
формирующей канавки подкладочного кольца.
Основные операции сборки днищ:
— входной контроль деталей;
— подготовка свариваемых поверхностей;
— сборка полусферы со шпангоутом (прихватка);
— контроль сборки;
— сварка;
— контроль качества сварки;
— зачистка швов;
— рентгеноконтроль;
— механическая обработка;
— вырезка отверстий в оболочке;
— сборка патрубков, фланцев, арматуры (прихватка);
— сварка патрубков, фланцев, арматуры;
— контроль качества сварки;
— контроль геометрии, взвешивание.
При входном контроле проверяют комплектацию узла, сопроводи-
тельную документацию, производят внешний осмотр всех деталей на
отсутствие механических повреждений. Замеряют высоту, периметр и
овальность (не более 2 мм) шпангоута, наличие меток плоскостей
стабилизации.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Рис. 2.5. Схема установки для сварки полусферы днища со шпангоутом: 1 — днище, 2 — приспособление; 3 — стол мапинуля
тора; 4 — манипулятор; 5 — сварочный автомат; 6 — шпангоут днища
27
Подготовка свариваемых поверхностей заключается в обезжирива-
нии поверхности органическими растворителями на расстоянии не
менее 40 мм от торца и удалении оксидных пленок путем травления
или зачистки шабером (металлическими щетками) свариваемых кромок
«до блеска» на ширине не менее 20 мм от торца или края разделки
с лицевой и обратной сторон. При удалении оксидных пленок исполь-
зуют очищающий флюс, наносимый в виде суспензии на поверхность
свариваемых кромок. Флюсы на основе хлористых солей калия и бария
взаимодействуют с оксидами сплава с образованием шлака.
Шпангоут устанавливают в приспособление, совмещая метки плос-
костей стабилизации на шпангоуте (за них могут приниматься сварные
швы) с метками на приспособлении, и закрепляют. На шпангоут
устанавливают полусферу. Полусферу закрепляют с помощью при-
жимной «корзины» и кольца. Проверяют совмещение меток плоскостей
стабилизации полусферы и шпангоута, смещение кромок, зазоры. Сты-
ки прихватывают ручной сваркой. После прихватки контролируют
правильность сборки.
Сварка днища производится на специализированном стапеле типа
МСГ-3000, состоящем из манипулятора и сварочной автоматической
аргонно-дуговой установки (рис. 2.5). .Подготовку к сварке начинают
с выставления электрода сварочной горелки относительно стыка и
установки параметров сварки согласно технологической документа-
ции. Чтобы проверить правильность выставления электрода, осуще-
ствляют его прогон по периметру сварки путем вращения манипу-
лятора без подачи сварочного тока. Сварка может производиться за
один или два прохода в зависимости от толщины стенки полусферы
однофазной или трехфазной дугой. Присадочная проволока диамет-
ром 2,5 мм из АМг-6 электрополирована для удаления оксидных
пленок и уменьшения адсорбирующей поверхности за счет снижения
её шероховатости.
Параметры режима сварки назначают в зависимости от свойств и
толщины свариваемого материала, конструкции сварного соединения.
Например, для сварки полусферы с толщиной стенки 12 мм трехфазной
дугой может быть рекомендован следующий режим:
Сила тока: на первом электроде
на втором электроде
на изделии
Скорость сварки
Скорость подачи присадочной проволоки
Расход аргона
Диаметр электрода
400...440 А;
400...440 А;
640...660 А.
8... 14 м/ч.
70...90 м/ч.
18...20 л/мин.
8...10 мм.
Контроль качества сварки на отсутствие видимых дефектов пред-
варительно выполняют визуально с помощью лупы 4... 10-кратного
увеличения. Рентгеноконтроль проводят после зачистки шва и фрезе-
рования проплава, зачищают шов ручной шлифмашинкой заподлицо
с основным металлом.
Мехобработку производят в целях окончательной проточки стыко-
28
Рнс. 2.7. Эскиз разметки патрубков и
фланцев на днище: I—II, III—IV —
следы плоскостей стабилизации
Рис. 2.6. Схема вырезки отверстий в
полусфере: 1 — резец; 2 — днище;
3 — планшайба; 4 — манипулятор
Рис. 2.8. Схема установки фланцев и патрубков днища на координационной плите:
1 — координационная плита; 2 — стойка приспособления; 3 — днище; 4 — фланец;
5 — приспособление для установки фланца; 6 — патрубок; 7 — приспособление для
установки патрубка
войной полки шпангоута, сверления отверстий в шпангоуте и фрезе-
рования окон для установки стыковочных болтов. Проточку выполняют
на токарно-карусельном станке типа 1550, фрезерование окон — на
горизонтально-расточном станке типа УФС-32 фрезой диаметром
30,1 мм.
Вырезку отверстий в оболочке днища осуществляют после приварки
шпангоута. Иногда для обеспечения геометрических параметров и
29
увеличения жесткости используют технологический шпангоут, который
отрезают после вырезки и расточки отверстий.
Отверстия вырезают и растачивают согласно карте эскизов, где
указаны номер днища, координаты центров отверстий, диаметры вы-
резаемых и растачиваемых отверстий. Вырезку и расточку отверстий
производят на горизонтально-расточном станке с манипулятором
(рис. 2.6). Если толщина стенки полусферы не превышает 2...3 мм,
то вырезают отверстия обычно вручную — резаком.
На полусферах с толщиной стенки до 2 мм выполняют отбортовку
отверстий на установках типа ПКД с гидроприводом и с использованием
специальной оснастки.
Установку фланцев и патрубков на днище производят на коор-
динационной плите по эскизу разметки (рис. 2.7). На координаци-
онную плиту вначале выставляют приспособления для сборки днища
с патрубками и фланцами согласно схеме расположения стоек
(рис. 2.8).
После подгонки и прихватки патрубков и фланцев контролируют
правильность сборки. Приварку патрубков и фланцев производят на
сварочных стапелях (рис. 2.9) и установках (рис. 2.10).
Положение патрубков и фланцев проверяют на контрольной коор-
динационной плите с помощью контрольных приспособлений или на
разметочной установке (рис. 2.11). При контроле расположения пат-
рубков и фланцев на них устанавливают мерные заглушки.
Разметку под установку бобышек и кронштейнов производят на
делительном столе типа СДИ-20 с помощью специальных приспо-
соблений и радиально-сверлильных станков типа 258 (рис. 2.11).
Днище устанавливают на делительный стол по рискам плоскостей
стабилизации и отметкам на установочных кронштейнах поворотного
стола, выставляют в ось вращения с планшайбой стола (биение не
более 0,1 мм) и закрепляют с помощью крепежных кронштейнов.
Размечают днище с использованием мерительной головки и допол-
нительных отсчетных средств (линеек), установленных на траверсе
радиально-сверлильного станка. Разметку производят согласно тех-
Рис. 2.9. Схема приварки фланца к дни-
щу в стапеле: 1 — приспособление; 2 —
днище; 3 — поворотное устройство со
сварочным автоматом; 4 — сварочный
стапель; 5 — фланец
Рис. 2.10. Схема приварки патрубка
к днищу: 1 — сварочный автомат;
2 — днище; 3 — приспособление;
4 — патрубок
30
www.vokb-Ia.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Рис. 2.11. Схема разметки днища с помощью радиально-сверлиль-
ного станка: 1 — линейка; 2 — траверса; 3 — линейка; 4 —
шпиндельная головка; 5 — мерительная головка; 6 — днище; 7 —
шпангоут; 8 — зажим; 9 — установочное кольцо; 10 — планшайба
делительного стола; 11 — колонна
Рис 2.12. Схема гидроиспытания днища:
1 — насосная станция; 2 — прижимное
крльцо; 3 — днище; 4 — технологические
заглушки; 5 — предохранительный кла-
пан; 6 — приспособление
Рнс. 2.13. Схема установки днища при
испытании на герметичность: 1 —
крышка приспособления; 2 — вакуумная
полость; 3 — днище; 4 — полость с
воздушно-гелиевой смесью; 5 — про-
кладки; 6 — приспособление
нологической карте. После разметки и установки арматуры выпол-
няют прихватку и контроль правильности установки элементов ар-
матуры. Далее ручной АДС производят сварку.
Для днищ, имеющих значительное количество закоординированной
арматуры, перспективной является технология приварки заготовок
врезных элементов (болванок) с большим припуском с последующей
их обработкой на станке типа «обрабатывающий центр» за один ус-
тавов.
Испытания днищ на прочность в зависимости от использования
рабочего тела могут быть жидкостными (гидроиспытания) или пнев-
матическими.
Гидроиспытания проводят на специальном стенде, включающем
приспособление (стол) и насосную станцию (рис. 2.12).
В качестве рабочей жидкости используют раствор (1...2 %) двух-
ромовокислого калия (К2СГ2О7) в воде (конденсате). Хромпик приме-
няют как ингибитор коррозии.
Днище устанавливают на уплотнительную прокладку стола стенда
и закрепляют прижимным кольцом. Патрубки и фланцы закрывают
технологическими заглушками. При заполнении полости днища жид-
костью удаление остатков воздуха осуществляют обстукиванием ре-
зиновым молотком поверхности днища вплоть до появления полной
струи (без пузырьков) из контрольного отверстия в заглушке цент-
рального фланца.
Давление жидкости в полости днища создается гидронасосом. При
небольшом избыточном давлении проверяется герметичность сое-
динений. Рабочее давление (до 1 МПа) выдерживается 10 мин.
Контроль осуществляется по манометру, спад давления не допуска-
ется. После сброса давления сливается жидкость и демонтируется
днище со стенда.
Пневмоиспытания проводят в бронекамере или на стендах, имею-
щих бронеколпак. Днище устанавливают на стол испытательного стен-
да, закрывают бронеколпаком и закрепляют его на плите стенда
болтами или спецприжимами. Рабочее тело — сжатый воздух. Дав-
ление испытания выбирают в зависимости от типа днища в пределах
0,2...1,0 МПа.
Мойку днища производят на моечных установках орошением по-
верхностей специальным моющим раствором.
Сушку осуществляют в вакуумно-сушильной камере. Разрежение
1 1 гР
в камере до 50 мм рт. ст. Температура сушки 70 С. Время
сушки определяется в зависимости от температуры в камере и от
поддерживаемого вакуумными насосами разряжения и может дости-
гать 20 ч.
Испытания на герметичность проводят в вакуумных камерах или
негерметичных камерах методом натекания при атмосферном давле-
нии. Рабочим газом является гелий или гелиево-воздушная смесь.
В качестве контрольного оборудования используют промышленные те-
чеискатели типа ПТИ-7. При относительно невысоких требованиях к
герметичности применяют метод дисперсных масс.
Перед испытаниями помытое и высушенное днище обезжиривают
ацетоном и проверяют качество обезжиривания ультрафиолетовым
излучением в специальных камерах. Ультрафиолетовое облучение по-
зволяет визуально обнаружить на поверхности днища жировые пятна,
которые отрицательно влияют на процесс вакуумирования.
Днище устанавливают на прокладки приспособления и прижимают
к плите кольцевым прижимом (рис. 2.13). В полость между внутренней
поверхностью днища и приспособлением подают 10 %-ную воздуш-
но-гелиевую смесь. Из полости между наружной поверхностью днища
и приспособлением откачивают воздух. Гелиевый течеискатель нахо-
дится на выходе вакуумного насоса, который контролирует суммарную
Рис. 2.14. Классификация видов и способов изготовления обечаечных кор-
пусов баков
негерметичность. Наличие или отсутствие течи устанавливается на
пульте управления испытаниями.
При обнаружении суммарной негерметичности прекращают откачку
воздуха, демонтируют колпак приспособления и находят ручным те-
чеискателем место течи, которое разделывают и ремонтируют путем
подварки. Затем проводят, повторную проверку днища на прочность
и герметичность.
2 2-240
33
2.2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОРПУСОВ БАКОВ
Классификация видов корпусов обечаечного и панелированного
типа представлена на рис. 2.14, 2.15. В большинстве случаев для
подкрепления оболочек корпуса используют продольный или продоль-
но-поперечный силовой набор. Конструкция корпуса может быть мо-
нолитной, при этом предусматривается выполнение продольного или
продольно-поперечного набора заодно с оболочкой, и сборной. Моно-
литная конструкция с продольно-поперечным набором называется ва-
фельной. На рис. 2.16 представлена схема вариантов изготовления
корпуса бака вафельной конструкции.
Сборная конструкция формируется за счет соединения силового
набора с оболочкой путем сварки и клепки.
2.2.1. Изготовление обечаечного корпуса
вафельной конструкции
Монолитная конструкция корпуса бака вафельной структуры со-
стоит из набора оболочек-секций, обеспечивающих необходимую длину
бака (рис. 2.1). Каждая секция содержит минимум два сегмента. Ниже
рассматривается технология изготовления корпусов, секции которых
включают два сегмента (полуобечайки).
Основные укрупненные техпроцессы:
— раскрой-заготовок;
— гибка оболочек;
— мехобработка;
— сварка полуобечаек (секций);
— мехобработка;
— фрезерование вафельной структуры;
— вырезка отверстий;
— приварка фланцев;
— сборка-сварка секций;
— торцовка корпуса;
— разметка;
— обмер.
Раскрой ведут с учетом особенностей гибки, толщины исходного
листа и способа сварки полуобечаек. Для получения обечайки, име-
ющей форму правильного цилиндра, необходимо предварительно под-
гибать края заготовки по образующей (рис. 2.17). В противном случае
(при плоской заготовке) для получения цилиндра правильной формы
из листа толщиной более 20 мм края согнутой уже заготовки прихо-
дится обрезать, т. к. из-за «мертвой зоны» на валках гибочного станка
края заготовки остаются плоскими.
Гибка обечаек производится на мощных гибочных валковых ма-
шинах. Контроль радиуса гибки — по шаблону гибки.
После гибки мехобработка полуобечаек заключается в фрезеровании
торцов по образующей под сварку. Обработка выполняется на специ-
альном фрезерном станке двумя парами концевых фрез (рис. 2.18).
Технические условия на сборку обечаек:
34-
Рис. 2.16. Схема вариантов изготовления корпуса бака вафельной структуры
— зазор в стыке — не более 0,5 мм;
— смещение кромок — не более 0,85 мм;
— смещение контрольных рисок плоскостей стабилизации — не
более 1 мм;
. — сварочная проволока электрополированная, используется не поз-
днее чем через 120 ч после обработки;
— аргон — не ниже 1-го сорта;
— контроль прочности шва на разрыв производится на образцах-
свидетелях 2 раза в год.
2*
35
II МУИ
Рис. 2.17. Подготовка плоских заготовок
к гибке
Рис. 2.18. Схема фрезерования торцов
полуобечаек
Может быть использована как аргонно-дуговая сварка (АДС), так
и стыковая.
Основные операции при АДС:
— входной контроль деталей;
— контроль периметра полуобечаек;
— разделка кромок под сварку;
— подгонка полуобечаек;
— сборка полуобечаек прихваткой;
— контроль сборки;
— установка обечайки в сварочный стапель;
— сварка обечаек;
— рентгеноконтроль сварных швов;
— торцовка.
Контроль периметра полуобечаек осуществляется согласно техно-
логической карте. Замер производится рулеткой. Кромки разделыва-
ются с помощью шлифмашинки, форма стыка определяется в зави-
симости от толщины материала. Далее выполняется зачистка свари-
ваемой поверхности.
Стыкуют полуобечайки по базовым рискам, наносимым на про-
дольную кромку каждой из них при фрезеровании. Стыки подгоняют
на координатной плите с использованием стяжек и бандажей. При-
хватка выполняется ручной АДС. После сборки-прихватки замеряется
обечайка по периметру. Проверяются зазоры и смещение кромок.
Обечайка устанавливается на тележку и закатывается в стапель.
При установке в стапель свариваемая кромка выставляется по оси
формирующей канавки шины стапеля (рис. 2.19). Свариваемые кромки
прижимают гидроприжимами. В начале и в конце свариваемого стыка
устанавливают (прихваткой) технологические пластины.
Сварочная горелка и электрод выставляются по свариваемому сты-
ку. Приборы управления выставляют на требуемый режим. Дугу за-
жигают на технологической пластине. Обычно сварка осуществляется
за два прохода при трехфазной дуге. Операция заканчивается удале-
нием проплава и контролем сварного шва.
Торцовку обечаек производят на специальном стапеле, имеющем
фрезерные головки с концевыми фрезами (рис. 2.20). Обечайки за-
крепляют в стапеле с помощью разжимных сегментов.
36
Формирование вафельной структуры в обечайках производится на
станках с программным управлением типа СВО-21, имеющих шесть
шпинделей. Обечайка устанавливается по базовому торцу на опорное
кольцо станка (рис. 2.21). Обработка ведется одновременно шестью
фрезами. Толщина стенки проверяется ультразвуковым толщиномером.
После обработки производится контроль элементов вафельной струк-
туры и взвешивание обечайки. Доработка конструкции может выпол-
няться химфрезерованием. Отверстия вырезают на горизонтально-рас-
точном станке.
Обечаечный корпус собирается из секций обечаек путем сварки
Рис. 2.19. Схема установки обечаек в сварочный стапель: А — сварка продольных
швов; Б — сварка кольцевых швов; 1 — гидроприжимы; 2 — сварочная горелка; 3 —
шина; 4, 9 — обечайки; 5 — тележки; 6, 7 — разжимные кольца; 8 — бандажи
37
Рис. 2.20. Схема стапеля для фрезеро-
вания кромок обечаек: 1 — неподвижная
бабка; 2 — обечайка; 3 — подвижная
бабка; 4 — штурвал ручного управления;
5 — фрезерная головка; 6 — распорные
колодки; 7 — планшайба
A-A
фрезеровании вафельной структуры:
1 — копир-поддержка; 2 — корпус
обечайки; 3 — фреза; 4 — расжимное
кольцо; 5 — стол станка
ЧХ
Рис. 2.22 Схема сборки-сварки обечаечного корпуса: 1 — неподвижная бабка стапеля; 2 — корзина; 3 — переходное кольцо;
4 — торцевой шпангоут; 5 — сварочная горелка; 6 — бандаж; 7 — обечайка; 8 — сварной шоп; 9 — подвижная бабка;
10 — направляющие; 11 — катки; 12 — разжимное кольцо
39
кольцевых стыков на специальном стапеле (рис. 2.22). Секции уста-
навливают на катки, крепят к торцам корзин бабок стапеля и стыкуют
между собой. Продольные сварные швы секций не должны совпадать.
Разворот одного продольного шва относительно шва стыкуемой секции
определяется технологической документацией и обычно составляет
90 . Прихватку в 4...8 точках через 200...250 мм выполняют ручной
АДС. Зазор в стыке не должен превышать 1 мм, смещение кромок —
не более 1,5 мм. Сварка с образованием кольцевого шва проводится
за два прохода. Заключительными операциями являются фрезерование
проплава и контроль качества шва.
При стыковке третьей и последующих секций начало следующего'
кольцевого шва относительно предыдущего смещают на 90° в целях
уменьшения накопления деформаций образующей корпуса.
Врезную арматуру (фланцы, патрубки) целесообразно вваривать в
готовый корпус, что уменьшает влияние сварочных деформаций на
контур корпуса.
Торцовку корпуса выполняют на стапеле типа изображенного на
рис. 2.19. Обработка производится в целях подготовки привалочных
поверхностей и обеспечения требуемой длины корпуса. Поэтому тор-
цовке предшествует обмер длины корпуса по разметкам станины стенда
или рулеткой. Фрезеруют за 2—3 прохода. Фреза концевая, трехзубая.
Не демонтируя корпус со стапеля, выполняют разметку осей ка-
бельного ствола с помощью нивелира и производят обмер корпуса в
следующей последовательности:
— совмещение рисок 1 плоскости стабилизации с рисками 1 на
планшайбе стапеля;
— выставление нивелира в горизонт по риске 1;
— установка контрольных линеек на риски 1 по торцам корпуса;
— нанесение чертилкой рисок осей кабельного ствола (КС) на
торцах корпуса;
— нанесение рисок осей КС с помощью струны;
— установка технологических заглушек на фланцы корпуса;
— обмер фланцев с помощью струны, линеек, шкал на техноло-
гических заглушках;
— проверка отклонения обвода корпуса по торцам от ТЛ с помощью
ШКС. Зазор между торцом шаблона и обводом корпуса допускается
не более 6 мм.
2.2.2. Изготовление панелированного корпуса
Прессованные панели, из которых собирается корпус, могут по-
ставляться с различной конфигурацией продольных ребер (стрингеров).
Габаритные размеры панелей имеют свои пределы в силу ограниченной
мощности существующего оборудования (длина до 13000 мм, ширина
до 2300 мм), поэтому количество панелей в корпусе может быть
различным в зависимости от его диаметра.
Основные укрупненные техпроцессы:
— химическая размерная обработка панелей;
— мехобработка;
— гибка;
40
Рис. 2.24. Схема выреза отверстия в
панели на горизонтально-фрезерном
станке: 1 — манипулятор; 2 — панель;
3— фреза
Рис. 2.23. Обработка законцовок ребер
панели: 1 — торцовка; 2 — фрезерование
законцовок; 3 — химфрезерование
Рис. 2.25. Схема продольного фрезе-
рования панелей: 1 — фрезы; 2 — па-
нель; 3 — прижим; 4 — ложемент стола
станка
— химическая обработка;
— установка кронштейнов;
— сборка-сварка панелированного корпуса;
— установка шпангоутов;
— приварка фланцев;
— торцовка корпуса;
— разметка;
— установка арматуры.
Химическая размерная обработка осуществляется согласно техно-
логической карте путем травления в щелочных ваннах. Снимается
часть материала с поверхностей, не подвергаемых тепловому воздей-
ствию при сварке, а также утбняются ребра до требуемого размера.
Мехобработка заключается в обрезке панелей в размер, торцовке,
обработке законцовок ребер (рис. 2.23), вырезке отверстий.
Обработка производится на специальном станке типа УНИОН. При
обрезке используется дисковая фреза, при обработке торцов — спе-
циальная конусная фреза.
Разметка отверстий на панелях выполняется согласно технологи-
ческой карте с помощью струны, линейки и керна. В центре намеча-
емого выреза сверлится отверстие диаметром 8 мм.
Фрезерование стрингеров в местах вырезки отверстий производится
на специальном горизонтально-фрезерном станке, панель закрепляется
на приспособлении (рис. 2.24).
41
Рис. 2.26. Сборочный стапель сборки корпуса бака иа панелей
Гибку выполняют на универсальном листогибочном станке типа
ЛГС-10-НИАТ. Для предотвращения повреждения ребер между ними
прокладывают деревянные рейки. Контроль радиуса гибки осуществ-
ляют по шаблону ШГ (ШКС).
Дальнейшая мехобработка заключается в продольном фрезеровании
торцов панелей в размер и вырезке отверстий. Предварительно раз-
меченную панель устанавливают на ложементы станка и закрепляют
гидрозажимами. Специальный фрезерный станок типа КФГ-1 имеет
два шпинделя Фрезерование выполняют одновременно с двух сторон.
Фрезы двузубые диаметром 16 мм (рис. 2.25).
Вырезку отверстий в панелях производят на горизонтально-расточ-
ном станке типа 2А635.
В целях очистки от загрязнения панели подвергают травлению.
Сверление полок ребер (стрингеров) под установку кронштейнов
крепления шпангоутов выполняют ручной пневмодрелью по шаблону.
Кронштейны приклепывают к стрингерам с помощью пневмоскобы.
Технические условия на сборку предусматривают смещение кромок
смежных панелей по высоте до 1,0 мм и по торцу — до 1,5 мм.
Отклонение контура (замер зазора по ШКС) — до 1,0 мм.
Основные технологические операции:
— контроль геометрии панелей;
— подготовка свариваемых кромок;
— монтаж панелей в приспособление и установка в стапель;
— прихватка, контроль качества сборки;
— сварка;
— снятие проплава, контроль шва;
— контроль геометрии.
Замер периметра панелей производят по торцам рулеткой. Подго-
товка свариваемых кромок заключается в разделке технологической
фаски под углом 45° и зачистке кромок шабером.
Сборка под сварку выполняется на специальном приспособлении,
которое затем помещают в сварочный стапель (рис. 2.26).
Устанавливают сначала две панели и сваривают продольным швом.
Далее наращивают по одной панели до п-1, где п — общее количество
панелей в корпусе. Последняя п-я панель считается замыкающим
звеном в размерной цепи, образующей периметр корпуса — П:
П = h + 12+ ....+ ln-i ,
где I; — размер панели по периметру. Поэтому размер 1п определяется
и — 1
после замера и вычисления суммы lj. В случае превышения фак-
1
тического размера n-й панели величины 1П она подвергается продоль-
ному фрезерованию в размер.
Режим сварки:
J = 480...500 A; U = 18... 19 В;
скорость сварки — 8,5... 9,5 м/ч;
скорость подачи проволоки — 80 ..90 м/ч;
43
Рис. 2.27. Схема установки шпан-
гоутов: 1 — обшивка; 2 — уголок;
3 —шпангоут; 4 — накладка
диаметр проволоки — 2,5 мм;
диаметр электрода — 8 мм.
Контроль геометрии заключается
в замере периметра корпуса по тор-
цам рулеткой.
Технические условия установки
шпангоутов предусматривают размер
диаметра отверстий в стрингерах под
заклепки 6,1+0’2 мм. Контролируют
10 % отверстий калибром 6,2 мм «на
проход».
Основные операции:
— установка разжимных колец;
— установка и клепка кронштейнов;
— установка и клепка секций шпангоутов;
— обрезка припуска секций;
— установка накладок, клепка;
— контроль сборки.
Разжимные технологические кольца устанавливают по торцам кор-
пуса в целях придания ему правильной цилиндрической формы и
необходимой жесткости.
Кронштейны крепления устанавливают по заранее просверлен-
ным отверстиям в стрингерах. Клепка прессовая пневмоскобой.
Секции шпангоутов устанавливают вплотную к торцам стрин-
геров (рис. 2.27).
Секции шпангоута представляют соб<5й гнутый Z-образный профиль.
Секции закрепляют струбцинами, сверлят отверстия по отверстиям в
кронштейнах и склепывают шпангоут с помощью накладок «в кольцо».
2.3. СБОРКА БАКОВ И ТОПЛИВНЫХ ОТСЕКОВ
Технические требования на сборку предусматривают зазоры в сты-
ках не более 1 мм. Торцы свариваемых кромок должны находиться
по оси канавки подкладного кольца.
Основные операции сборки баков:
— входной контроль;
— установка днищ на переходные кольца;
— установка корпуса на стапельную тележку;
— подготовка кромок днищ и корпуса под сварку;
— установка тележки корпуса в стапель;
— сборка-прихватка днищ с корпусом;
— сварка переднего днища с корпусом; •
— установка, сварка арматуры внутри бака;
— сборка-прихватка заднего днища с корпусом;
— сварка заднего днища с корпусом;
— демонтаж бака со стапеля;
— рентгеноконтроль сварных швов.
Входной контроль заключается в проверке комплектации деталей
и узлов, полноты и. правильности оформления сопроводительной до-
44
кументации. Узлы и детали осматриваются на отсутствие внешних
повреждений.
Сборка-сварка бака производится на сварочном стапеле типа ПК-
27,01, включающем непосредственно стапель, тележку, разжимные
кольца, бандажи и сварочную установку. Конструкция стапеля состоит
из двух тумб (одна подвижная) (рис. 2.22), направляющих рельсов и
эстакады. Днища устанавливают на переходные кольца и закрепляют
на корзинах тумб, совмещая риски плоскостей стабилизации днищ с
рисками на переходных кольцах. Внутрь корпуса по торцам устанав-
ливают разжимные кольца, а снаружи надевают два бандажа. Банда-
жами корпус устанавливают на катки стапельной тележки.
После зачистки кромок под сварку совмещают торцы корпуса и
днища. Проверяется совпадение рисок плоскостей стабилизации днища
и корпуса и зазоры в привалочных плоскостях. Прихватка осущест-
вляется ручной АДС. Далее производится контроль правильности сбор-
ки.
Устанавливается подкладное кольцо внутри бака, подводится го-
релка сварочной установки. Ось электрода выставляют в линию стыка
с последующей проверкой холодной прокруткой по периметру ведения
сварки.
Режим сварки для толщин 8,5... 10 мм:
Jl = 420...440 A; VCB = 16...17 м/ч;
J2 = 400...420 А; Упр = 100... 120 м/ч;
Дизд = 530...580 А; диаметр электрода 6...7 мм.
Предварительный контроль качества сварки производят путем
внешнего осмотра с использованием лупы 4-кратного увеличения.
Проплав фрезеруют заподлицо с основным металлом. Внутри бака
устанавливают стойки, успокоители, бобышки, кронштейны и другую
арматуру.
После приварки заднего днища бак демонтируют со стапеля и
направляют на рентгеноконтроль.
Сборка топливных отсеков содержит следующие основные операции:
— входной контроль всех деталей и узлов;
— установка переднего днища на переходное кольцо корзины;
— монтаж разжимных -колец в -передней обечайке, разжатие её до
необходимой цилиндрической формы и установка на ней обжимных
бандажей;
— установка передней обечайки на роликовые тележки стапеля и
стыковка её с передним днищем;
— стыковка промежуточного днища с передней обечайкой;
— монтаж разжимных колец в задней обечайке, разжатие её до
необходимой цилиндрической формы и установка на ней бандажей;
— установка задней обечайки на роликовые тележки стапеля и
стыковка её с переходным днищем;
— установка тоннельного трубопровода и формирователя проплава;
— установка магистрального трубопровода и центрирующей про-
кладки;
— установка заднего, днища на переходное кольцо корзины;
— стыковка заднего днища с обечайкой;
45
л/ а г/ н а>
Рис. 2.28. Схема сборки топливного отсека: 1 — корзина переднего днища; 2 — днище; 3, 6, 8, 9, 10, 13, 16 — сварные швы;
4 — разжимные кольца; 5 — обечайка переднего бака; 7 — промежуточное днище; II — магистральный трубопровод; 12 —
тоннельный трубопровод; 14 — центрирующие прокладки; 15 — обечайка заднего бака; 17 — заднее днище; 18 — бандажи;
19 — ролики; 20 — кронштейны роликовых тележек; 21 — вторичная 'ермстиаация; 22 — формирователь проплава
46
— выставление зазоров в сварных стыках и выступов кромок от-
секов;
— ручная прихватка сварных стыков;
— сварка переднего и промежуточного днищ с передней обечайкой;
— демонтаж разжимных колец в передней обечайке;
— установка и сварка арматуры в переднем баке;
— сварка магистрального трубопровода с переходным днищем;
— сварка тоннельного трубопровода с задним днищем;
— сварка обечайки с задним днищем;
— сварка тоннельного трубопровода с переходным днищем;
— сварка задней обечайки с переходным днищем;
— сварка переднего и промежуточного днищ с передней обечайкой;
— демонтаж разжимных колец в задней обечайке;
— установка и сварка арматуры в заднем баке;
— демонтаж топливного отсека со стапеля;
— рентгеноконтроль сварных швов.
Сборка и сварка топливного отсека производятся на стапеле
(рис. 2.22) по схеме (рис. 2.28). Перед стыковкой отсеков и деталей
производится совмещение соответствующих рисок плоскостей стаби-
лизации. Конструкция разжимных колец обеспечивает формирование
проплавов и подачу аргона в зону корня сварного шва. Демонтаж и
удаление разжимных колец осуществляются через люки лазов.
Конструкция бандажей разъемная. В диаметрально противополож-
ных местах бандажа имеются шарнир и замок. Бандаж опирается на
поверхность бака мягкой прокладкой, при этом обеспечиваются со-
хранение правильной цилиндрической формы корпуса и безударная
подгонка сварных кромок при сборке-прихватке корпусов и днищ.
Промежуточное днище подается на сборку с приваренной вторичной
герметизацией (рис. 2.28, поз. 21).
Сборка и стыковка тоннельного и магистрального трубопроводов
осуществляются при помощи технологических приспособлений, кото-
рые демонтируются и удаляются после сварки стыков через люки-лазы.
В зависимости от длины этих трубопроводов центрирующие прокладки
(15) могут устанавливаться с необходимым шагом. Сварной шов (10)
варится изнутри, со стороны переднего бака. Замыкающими сварными
швами являются швы 9 и 8. Последним сваривается стык № 8.
Рентгеноконтроль сварных швов осуществляется в специальном
боксе. Рентгеноконтролю подвергается 100 % длин сварных швов.
2.4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТОННЕЛЬНЫХ И
МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Составными частями топливных отсеков являются тоннельная и
магистральная трубы (2.28). Тоннельная труба принадлежит заднему
баку, а магистральная — переднему. В принципе допустимо их со-
вмещение, но совмещенная конструкция уменьшает надежность баков,
т. к. внутренняя и внешняя поверхности трубы омываются разными
компонентами, имеющими различный химический состав и неодина-
47
ковую скорость потока. Более того, двухстенная конструкция трубы,
т. е. разделенная на тоннельную и магистральную, дает возможность
перераспределения механических нагрузок в процессе эксплуатации
баков.
Тоннельные и магистральные трубы в зависимости от их диаметра
изготавливаются различными способами. Заготовками для этих труб
служит листовой материал, аналогичный материалу бака. Заготовка
раскраивается по шаблону, вальцуется до цилиндрической формы.
Кромки обрабатываются под сварку. Продольный шов сваривается,
зачищается, отжигается и подвергается рентгеноконтролю. Припуски
цилиндрической части трубы обрезаются в линейный размер. Штам-
повкой-взрывом формуются трубы большого диаметра. К тоннельной
трубе приваривается сильфонный компенсатор. На цилиндрической
части трубы при её изготовлении формируются дополнительные коль-
цевые компенсаторы напряжений — рифты. К магистральной трубе
приваривается шаровый коллектор.
Сварные швы трубопроводов с сильфоном и коллектором подвер-
гаются рентгеноконтролю. Трубы испытываются на прочность и гер-
метичность. Перед испытаниями на герметичность трубы моются, су-
шатся и обезжириваются. Испытания производятся в специальных
приспособлениях.
При испытаниях на прочность применяется вода, которая под оп-
ределенным давлением поступает во внутреннюю полость трубы, с
последующей выдержкой по времени. В процессе испытаний на гер-
метичность используется воздушно-гелиевая смесь, которая также по-
дается во внутреннюю полость трубы. Испытания труб на прочность
и герметичность проводятся аналогично испытаниям баков. Каждая
труба маркируется своим номером и поставляется с сопроводительной
документацией на сборку топливных отсеков.
2.5. ИСПЫТАНИЯ БАКОВ НА ПРОЧНОСТЬ
Технические условия на гидроиспытания содержат требования к
рабочей жидкости (вода с раствором хромника), величины давления
жидкости (в пределах 4... 10 МПа) в процессе испытаний, указания
точности замера давления (±0,006 ±0,01 МПа), точности установки
нижнего шпангоута бака к горизонту ( — 10').
-♦Испытания проводятся на стенде, включающем поворотный стол с
весами, насосную станцию с пультом управления и ёмкости с рабочей
жидкостью (2.29).
На фланцы и патрубки устанавливают технологические заглушки.
Бак помещают на переходник стенда. Подсоединяют заправочные
шланги и заправляют жидкостью под давлением, создаваемым насосной
станцией. Заполнение производится до появления полной струи жид-
кости из контрольного штуцера, расположенного в верхней части бака.
После закрытия сливного крана создается предварительное давление
1 МПа, производится осмотр шлангов, крышек, заглушек. При отсут-
ствии течи создается испытательное давление и выдерживается 10 мин.
48
Гги^самолёт своими руками?!
Рис. 2.29. Схема стенда гидроиспытаний: 1 — поворотный стол; 2 — бак; 3 — пульт
управления; 4 — насосная станция? 5 — емкость с рабочей жидкостью
Спад давления не допускается. Контроль осуществляется по манометру,
находящемуся на пульте насосной станции. Далее жидкость из бака
откачивается насосом. Ёмкость бака и трубопроводы продувают сжатым
воздухом (Р = 0,2...0,25 МПа), подогретым до температуры 40 ± 5°С.
в течение 15...20 мин. Время между окончанием испытания и сушкой
не должно превышать 10 ч.
Пневмоиспытания в связи со взрывоопасностью проводят в специ-
альном закрытом боксе. Бак «0» испытывают под давлением воздуха,
а бак «Г» — под давлением аргона или смеси аргона с гелием.
2.6. ТАРИРОВКА БАКА
Тарировка производится в целях определения действительной ём-
кости бака и контроля датчиков уровня жидкости в баке. В зависимости
от исходного испытательного рабочего тела тарировка может быть
жидкостью или газом. Тарировка может выполняться путем обмера
внешней поверхности бака с последующим вычетом из полного объема
агрегата толщины стенок и объема, занимаемого внутренней конст-
рукцией. Бак тарируется жидкостью параллельно с испытанием его
на прочность. Предварительно взвешивается сухой бак — Мпуст., а
затем наполненный жидкостью — ММпр. Если бак — комбинированный
отсек, то сначала сливается жидкость из полости «Г» и определяется
вес бака с заправленной полостью «0» и Мдапр., далее жидкость сли-
вается полностью.
49
Объем полости «О» определяется зависимостями
М° = Мзапр — Мпуст,
v°= м2
р ’
где М° — масса жидкости, заполнившей полость «О»; р — плотность
жидкости; V° — объем полости «О».
Объем полости «Г»
МГ = Мполн — Мзапр;
Vr = —
р '
где Мг — масса жидкости в полости «Г»; Vr — объем полости «Г».
Тарировка датчиков проводится в процессе слива жидкости из
полостей бака по расходомеру.
Жидкостный метод, несмотря на его простоту, имеет ряд существен-
ных недостатков. Основными из них являются длительный цикл процесса
(закачка и слив жидкости); громоздкое оборудование (например, ёмкости
для хранения жидкости-конденсата); большая погрешность измерения
за счет существенной деформации бака. В процессе выдержки под дав-
лением жидкость проникает в капилляры материала стенок и для её
удаления требуется специальная трудоемкая сушка.
Использование газового метода позволяет существенно сократить
цийл измерений, повысить точность измерений, исключает контакт
жидкости с ёмкостью и др.
Сущность метода измерения объема бака газовым методом заклю-
чается в изменении термодинамического состояния газа в замкнутом
объеме посредством наддува в него определенной массы газа и вычис-
лении параметров состояния газа до и после наддува.
Расчет ведется на основании уравнения состояния газа Менделее-
ва-Клапейрона PV = GRT по формуле
T2Z2 T1Z1
где V — объем бака; N3 — масса воздуха, вдуваемая в измеряемую
ёмкость, г; R = 2,153 мм ст~ — газовая постоянная; Pi — абсолютное
гК
давление в замеряемой ёмкости до наддува, мм рт. ст.; Р2 — абсолютное
давление после наддува, мм рт. ст.; Ti — абсолютная температура
газа в емкости до наддува, К; Т2 — абсолютная температура после
наддува, К; Zi, Z2 — коэффициенты сжимаемости воздуха, зависящие
от температуры и давления воздуха; ДУ — поправка на деформацию
ёмкости и трубопроводов под давлением наддува, л.
2.7. КОНТРОЛЬ ГЕОМЕТРИИ БАКА
Контролируемые параметры:
— габариты бака: длина по торцам стыковочных шпангоутов, ди-
аметры в сечениях;
50
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Рис. 2.30. Схема обмерочного стенда: 1 —
поворотный стол; 2 — контрольные кольца;
3 — бак; 4 — устройство перемещения ка-
ретки; 5 — датчик торцевого биения; 6 —
датчик радиального биения; 7 — фотопри-
емник; 8 — измерительный узел; 9 — лазер
— непараллельность торце-
вых поверхностей стыковочных
шпангоутов;
— неплоскостность стыко-
вочных шпангоутов;
— несоосность стыковочных
шпангоутов;
— правильность установки
патрубков и фланцев;
— отклонение внепщей по-
верхности корпуса бака от тео-
ретического контура в сечениях.
Замеры выполняются в ав-
томатическом режиме по про-
грамме на специальном обме-
рочном стенде (рис. 2.30).
В комплект оборудования стен-
да входят: поворотный стол, ла-
зерная измерительная система
(ЛИС), управляющий вычисли-
тельный комплекс, датчики
торцевого и радиального биения, кодовый преобразователь, ЭВМ,
печатающее устройство.
В основу методики замера положен метод прямых измерений в
системе координат стенда пространственного положения контролиру-
емых точек бака при вертикальном его расположении на поворотном
столе. Все измерения осуществляются в плоскости измерений, обра-
зованной отсчетной линией стенда (ОЛС) и направлением измерений.
Задание, контроль и стабилизацию положения измерительной ка-
ретки относительно ОЛС осуществляет ЛИС, которая включает: лазер
Л Г-38, координатный приемник излучения (КПИ), интегратор, усред-
няющий колебания сигнала. Функциональная схема измерений пред-
ставлена на рис. 2.31.
Рис. 2.31. Функциональная схема обм'ерочного стенда
Производится замер:
— торцевого биения стыковочных поверхностей шпангоутов;
— радиального биения базовых поверхностей контрольных колец;
— радиального биения наружной поверхности бака;
51
— высоты расположения измерительной каретки.
Правильность установки патрубков и фланцев проверяют с помощью
специальных приспособлений и контрольных приборов.
2.8. МОЙКА И СУШКА БАКА
Мойка баков может осуществляться вручную (чистка) путем про-
тирки салфетками, смоченными в спирте, или в моечных установках
путем орошения внутренней поверхности специальным моющим рас-
твором. Бак при этом устанавливается в вертикальном положении.
Заканчивается мойка продувкой полости бака сухим сжатым воздухом,
подогретым до 30—40°С. Контроль качества мойки полости бака про-
изводится путем протирки поверхностей чистыми салфетками с по-
следующим выявлением следов загрязнений при их ультрафиолетовом
облучении.
Сушка осуществляется в вакуумно-сушильных камерах типа ВК-400.
Режим сушки:.
— давление в камере ~ 5 мм от. ст.;
— температура — не более 65°С;
— время выдержки определяют по графику в зависимости от тем-
пературы, давления в камере и величины условного капилляра, за-
держивающего жидкость; обычно выдержка равняется 20 ч.
После мойки и сушки поверхность бака обезжиривают ацетоном.
2.9. МОНТАЖНЫЕ РАБОТЫ
Работа внутри бака выполняется только в чистой спецодежде:
специальном костюме и тапочках с мягкой подошвой, не оставляющей
следов и полос на поверхности металла.
В процессе работы необходимо использовать специальный настил
или брезент, который укладывается поверх силового набора.
Переносная лампа должна быть взрывобезопасной и оборудована
защитной металлической сеткой. Шланг пылесоса должен быть снабжен
диэлектрическим наконечником.
После окончания работ необходимо очистить полость бака от по-
сторонних предметов и провести тщательную проверку на их отсут-
ствие.
Основные монтажные операции:
— монтаж воронкогасителя;
— установка заборного устройства;
— установка датчиков сигнализаторов наполнения;
. — монтаж клапанов и других элементов автоматики;
— проверка хода поплавка сигнализатора наполнения;
— устранение хода поплавка сигнализатора наполнения;
— устранение из полости бака посторонних предметов и загряз-
нений;
— контроль ёмкости бака на отсутствие посторонних предметов и
загрязнений;
52
www.vokb-Ia.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Рис. 2.32. Схема установки отсека на мон-
тажные тележки: 1 — траверса; 2 — подвеска;
3 — накладка; 4 — ложементная тележка;
5 — тяга
Рис. 2.33. Схема крепления газоге-
нератора: 1 — фланец топливного от-
сека; 2 — прокладка; 3 — фланец
газогенератора; 4 — прижимное коль-
цо; 5 — крепеж
— монтаж блока газогенератора;
— монтаж крышки люка-лаза;
— пломбирование разъемных соединений.
Контроль хода поплавка сигнализатора наполнения осуществляется
специальными приспособлениями-калибрами и щупами.
Монтаж крышки люка-лаза производится после обезжиривания про-
кладки. Затяжка болтов осуществляется в диаметрально противопо-
ложных местах тарированными ключами, которые обеспечивают рав-
номерное усилие затяжки на каждом болте.
В топливных отсеках и баках после установки их на монтажные
тележки и снятия крышек осматривают места уплотнений фланцевых
и штуцерных соединений. Окрашивают и маркируют днища. Монти-
руют блок газогенератора, держатели кабелей. Поплавки сигнализа-
торов уровня топлива проверяют на плавность хода. Внутреннюю
полость баков очищают, устанавливают крышки люков-лазов. Закан-
чиваются работы испытанием баков на герметичность.
Отсек устанавливают на монтажные тележки мостовым краном при
помощи траверсы (рис. 2.32).
Перед монтажом блока газогенератора (рис. 2.33) осматривают
посадочное место и прокладку на отсутствие механических повреж-
дений и обезжиривают спиртом. Снимают крышку люка-лаза и уста-
навливают прокладку и газогенератор на посадочное место фланца
топливного отсека. Корпус газогенератора крепят болтами. Затяжку
гаек производят равномерно тарированными ключами.
Монтаж держателей трубопроводов на внешних поверхностях днищ
осуществляется на полосках из ременной тесьмы. К ременной полоске
крепят держатель, а ременную полоску приклеивают к днищу. Перед
приклейкой ременных полосок днище бака размечают в соответствии
с чертежами, зачищают места приклейки до металлического блеска и
обезжиривают спиртом. Клей наносят на тесьму и обезжиренную
поверхность днища. После выдержки клея в течение 10... 15 мин тесьма
с держателями приклеивается на свои места.
53
2.10. ИСПЫТАНИЕ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ
В качестве основного метода испытания баков на герметичность
используют метод течеискания с применением масс-спектрометриче-
ского контроля. Могут применяться и другие методы, например метод
дисперсных масс. Основным оборудованием при этом являются про-
мышленные течеискатели типа ПТИ. В качестве индикаторного газа
используют гелий.
Метод течеискания реализуется несколькими способами;
— полным вакуумированием;
— накоплением при атмосферном давлении;
— с помощью присосок.
Способ накопления при атмосферном давлении основан на принципе
определения суммарной негерметичности в замкнутом объеме. Испы-
туемый объект — бак, сварной шов или разъемное соединение тру-
бопровода — помещают в замкнутый герметичный объем и заполняют
его гелием или воздушно-гелиевой смесью. При наличии неплотностей
или дефектов гелий проникает через них и накапливается в замкнутом
объеме. В качестве замкнутого объема применяются полиэтиленовые
пленки, гибкие пояса или жесткие камеры с контрольными отверсти-
ями, покрытыми пленкой.
Через определенное время в объем накопления вводится щуп с
иглой Льюера, соединенный с гелиевым течеискателем. Путем срав-
нения величины концентрации гелия в объеме накопления с допусти-
мой величиной для данного испытания в соответствии с техническими
условиями определяют степень герметичности испытуемого объекта.
Чувствительность этого метода 1 • 10 3 л. мкм. рт. ст./с при 10 %-ном
содержании гелия.
Способ вакуумирования аналогичен методу накопления. Но в целях
повышения чувствительности метода и сокращения времени испытаний
в замкнутом герметичном объеме создают вакуум порядка 1,3 • 10 2 Па.
В качестве замкнутого объема применяются стационарные или накид-
ные вакуумные камеры, присоски. Размеры вакуумных камер зависят
от габаритов испытуемого объекта. Гелиевый течеискатель помещается
на выходе из вакуумного насоса. При наличии мест негерметичности
гелий под действием разности давлений проникает в вакуумную камеру
и течеискатель. Негерметичность фиксируется на приборе ВПУ (ва-
куумный пульт управления). Чувствительность этого способа достигает
величины 1 • 10”э л. мкм. рт. ст./с. Этим способом в основном
проверяют негерметичность магистральных трубопроводов и их сое-
динений, а также мелких собранных узлов и сварных швов баков.
Подсчет негерметичности при использовании течеискателя ПТИ-7
производят по формуле
Qx = Qic
где Qx — суммарный поток контрольного газа из дефектов, л. мкм.
рт. ст./с; QK — поток контрольного газа через контрольную течь;
ах — отсчет на ВПУ при истечении контрольного газа через дефекты;
54
www.vokb-Ia.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ак — отсчет на ВПУ на контрольную течь; ао — остаточный фон
гелия после градуировки течеискателя по контрольной течи; —
фон гелия в воздухе до градуировки течеискателя по контрольной
течи.
При обнаружении суммарной негерметичности с испытуемого объ-
екта демонтируют вакуумные камеры, присоски, пленки и т. п. и
производят поиск течи ручным течеискателем. Место негерметичности
подвергается ремонту с последующими испытаниями бака на прочность
и герметичность.
Испытания на герметичность топливного отсека проводят на участке
сборки по схеме (рис. 2.34). Участок испытаний огораживается красной
лентой, растягиваемой на переносных стойках. Все шланги перед
монтажом продувают, сжатым воздухом и подсоединяют к штуцерам
отсека и испытательного стенда. Снимают крышку люка-лаза с полости
горючего и подают управляющее давление 500 Па в полость запра-
вочно-сливного клапана системы окислителя. Полость окислителя оп-
рессовывают воздухом под давлением 24 Па и выдерживают 10 мин.
Воздух стравливается. Затем в полость окислителя подают гелий и
воздух под давлением 9 и 12,5 Па соответственно и выдерживают 60
мин. Герметичность сварных швов на средней длине проверяют с
помощью гелиевого течеискателя методом накопления при атмосфер-
ном давлении. Полость бака горючего очищается от посторонних пред-
метов и закрывается крышкой люка-лаза. Давление из полости окис-
лителя стравливается в дренажную систему за пределы цеха.
На все проверяемые сварные швы и стыки устанавливают накидные
чехлы. Полости окислителя и горючего заполняют 10 % -ной воз-
душно-гелиевой смесью под давлением 22 и 12 Па соответственно и
выдерживают 60 мин. Первой заполняется ёмкость окислителя. Кате-
горически запрещается менять порядок заполнения ёмкостей во избе-
жание деформации среднего днища.
Рис. 2.34. Схема испытаний на гер-
метичность топливного отсека: 1 —
манометр; 2 — ёмкость окислителя;
3 — ёмкость горючего; 4 — редуктор;
5 — вентиль; 6 — баллон с гелием;
7 — пульт управления
Рис. 2.35. Схема крепления крышки лю-
ка-лаза и установки вторичной гермети-
зации: 1 — крепеж; 2 — чехол вторичной
герметизации; 3 — крышка ниппеля; 4 —
ниппель; 5 — фланец ёмкости; 6 — про-
кладка; 7 — крышка люка-лаза
55
Перед контролем герметичности замеряют фон гелия на испыта-
тельном участке. Вводят щуп с иглой в чехлы, затем производят
проверку суммарной герметичности соединений. Оценка суммарной
негерметичности осуществляется сравнением показаний фона участка
и фона в чехле. Давление из полостей стравливается в обратной
последовательности: сначала из полости горючего, затем из полости
окислителя. Давление также стравливается из системы заправочно-
сливного клапана окислителя. Чехлы и шланги демонтируются.
Крышки люков-лазов крепятся товарными болтами и пломбируются.
Установка крышки-люка и вторичной герметизации выполняется по
схеме (рис. 2.35).
Прокладку и её посадочные места в ёмкости и крышки обезжири-
вают спиртом путем протирки хлопчатобумажной салфеткой. Затяжка
гаек люка производится тарированными ключами с чередованием в
диаметрально противоположных направлениях. Все гайки контрятся
проволокой.
Устанавливают чехол вторичной герметизации, прихватывают в
3—4 местах. Затем приваривают чехол к крышке люка и фланцу
ёмкости. В полость чехла через ниппель подается гелий, и методом
щупа проверяются сварные швы чехла. После снятия шланга на нип-
пель устанавливают пробку и приваривают её. Этот сварной шов
также проверяют на герметичность.
В заключение баки продувают и заполняют азотом или азотно-ге-
лиевой смесью под давлением, незначительно превышающим атмос-
ферное.
2.11. ОТДЕЛОЧНЫЕ И ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Сварные швы баков покрывают специальным герметиком типа
«Анатерма», который, застывая, образует над сварным швом твердую
оболочку. Герметик, проникая в поверхностные микродефекты, запол-
няет их, сохраняя первоначальную пластичность. С изменением тем-
пературного режима бака герметик расширяется или сужается, повто-
ряя температурную деформацию микродефектов, что положительно
сказывается на увеличении срока службы бака.
После высыхания пленки герметика сварные швы обезжиривают и
на них наносят грунт, производят покраску сварных швов и их сушку.
Затем на поверхность бака наносится его заводской номер согласно
технической документации.
На готовый бак оформляют документацию, подтверждающую по-
операционное качество изготовления, и передают бак на общую сборку.
56
www.vokb-Ia.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ГЛАВА 3
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ
ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.1. ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Бурное развитие современной техники потребовало применения
материалов, обладающих высокой прочностью, жаростойкостью и жа-
ропрочностью, малой плотностью, высокой надежностью и экономич-
ностью.
Наука имеет немало достижений в улучшении характеристик тра-
диционных материалов — сталей, алюминиевых сплавов, титана. Проч-
ность новых марок сталей достигает 2000...2500 МПа, что почти в
15 раз выше прочности железа, а прочность алюминиевых сплавов
(700...800 МПа) в 10—12 раз превышает прочность алюминия. И все
же эги материалы не могут удовлетворить потребности отраслей ма-
шиностроения.
Вместе с тем хорошо известно, что теоретическая прочность кри-
сталлических тел может достигать десятки тысяч МПа (примерно 10%
от модуля упругости), реализовать которую можно только в тонких
сечениях — «усах», волокнах, проволоках. Поиски необходимых ма-
териалов и возможностей их использования привели к созданию прин-
ципиально новых конструкционных материалов — композиционных
материалов (КМ).
КМ . ^однородны, состоят из компонентов — составляющих, обла-
дающих лучшими конструкционными качествами различных состав-
ляющих. Каждый компонент КМ выполняет определенные функции
в создании комплексных свойств материала. КМ создаются целенап-
равленно, т. е. применительно к конкретной технике, к выполнению
определенных функций в виде деталей и узлов машин. Поэтому в
каждом КМ закладываются заранее все необходимые свойства, обес-
печивающие соответствие элементов конструкции требуемым услови-
ям. Следовательно, КМ разрабатываются не только как исходный
материал, а главным образом как материал конкретной детали, кон-
кретного узла, агрегата. При создании КМ обычно одновременно из-
готавливаются элементы конструкции машины. Таким образом, про-
ектирование изделия из КМ и технология создания этого материала
неотделимы друг от друга.
КМ могут быть неметаллическими, металлическими и смешанными.
Технология их изготовления и переработки в детали и узлы может
существенно отличаться как из-за сильно различающихся по химиче-
ским, физическим и механическим свойствам компонентов, так и в
связи с разнообразием задач, ставящихся перед изделиями из КМ.
Технология создания КМ продолжает интенсивно развиваться: появ-
57
ляются материалы с новыми сочетаниями составляющих и их геомет-
рических форм, с новыми свойствами. Поскольку механические, фи-
зические и химические свойства составляющих сильно различаются,
а особенности структуры КМ обусловливают резкую анизотропию
механических свойств, то характеристики КМ можно изменить более
чем на порядок, варьируя параметры внутренней структуры. Это со-
здает широкие возможности для проектирования изделий из КМ.
К настоящему времени выполнен большой объем исследований,
разработаны вопросы физико-химической теории взаимодействия ар-
мирующих и матричных материалов, а также технология ряда волок-
нистых материалов с полимерными, металлическими, углеродными и
керамическими матрицами, упрочненных борными, углеродными и
металлическими волокнами. Организовано промышленное производст-
во различных армирующих волокон, связующих смол, а также изго-
товление полуфабрикатов КМ на металлической основе.
Основными особенностями КМ являются:
— низкая плотность;
— высокая удельная прочность;
— высокая жесткость;
— высокая эффективность использования материала (КИМ до
80—90%);
— возможность повышения монолитности конструкции и др.
Сравнительные относительные характеристики основных механи-
ческих свойств некоторых традиционных металлов и КМ представлены
в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Механические свойства конструкционных материалов
Конструкционные материалы
Характеристики Сталь Титано- вые сплаг ы Алюми- ниевые сплавы Стекло- пластик Органо- ид асгик Боропла- стик Углепла- стик
Продольная жест- Е кость —, км 2600 2900 2700 2800 7000 13000 10000- 20000
Удельная прочно- сть км 16 27 20 100 150 100 80— 120
Главным достоинством КМ является возможность создания мате-
риалов и элементов конструкции с заранее заданными свойствами,
наиболее полно отвечающими характеру и условиям работы деталей
и конструкции в целом. Изделия из КМ могут обладать комплексом
конструкционных и специальных свойств, практически недостижимых
при использовании традиционных материалов.
Указанные особенности позволяют уменьшить массу конструкции
по сравнению с конструкцией из традиционных материалов на
20—40%, повысить теплостойкость конструкции, ее надежность и уп-
ростить технологию изготовления, снизить трудоемкость и расход энер-
гии при изготовлении элементов летательных аппаратов.
58
КМ включают в себя обычно два основных компонента: армирую-
щий компонент — наполнитель и связующий компонент — матрицу.
Армирующий компонент (наполнитель) воспринимает основные экс-
плуатационные нагрузки. Матрица (связующее) обеспечивает опреде-
ленную прочность связей с наполнителями, передает напряжения от-
дельным волокнам и воспринимает напряжения, действующие в на-
правлении, отличном от ориентации волокон.
КМ классифицируют по материалу матрицы и армирующих эле-
ментов, геометрии и структуре компонентов, методу получения. Общее
название КМ, как правило, происходит от материала матрицы. КМ с
полимерной матрицей называют полимерными композиционными ма-
териалами (ПКМ), с металлической матрицей — металлическими
композиционными материалами (МКМ).
Наибольшее распространение в ответственных конструкциях полу-
чили волокнистые композиционные материалы, состоящие из разно-
родных по форме, свойствам и назначению материалов: тонких воло-
кон, определенным образом размещенных в связующем компоненте,
который объединяет их в монолит.
Механические свойства таких КМ определяются свойствами упроч-
няющих волокон, их ориентацией и содержанием в композите. В на-
стоящее время для армирования используют стеклянные, углеродные,
борные и органические волокна, проволоку из стали, вольфрамовых
и молибденовых сплавов, а также непрерывные волокна и нитевидные
кристаллы из керамических материалов: окислов, карбидов, нитридов,
боридов и др. (табл. 3.2). Прочностные свойства связующих (матриц)
значительно ниже.
Таблица 3.2
Свойства армирующих материалов
Материалы Температура плавления, С° Объемная масса, г/см3 оь Е
10 villa
Волокно: стеклянное 950 2,5 240...350 9000
органическое 220...850 1,45 280 13000
углерод, высокопроч. углерод, высокомод. 3650 2,0 250..320 140..220 22000 35000...55000
борное 2300 2,63 250...350 38000...42000
Карбид кремния 2827 3.21 200...400 46000
Окись алюминия 2054 3,96 210...260 50000
Двуокись циркония Проволока: 2677 6,27 240...270 47000
бериллиевая 1284 1,84 100...300 29000
вольфрамовая 3400 19,3 420 40000
В связи с особенностью основных компонентов для КМ характерно
различие механических, физических и химических свойств в зависи-
59
мости от объемной доли составляющих. Для оценки основных проч-
ностных характеристик волокнистых КМ при одноосном растяжении
используют следующие зависимости:
Оь = VaOa + Vm(7M;
Е = EaVa + EMVM,
где Оа, (7м — пределы прочности армирующего компонента и матрицы
соответственно; Va, VM — объемные доли армирующих компонентов
и матрицы соответственно; Еа, Ем — модули упругости армирующего
компонента и матрицы соответственно.
Многие КМ чувствительны к воздействию окружающей среды, об-
ладают резкой анизотропией механических свойств. Прочность в по-
перечном направлении значительно меньше прочности в продольном
направлении. Поэтому важнейшую роль в создании высокопрочных
КМ играет правильное сочетание структурных и механических харак-
теристик составляющих.
Армирующими компонентами могут служить нетканые материалы
и ткани различных плетений. В качестве нетканых материалов ис-
пользуют непосредственно первичную нить, ровницу (ровинг) —пер-
вичную некрученую нить в несколько сложений, жгуты — крученые
нити, однонаправленную ленту из крученых или некрученых нитей,
холсты и др.
Ткани, как известно, состоят из переплетенных продольных (ос-
нова) и поперечных (уток) нитей. Нити утка тоньше, они перекрывают
нити основы. Поэтому прочность всех тканей в поперечном направ-
лении (по утку) значительно ниже прочности в продольном направ-
лении (по основе). Перекрытие (переплетение) нитей основы и утка
может быть различным, каждому используемому переплетению соот-
ветствует определенный тип тканей.
В КМ применяют в основном ткани и тканевые ленты трех типов
переплетений и их производных: полотно (варианты: репс, рогожка) —
основа равномерно чередуется с утком; сатин (атлас) — уток пере-
крывает несколько нитей основы; саржа — диагональное расположение
перекрывающихся нитей. Более прочными являются ткани сатинового
переплетения, т. к. нити в них менее изогнуты.
Прочность волокна зависит не только от состава материала и
технологии его переработки, но и от величины поперечного сечения
(диаметра) нити (рис. 3.1). Снижение прочности с увеличением диа-
метра волокна объясняется с точки зрения статистической теории проч-
ности, одно из основных положений которой сводится к тому, что рас-
пределение дефектов в материале подчиняется законам статистики.
Более опасные дефекты встречаются реже, чем менее опасные, а
прочность определяется самым опасным дефектом. Поэтому нити с
меньшим поперечным сечением имеют большую прочность.
По природе составляющих КМ разделяют на четыре группы:
— связующее и волокна — неметаллы (стеклопластики, органо-
пластики, углепластики);
— связующее — металл, волокна — неметаллы (алюминий-бор,
титан-бор и др.);
60
амолет своими руками
— связующее — неметалл,
волокна — металлы (углерод-
вольфрамовая сетка и др.);
— связующее и волокна —
металлы (алюминий-бериллий,
алюминий-вольфрам, никсль-
тугоплавкие сплавы и др.).
В качестве неметаллических
связующих используют различ-
ные синтетические смолы. Проч-
ность их после отверждения не-
высока (Оь = 300...400 МПа), но
они обеспечивают связь между
армирующими составляющими и
хорошую формуемость материа-
ла. В процессе отверждения смо-
Рис. 3.1. Зависимость прочности нити Ub от
величины диаметра d
лы полимеризуются, т. е. образуется полимерная матрица.
Требования к связующим включают:
— максимальную адгезию;
— обеспечение равномерного распределения усилий между волок-
нами при нагружении конструкции;
— высокую термостойкость;
— стабильность свойств;
— малую коррозионную активность;
— возможность обеспечения требуемых санитарных условий в ра-
бочих помещениях.
Особенности КМ на основе полимеров обусловливают характерные
закономерности их свойств, в том числе механическую прочность,
которая нс является постоянной величиной. Разрушение может про-
исходить непрерывно при различных нагрузках со скоростью, вызван-
ной величиной приложенного напряжения. Под действием относительно
малых напряжений разрушения накапливаются медленно, а при вы-
соких напряжениях — значительно быстрее. В этом случае долговеч-
ность материала определяется по закону временной прочности, т. е.
если в конструкции из полимера действовало напряжение (7 в течение
периода времени Дц, то на основании необратимости процесса раз-
рушения можно считать, что относительное уменьшение долговечности
конструкции Д/1/т, где X — исходная долговечность полимера. В те-
чение следующего периода действия той же нагрузки произойдет умень-
шение долговечности на Д/2/г и т. д.
Работоспособность конструкции (долговечность) будет исчерпана
тогда, когда сумма относительных уменьшений долговечности станет
равной единице:
У =^-= 1
f т(а) *•
Разрушение полимеров может происходить не только за счет ме-
ханического воздействия, но и в значительной степени за счет теп-
лового движения, разъединяющего элементы структуры, при этом
61
деформирующая сила способствует этому процессу и фиксирует его в
определенном направлении.
Кроме того, свойства полимерных композиций с течением времени
изменяются под действием внешней среды (света, кислорода, влаги и
т. д.). Такой процесс накопления разрушительных изменений полимера
называют старением. Старение связано с распадом полимолскул (де-
струкцией) и реакцией разорванных цепей (свободных радикалов) с
кислородом воздуха.
Таким образом, ослабление полимера, снижение его механических
характеристик представляет собой процесс, развивающийся во времени.
Время работы конструкции из полимера до разрушения или до задан-
ного уровня прочности зависит от действующей нагрузки, температуры
и других факторов.
Прочность полимеров зависит также от степени полимеризации,
т. е. от степени превращения первичных молекул связующего мономера
в сложные полимерные молекулы. Прочность полимера в полной мере
реализуется при определенном содержании остаточного мономера (ме-
нее 2...6%).
3.2. ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
• Полимерные композиционные материалы (ПКМ) реализуют в кон-
струкциях в виде стеклопластиков, органопластиков, углеродных ма-
териалов и других КМ.
Стеклопластики (СП) — конструкционные КМ, армирующим ком-
понентом которых является стекловолокно бссщелочного или малоще-
лочного состава, используемое в виде тканей, лент, жгутов и других
видов текстильной переработки. Матрицей стеклопластика служат раз-
личные полимерные композиции.
Исходными материалами для получения стекловолокна являются
глинозем (А1?Оз), кремнезем (SiO2), окись кальция (СаО), окись
магния (MgO), борный ангидрид (В2О3), специальные добавки. Состав
стекла определяет как физико-механические свойства стекловолокна,
так,и способ, условия формования и область их применения. Например,
Е — стекло содержит AI2O3 — 14,4%, S1O2 — 54,4%, MgO — 8%,
СаО — 17,5%.
Высокопрочные, высокомодульные стекловолокна получают из бес-
щелочных алюмоборосиликатных, магнийалюмосиликатных и литий-
титаноалюмосиликатных стекол.
Основные стадии получения стекловолокна:
— размельчение и смешивание компонентов;
— плавление, получение полуфабрикатов;
— засыпка полуфабриката в плавильные формы (лодочки), плав-
ление;
— вытягивание или выдувание непрерывных нитей;
— замасливание или аппретирование;
— намотка волокон на бобину.
После размельчения, смешиваний компонентов и последующего
62
www.vokb-Ia.spb.ru - Самолёт своими руками?!
плавления в плавильных агрегатах получают полуфабрикаты: стек-
лянные шарики или штабики (короткие стержни) диаметром примерно
20 мм. Полуфабрикат насыпают в плавильные лодочки и помещают
в печи. В донной части лодочек имеется система фильер — калибро-
ванных отверстий диаметром 0,006...0,150 мм.
Полуфабрикат плавится при температуре 1200...1400°С. Из стек-
ломассы вытягивают или выдувают через фильеры непрерывные нити,
которые образуют волокна — пряди. Скорость вытягивания примерно
2000 м/мин. В прядях обычно 51, 102 или 204 нити. Прядь протягивают
через ванну с замасливатслем или аппретом, отжимают излишки
жидкости и наматывают на бобину.
Замасливание производится в целях предотвращения слипания ни-
тей, а также для придания волокну гибкости и уменьшения трения
нитей между собой. Замасливатель обычно состоит из легкоплавких
воскоподобных веществ, эмульсии крахмала, минерального масла. Од-
нако замасливатель снижает адгезию волокна, поэтому перед пропит-
кой армирующего материала связующим замасливающее вещество под-
лежит удалению с поверхности волокна при помощи органических
растворителей или термообработкой (прокалкой) при температуре
200...450°С.
Аппретирование — процесс, в результате которого улучшается
связь (адгезия) между стекловолокном и полимерной матрицей, а
также предотвращается истирающее действие нитей в волокнах. Тип
аппрета зависит от состава стекловолокна и связующего. В качестве
аппрета применяют кремнийорганические и металлоорганические со-
единения (метакриловый хромовохлоридный комплекс, силановые со-
единения и др.).
Механические свойства стекловолокна:
Оь до 3500...4500/6000/ МПа; Е = /7,3...9,5/»104 МПа = 73...95 ГПа;
У=2,58 г/см3; £ = 4,8%; Тги1 = 950°С.
Высокотемпературное волокно при t = 770°С — Оь = 1300 МПа, при
1100°С-оь> 700 МПа.
В качестве матриц (связующих) в стеклопластиках используют
полиэфирные, эпоксидные, фснольно-формальдегидные, фенольно-
фурфурольные, силиконовые, полиамидные и другие смолы и их ком-
позиции.
Полиэфирные смолы — продукты поликонденсации бикарбоновых
кислот с двухатомными спиртами — применяют в процессе изго-
товления конструкций, работающих при невысоких температурах и
давлениях. Характерной особенностью их является способность к
полимеризации с помощью катализаторов и ускорителей без нагрева
и давления. Усадка составляет 5...8%. Температура деструкции при-
мерно 120°С (модифицированной смолы — 250°С). Полиэфирные
смолы относятся к материалам повышенной токсичности и пожаро-
опасности.
Из КМ с полиэфирной матрицей изготавливают радиопрозрачные
обтекатели, т. к. они обладают низкой диэлектрической постоянной,
а также крупногабаритные оболочки и узлы в случае затруднения их
63
отверждения при повышенных температурах со связующим из других
смол.
Промышленные марки полиэфирных смол: ПН-1, ПН-3, ПН-11,
НПС-009 и др.
Эпоксидные смолы (ЭС) — олигомеры или полимеры, содержа-
щие в молекуле не менее двух эпоксидных или глицидиловых групп.
Существует большое разнообразие эпоксидных смол: эпоксидно-ди-
ановые, эпоксидно-волачные на основе многоатомных фенолов и др.
Эпоксидные. смолы обладают высокой смачивающей способностью и
адгезией, малой объемной усадкой при отверждении (2...8%), хоро-
шей совмещаемостью с другими смолами, химической стойкостью.
ЭС могут отверждаться как в холодном, так и в горячем состоянии
(8О...12О°С), в процессе отверждения не выделяют воду и летучие
вещества, что обусловливает применение низких давлений (до
0,7 МПа).
ЭС недостаточно термостойки (12О...17О°С) и чувствительны к ко-
лебаниям влажности. При модифицировании (фенольно-формальде-
гидными смолами, кремнийорганическими соединениями и др.) тер-
мостойкость ЭС повышается до 300°С.
Промышленность выпускает несколько видов эпоксидных связую-
щих: эпоксидно-диановыс ЭД-10, ЭД-14, ЭД-16 и др.; эпоксиноволач-
ные ЭН-6, 5Н и др.; циклоалифатичные УП-612, УП-672 и др.
Фснольно-формальдегидные, фенольно-фурфурольные смолы
(ФФС) — производные поликонденсации фенолов с альдегидами: фор-
мальдегидом, фурфуролом и др. ФФС обладают удовлетворительной
теплостойкостью (до 260°С, кратковременно — до 2400°С), механи-
ческой прочностью и относительно хорошей адгезией. В процессе
отверждения ФФС выделяют большое количество летучих веществ,
поэтому требуется повышенное давление (до 4 МПа). Объемная усадка
6...9%. Температура отверждения 14О...2ОО°С.
Силиконовые смолы — кремнийорганические полимеры. Рабочая
температура до 260°С. Температура отверждения 200°С, объемная
усадка 2...3%. Силиконовые смолы устойчивы к действию большинства
кислот и щелочей. Существенно снижают свои механические свойства
при низких температурах.
Полиимидные смолы (ПС) — циклоцепные гетероциклические по-
лимеры — имеют высокие показатели теплостойкости и радиационной
стойкости. Изделия из ПС могут работать длительное время до тем-
пературы 300°С, не меняя в основном своих физико-механических
свойств. При отверждении не выделяют конденсат. ПС перспективны
для создания высокотемпературных (26О...37О°С) КМ, устойчивых к
радиационному излучению. Промышленность выпускает полиамидные
связующие СП-1, СП-3, СП-6, СП-97 и др.
Полиамидные смолы — гетсроцепные полимеры. В зависимости
от химического свойства исходного сырья вырабатывают несколько
типов полимеров из полиамидных смол: полиамид-68, капрон, найлон,
фенилон и др. Одним из наиболее ценных качеств полиамидов является
их стойкость к истирающим нагрузкам. Полиамиды не набухают и не
растворяются в большинстве органических растворителей. Под нагруз-
64
кой полиамидные детали сохраняют форму до 5О...65°С, без нагрузки —
до 14О...15О°С. Усадка 0,6...1,0%.
Существенным недостатком полиамидов является их сравнительно
низкая морозостойкость (-35...-45°С), отсутствие стойкости к раство-
рам кислот и окислителей.
Прочность СП может реализовываться в довольно широких пределах
в зависимости от свойств компонентов, их состояния, степени тек-
стильной переработки армирующего составляющего и технологии пе-
реработки.
СП, содержащий 50% волокон Е — стекла с эпоксидной матрицей,
при растяжении вдоль волокон имеет Q,= 1660 МПа; Е = 6«104МПа
при плотности 2,07 г/см3.
В табл. 3.3 приведены механические свойства при растяжении СП
с эпоксидно-фенольной (ЭФ32-301) и фенольно-фурфурольный (ФН)
матрицей.
Таблица 3.3
Механические свойства матриц
Показатели Матрица
ЭФ 32-301 ФН
«Ь, МПа Основа Уток 408 225 350 195
ЕИб’ГмПа Основа 2,20 1.80
Уток 1,63 0,96
Связующие на основе полибензимидазола позволяют изготавливать
изделие, выдерживающее кратковременно температуру до 650°С.
Стеклопластики применяют для изготовления сильно нагруженных
изделий, работающих в сухих и влажных средах при температурах
до 350°С, а также обладающих высокими диэлектрическими свойствами
и радиопрозрачностью.
Армирующими компонентами органопластиков (ОП) являются
органические волокна в различной текстильной переработке. Про-
мышленностью выпускаются различные виды полиамидных волокон
(капрон, найлон, кевлар, фенилон); фторволокна (фторлон, поли-
фен); полиэтилентерефталатные (лавсан), полиоксидиазольные (ок-
салон) и др.
Механические свойства органоволокна:
а= 2500...3800 МПа; Е = 0,8- 1О5...1,3« 105 МПа; у = 1,35...!,63
г/см3; <5 =2,1%.
Большинство органических волокон обладает высокой стойкостью
к агрессивным средам, радиационной стойкостью и теплостойкостью
(до 350°С).
1 Органопластик на основе эпоксифенольных смол, армированный
60%-ными волокнами кевлар 49, имеет механические свойства при
растяжении вдоль волокон:
65
3 2 240
при 20°С Оь = 1900 МПа; Е = 8,7-104 МПа; у = 1,37 г/см3; 6 = 1,7%.
при 200°С Оь= 1170 МПа.
Органопластики являются многофункциональными материалами,
обладающими высокими теплоизоляционными, диэлектрическими и
эрозионностойкими свойствами. Их плотность на 40% ниже плотности
стеклопластиков.
В качестве арматуры в углепластиках (УП) используют жгуты,
ткани или ленты из углеродных волокон (УВ). В качестве матрицы
выступают различные полимерные композиции. УВ обладают высокой
прочностью, жесткостью, теплостойкостью, выносливостью и устало-
стной прочностью. Графитизированные волокна становятся более проч-
ными с повышением температуры.
Механические свойства УВ:
Оь = 1700...3500 МПа; Е = 2,105...7«105 МПа; у = 1,5...1,8/2/ г/см3;
Т11Л = 365О...48ОО°С.
У В получают путем термической обработки волокнистых матери-
алов на основе целлюлозы (например, вискозная нить), фенольных
смол, полиакрилонитрильных композиций (пан-волокно) и др.
Процесс изготовления УВ состоит обычно их трех стадий:
— нагрев до температуры 200...300°С, выдержка;
— нагрев до температуры 1000...1500°С, выдержка (карбонизация);
— нагрев до 1500...3000°С, выдержка (графитизация).
- После второй стадии обработки волокна содержат 80...90% углерода,
а после третьей — 98...99%.
В зависимости от способа обработки УВ подразделяют на карбо-
низированные, содержащие до 90% углерода, угольные (углерод
91...98%), графитизированные (углерод более 99%).
Исходным материалом при графитизации служат, как правило,
карбонизированные волокна. Процесс осуществляется или в вакууме,
или в определенной среде (метан, азот, аргон, оксид углерода, водород
и др.). Высокопрочные и высокомодульные УВ изготавливают в виде
нитей, жгутов, лент. УВ средней прочности (Оь = 500... 1700 МПа) могут
перерабатываться в ткани различных структур.
По величине коэффициента теплопроводности УВ приближаются
к металлам. В соответствии со значением удельного объемного сопро-
тивления карбонизированные волокна относятся в полупроводникам,
а графитизированные У В занимают промежуточное-положение между
полупроводниками и проводниками.
В инертной среде прочность и модуль упругости УВ практически
не изменяются до температуры 1500...20(ХгС.
Поверхность углеродных волокнистых материалов предохраняется
от окисления путем нанесения защитных покрытий из тугоплавких
карбидов, оксидов, нитридов и пироуглерода.
Углепластик на основе циклоалифатической эпоксидной смолы,
армированный 60%-ным УВ марки HTS, обладает вдоль волокон
следующими механическими свойствами:
0^=1650 МПа; Е=1,24*105 МПа (3,6«105 МПа); <5 = 1,3%; у =
= 1,55 г/см3.
66
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Углерод-углеродные КМ (УУ КМ) состоят из углеродных волокон
и углеродной матрицы. УУ КМ отличаются высокими теплозащитными
характеристиками, химической инертностью, стабильными прочно-
стными свойствами при высоких температурах. Рабочая температура
УУ КМ может достигать 4700°С.
Механические свойства УУ КМ:
01= 1600... 1800 МПа при t = 20°С;
Оь = 1000 МПа при t = 2500°С;
Е = 3*1О4...7«1О4 МПа; у-1,3... 1,5 г/см3.
Для получения УУ КМ используют в основном два метода:
— газофазное насыщение (пиролизный метод);
— пропитка смолой с последующей карбонизацией (метод карбо-
низации).
По первому методу углеродную ткань помещают в атмосферу ме-
тана. При температуре 9ОО...11ОО°С метан разлагается на углерод и
водород: СН4 = С + 2Нг. Углерод осаждается на ткань (пиролиз).
По второму методу углеродную ткань пропитывают фенольнофор-
мальдегидной смолой с последующим отверждением под давлением
при температуре 150°С. Науглероживание смолы (карбонизация) про-
исходит в печах при температуре до 3000°С. Цикл пропитки, отвер-
ждения и карбонизации повторяется 2—3 раза. Метод карбонизации
обеспечивает более высокие механические свойства КМ, чем пиролиз-
ный метод.
У боропластиков (БП) упрочняющей составляющей является бо-
роволокно, связующей — эпоксидные смолы, гетероциклоцепные по-
лиамиды и др.
Получают бороволокно (БВ) путем газофазного осаждения поли-
кристаллического бора (из смеси тетрахлорида бора и водорода) на
разогретую до температуры 11ОО...12ОО°С вольфрамовую .проволоку
диаметром 2... 12,5 мкм.
Механические свойства БВ:
d = 90...150 мкм; у = 2,35...2,63 г/см3; до 3500 МПа; Е =
= 4-Ю5 МПа; Тпл = 2300°С.
Наиболее важным свойством БВ является то, что прочность его
практически не меняется в диапазоне температур от -20 °C до +850 °C.
Волокно активно окисляется при температуре выше 425°С.
Для предотвращения окислеййя БВ покрывают слоем инертного
вещества. БВ с нанесенным слоем карбида кремния толщиной 3—4 мкм
называют борсиком. Борсик имеет лучшую совместимость с алюми-
ниевой матрицей, чем волокна бора, более высокую прочность при
повышенных температурах.
Промышленностью, наряду с моноволокнами БВ, выпускаются не-
тканые ленты, тканые материалы, а также комплексные жгуты, пред-
ставляющие собой пучки непрерывных параллельно уложенных мо-
новодокон бора, обмотанных вспомогательной нитью.
Сложность получения борных волокон обусловливает их высокую
стоимость.
Боропласты на основе эпоксидных смол (эпоксиборопласты) при
3»
67
50 %-ном содержании бороволокна имеют следующие механические
свойства:
при 20°С Оь = 2070 МПа; Е = 2«105 МПа; <5 = 1 %; у = 1,9 г/см3; при
185°С Оь= 1430 МПа.
Боропласты на основе гетероциклоцепных полиамидов применяются
для конструирования элементов, работающих при температуре выше
300°С. Они используются для изготовления оболочек, силовых эле-
ментов конструкции, емкостей, рассчитанных для хранения газа под
высоким давлением.
3.3. км с одним
ИЛИ ДВУМЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ КОМПОНЕНТАМИ
Композиционные материалы могут получаться с металлической
матрицей неметаллическим армированием, с металлическим армиро-
ванием при неметаллической матрице и с обеими металлическими
компон ента ми.
КМ с металлической матрицей по своим физическим и механиче-
ским свойствам, а также способностью подвергаться традиционной для
технологии металлов обработке сильно отличаются от КМ с полимерной
матрицей. Достаточно высокая прочность и упругость, электро- и
теплопроводность, износостойкость, формуемость, способность к тер-
мообработке и нанесению покрытий — таковы некоторые свойства,
отличающие МКМ от ПКМ.
Переработка МКМ производится обычно в два этапа: первичная и
вторичная. Методы первичного производства применяют для получения
КМ в виде полуфабрикатов простой конфигурации, таких как много-
слойные листы, ленты, плиты, профили постоянного сечения. В даль-
нейшем эти полуфабрикаты могут быть использованы для получения
более сложных элементов конструкций.
Методы первичного производства разделяют на три основные ка-
тегории процессов: твердофазные, жидкофазные и процессы осажде-
ния.
Твердофазные процессы включают горячее прессование, прокатку
и сварку взрывом. Конечным продуктом реализации любого из этих
видов обработки является многослойная фольга. В ходе процесса в
результате твердофазной диффузии между соседними матричными
фольгами формируется металлическая связь. К твердофазным отно-
сятся и процессы получения МКМ с использованием порошковой тех-
нологии.
К жидкофазным процессам относят пропитку арматуры жидким
металлом и непрерывное литье. При использовании непрерывного
литья волокна протягивают через расплав. Преимущества этого метода
в его непрерывности, малом времени контактирования волокон с рас-
плавами, высокой производительности и экономичности. Методы про-
питки волокнистых каркасов позволяют получать изделия и полуфаб-
рикаты лишь ограниченных размеров. Пропитка может осуществляться
в вакууме или под давлением.
68
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
К процессам осаждения относят плазменное напыление, электро-
литическое осаждение и осаждение из паровой фазы.
Методы вторичного производства, в результате выполнения которых
получают заготовки или изделия, включают формовку, соединение,
обработку резанием и термическую обработку.
При формовке материал приобретает конфигурацию конечного из-
делия. Анизотропные свойства МКМ, высокая жесткость и низкая
пластичность упрочняющих волокон существенно ограничивают их
способность подвергаться формовке. Лучшие результаты дает формовка
при повышенных температурах. Перспективной является формовка в
режиме сверхпластичности.
Соединение МКМ вызывает определенные трудности из-за нали-
чия легко повреждаемых волокон, а также более высоких требований
к прочности соединения, диктуемых необходимостью полной реали-
зации прочности КМ в сборке. Проблема получения соединения
является особенно трудной, когда зона соединения располагается
поперек оси волокон, т. е. в направлении максимальной прочности
КМ. Наиболее пригодными способами соединения МКМ считают
диффузионную сварку, высокотемпературную пайку и склеивание
внахлест.
При обработке резанием МКМ возникает проблема, связанная с
высокой твердостью армирующего материала волокон и со сдвиговым
их разрушением. Удовлетворительные результаты получают при элек-
троискровой обработке и с использованием ультразвука.
Термообработка МКМ может производиться для гомогенизации мат-
рицы, а также для упрочнения материала, если он не предназначен
для использования при повышенных температурах.
МКМ несколько отстают в своем развитии от ПКМ. Вместе с тем
ряд указанных свойств позволяет рассматривать эти материалы как
перспективные.
В МКМ с алюминиевой матрицей в качестве армирующего ком-
понента могут быть использованы волокна бора, борсика, углеродные
волокна карбида кремния, монокристаллические волокна окиси алю-
миния (сапфира), бериллиевая, вольфрамовая, стальная проволока и
др. Матрица из алюминиевых сплавов может формироваться из по-
рошка, расплава или фольги путем диффузионного соединения горячим
прессованием, плазменным напылением, порошковой технологией и
другими способами. Наилучшим технологическим процессом соедине-
ния считается диффузионная сварка.
Борокомпозиты с матрицей из алюминиевого сплава АВ или Д16,
содержащие 60% борных волокон диаметром 101, 142, 203 мкм плот-
ностью 2,7 г/см3, имеют следующие свойства:.
«ь= 1200...2100 МПа; Е = 2,6*10уМПа; <5=0,7%.
При температуре 400°С Оо = 800... 1000 МПа.
В целях исключения взаимодействия бора с алюминием применяют
волокна бора, покрытые карбидом кремния или нитридом бора.
Основным методом производства борокомпозитов с алюминиевой
матрицей является диффузионная сварка при температуре 580 С и
давлении 30 МПа.
АО
Рабочая температура деталей из борокомпозитов не выше 315°С.
Стойкость при повышенных температурах может быть увеличена, если
в качестве матрицы использовать САП. Бороалюминисвый КМ при-
меняют в виде трубчатых стоек, панелей.
При армировании алюминиевой матрицы угольными волокнами
ожидается получение уникальных механических и физических свойств:
высокая удельная жесткость и прочность, низкая плотность.
При испытании на растяжение вдоль волокон образцы углеалюми-
ниевых КМ (У А КМ) с содержанием 40% УВ показывают:
аь = 800... 1000 МПа; Е = 1,5«105...2,5«105 МПа; 6 = 0,3...1,4%.
УА КМ получают в два этапа: предварительная пропитка УВ и
твердофазное изготовление полуфабриката (диффузионная сварка, по-'
рошковая технология и др.). Пропитка осуществляется под давлением
и обеспечивает проникновение матричного материала в капилляры
между отдельными волокнами.
Ожидается относительно низкая себестоимость УА КМ.
Бериллий используется для армирования алюминиевой матрицы в
виде непрерывных или дискретных волокон диаметром 51 или 127 мкм,
предел прочности которых соответственно 1455 и 1336 МПа. Берил-
лиевую проволоку изготавливают путем волочения из слитка. Алю-
миниево-бериллиевый композит (АБ КМ) получают диффузионной
сваркой или сваркой взрывом.
При содержании бериллиевых волокон 60% и плотности 2,2 г/см3
АБ КМ имеет следующие показатели при растяжении вдоль волокон:
Оь до 700 МПа; Е = 2*10* МПа; 6 = 15%.
Рабочая температура изделий из АБ КМ составляет 375...425°С.
Упрочнение титана высокомодульными волокнами позволяет со-
здать КМ с высокой удельной прочностью, достаточной жаростойкостью
и жесткостью, а также малой анизатропией механических свойств.
В качестве армирующего компонента применяют волокна бора, кар-
бида кремния, бериллиевую проволоку.
Титаново-бериллиевый КМ (ТБ КМ) изготавливают методом го-
рячего вакуумного прессования. При содержании 60% бериллиевой
проволоки и плотности 1,84 г/см3 ТБ КМ обладает следующими
механическими свойствами:
ОЬ = 700...990 МПа; Е = 1,8-105...2,1-105 МПа.
Волокна карбида кремния (SiC) характеризуются показателями:
d = 0,51...! 1,0 мкм; у = 3,22...4,0 г/см3; Ob = 3000...3500 МПа; Е =
= 4,5» 1О...4,8« 105 МПа; при t = 500°C Ofc до 2800 МПа.
Титановый КМ с волокнами карбида кремния (ККТ КМ) из-
готавливают путем горячего прессования в вакууме при темпе-
ратуре 900°С или^ методом порошковой технологии. ККТ КМ плот-
ностью 3,85 г/см имеет следующие механические свойства вдоль
волокон:
Оь= 1000... 1200 МПа; Е = 2,1*105...2,6*105 МПа.
Максимальная рабочая температура использования конструкций из
ККТ КМ составляет 650°С.
70
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Боротитановый КМ (БТ КМ) получают в основном путем плаз-
менного напыления с последующим горячим прессованием в вакууме
или методом диффузионной сварки. Максимальная температура ис-
пользования деталей из БТ КМ — 540°С.
При 50%-ном содержании волокна бора и плотности 3,43 г/см"5
БТ КМ имеет
оь= 1240 МПа; Е = 2,4*105 МПа.
3.4. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ИЗ КМ
3.4.1. Содержание техпроцессов переработки КМ
Важным преимуществом композитов является возможность изго-
товления конструкции из минимального количества крупногабаритных
неразъемных деталей и узлов, соединенных в процессе формообразо-
вания. В результате уменьшения количества деталей снижаются рас-
ходы на оснастку, изготовление, транспортировку и, наконец, повы-
шается надежность конструкции благодаря сокращению количества
соединений и большей монолитности конструкции.
Комбинированием различных типов армирующих и матричных ма-
териалов можно добиться практической возможности создания конст-
рукции с заданными свойствами (прочность, жесткость, радиопрозрач-
ность или радиопоглощение, теплостойкость, стойкость против эрозии,
химическая стойкость и др.). В настоящее время разрабатываются
полиармированные (гибридные) композиционные материалы, в кото-
рых в качестве -упрочнителя используют одновременно несколько типов
волокон.
Внедрение композиционных материалов в конструкции осуществ-
ляется по трем основным направлениям:
— замена традиционных материалов без изменения конфигурации
деталей;
— локальное упрочнение, при котором элементы из композитов в
виде накладок и вставок подкрепляют детали из традиционных мате-
риалов;
— оптимальное проектирование с учетом особенностей применяе-
мых композиционных материалов.
Решающее значение для прочностных характеристик конструкции
имеет ориентация армирующего материала. Однако свойства компо-
зиционных материалов в значительной степени зависят как от соот-
ношения между связующим и армирующим компонентами, так и от
параметров технологического процесса их изготовления.
При увеличении объемного содержания армирующего материала в
композите повышаются механические характеристики (прочность, же-
сткость), но лишь до некоторого предела, определяемого физико-хи-
мическим и механическим взаимодействием арматуры и полимерного
связующего (рис. 3.2).
71
Рис. 3.2. Зависимость прочности на растя-
жение стеклопластика от содержания во-
локна
Эксплуатационные свойства
изделий из КМ обусловлены ка-
чеством пропитки связующим,
содержанием летучих веществ,
степенью полимеризации связу-
ющего, содержащегося в готовом
изделии, и другими технологи-
ческими характеристиками.
Технологические методы из-
готовления отдельных элемен-
тов конструкций зависят глав-
ным образом от конструкции из-
делия, его формы и технических
требований.
Технологический процесс переработки ПКМ в детали и узлы со-
держит следующие стадии:
— подготовка армирующего наполнителя;
— приготовление связующего;
— пропитка, просушка наполнителя;
— подготовка оснастки, оборудования;
— формообразование заготовки, изделия;
— отверждение заготовки, изделия;
— удаление оправки, освобождение изделия от формы;
— контроль качества формообразования и полноты полимеризации;
— механическая обработка заготовки;
— окончательный контроль изделия.
Подготовка наполнителя (армирующего компонента) заключается
в удалении замасливателя с полуфабриката (прядей, лент, нетканых
материалов, тканей), аппретирование. Замасливатель может удалять-
ся термообработкой (прокалкой), пропусканием полуфабриката через
растворитель, а также путем ультразвуковой обработки в моющем
водном растворе. Если полуфабрикат аппретирован без специального
замасливания, то в целях обезвоживания производится его сушка.
При последующем формовании ткани и нетканые материалы (холсты)
раскраивают, иногда сшивают в колпаки, пакеты по форме оснастки.
При использовании для формообразования намотки производят сно-
вание исходного полуфабриката (ровницы, лент, жгутов), т. е. пере-
мотку полуфабрикатов с транспортировочных бобин на технологиче-
ские бобины, барабаны, шпули.
В случае использования способа «сухой» намотки или «сухого»
формования полуфабрикат пропитывают связующим и подсушивают,
получают вторичный полуфабрикат — препрег.
Приготовление связующего включает размельчение исходной смо-
лы, взвешивание и смешивание ее со стабилизаторами, модификато-
рами, пластификаторами, отвердителями и другими ингредиентами.
Вязкость приготовленного связующего контролируется.
Используемую оснастку очищают от следов смолы, рабочую по-
верхность обезжиривают, наносят на нее разделительный слой пленки
или смазки.
72
3.4.2. Способы формообразования КМ
Наиболее распространенными способами формообразования ПКМ
в детали и узлы являются прессование, формование и намотка.
Прсхсование композитов производят в жестких пресс-формах, кон-
фигурация полости которых соответствует конфигурации изделий. Кон-
струкция пресс-форм предусматривает их нагрев до температуры 330°С.
Предварительно раскроенную (при необходимости и пропитанную)
ткань, полотно укладывают в пресс-форму до набора пакета нужной
толщины. Направление укладки (основа — уток) зависит от заданной
структуры КМ (одно или несколько чередующихся направлений). Тол-
щина стенки изделия определяется зазором между пуансоном и мат-
рицей. В качестве оборудования используют гидравлические прессы.
Давление прессования 2,0—50 МПа. В зависимости от исходных ком-
понентов выдержка под давлением может продолжаться до 24 ч. Способ
применяют для изготовления деталей типа обтекателей, крышек, кол-
пачков и т. п.
Разновидностями формования являются способы: вакуумный,
вакуумно-автоклавный, вакуумно-гидроклавный и в пресс-формах под
давлением.
Процесс вакуумного формования заключается в помещении осна-
стки с выложенными исходным материалом композита в эластичную
герметичную оболочку, создании вакуума внутри этой оболочки с
последующим горячим отверждением полимерной матрицы.
На рабочую поверхность жесткой формы (рис. 3.3) наносят анти-
адгезионную смазку или укладывают разделительный слой пленочного
материала (например, листы целлофана). Далее накладывают раскро-
енные листы ткани или сшитые колпаки, сухие или пропитанные
связующим. Количество слоев ткани определяется конструкцией из-
делия. Собранный пакет для предотвращения образования складок на
поверхности изделия обкладывают цулагой — тонкими дюралюмини-
евыми или стеклопластиковыми листами — и накрывают чехлом.
Цулага толщиной 0,5...2,0 мм перфорирована отверстиями 0,8...1,0 мм
для обеспечения равномерного давления. Для изготовления вакуумных
чехлов используют ткань, пропитанную термостойкой резиной или
смолами, а также специальную полиамидную пленку. Чехол герме-
тизируют прижимными кольцами и зажимами. Если наполнитель за-
ранее не пропитан, то в полость чехла подают связующее под давлением
примерно 0,1 МПа.
После пропитки наполнителя сборку помещают в термошкаф. Ле-
тучие вещества, образующиеся в процессе термообработки материала,
отсасываются из полости чехла при помощи вакуумных насосов. В ре-
зультате этого отсоса под чехлом создается относительный вакуум.
При этом возникает избыточное давление до 0,05—0,07 МПа на чехол
и соответственно на формуемые элементы.
В отличие от вакуумного при в а к у у м н о-a втоклав ном
формовании собранное с исходными материалами приспособление
(формовку) помещают в автоклав, т. е. устройство, в котором на
73
оболочку воздействует давление подогретого газа (рис. 3.4). В процессе
отверждения под резиновым чехлом поддерживают небольшой вакуум.
Вакуумно-автоклавный способ применяют в случае необходимости при
формовании повышенного давления (до 2 МПа).
Рис. 3.3. Схема вакуумного формо-
вания ПМК: 1 — слои ткани; 2 —
цулага; 3 — чехол; 4 — форма; 5 —
струбцина; 6 — прижимное кольцо
Рис. 3.4. Схемы вакуумно-автоклавнового фор-
мования: 1 — выкладка ткани; 2 — цулага;
3 — чехол; 4 — форма; 5 — корпус автоклава;
6 — струбцина; 7 — прижимнЬе кольцо; 8 —
монтажный стол
Вакуумно-гидроклавное формование используют при обработке
материалов, связующее которых полимеризуется при сравнительно
высоком давлении (до 15 МПа) и повышенной температуре (до
200°С). Сборку помещают в гидроклав, в котором на оболочку
воздействует давление подогретой жидкости (минерального масла,
глицерина).
Указанные разновидности вакуумного формования используют для
изготовления небольших партий ответственных изделий, т. к метод
малопроизводителен и сравнительно дорог. Он позволяет получать
изделия высокого качества.
При формовании в пресс-камерах раскроенная ткань (колпаки)
выкладывается на жесткое приспособление (матрицу) и накрывается
прочной крышкой (контрматрицей). Образуется замкнутая жесткая
форма — пресс-камера. В полость формы подается под давлением до
0,5 МПа связующее. Далее пресс-камеру помещают в термошкаф для
отверждения связующего. Способ используется для изготовления эле-
ментов конструкции из КМ, требующих для отверждения высокого
давления и точного регулирования температурного режима. Способ
более производительный, чем вакуумно-гидроклавный.
Намоткой изготавливают изделия, форма которых достигается вра-
щением произвольных образующих вокруг продольной оси. При этом
используют нити, ровницу, жгуты, тканые и нетканые ленты, ткани,
наматываемые на оправку. Оправка придает изделию форму.
Намотка может быть продольно-поперечной, поперечной и спи-
74
своими руками?!
Рис. 3.5. Схемы разновидностей намотки: а — поперечная; б — продольно-попереч-
ная; в — спиральная
ральной (рис. 3.5). Продольно-поперечная намотка — укладка лент
или жгутов по образующим в продольном и в окружном направлениях
под прямым углом к оси оправки (изделия). Поперечная намотка
(ПН) обычно осуществляется тканью или лентой с перекрытием. ПН
обеспечивает хорошую герметичность изделия и высокую производи-
тельность оборудования.
Спиральная (геодезическая) намотка производится на специальных
автоматических станках с программным управлением. Геодезическая
линия на поверхности определяется как линия, геодезическая кривизна
75
которой в каждой точке равна нулю, т. е. равна нулю проекция вектора
кривизны этой линии в данной точке н^ касательную плоскость.
Важнейшим свойством геодезических линий является то, что они
соединяют две точки на поверхности кратчайшим путем. Это значит,
что длина нитей на поверхности при намотке по геодезическим линиям
всегда меньше длины нитей на той же поверхности в случае намотки
по любым другим линиям. Поэтому оболочка, намотанная по геоде-
зическим линиям, теоретически имеет минимальную массу при за-
данной прочности на разрыв.
Полуфабрикат армирующего материала укладывается под углом по
траекториям геодезических линий. Намотка может осуществляться по
токарной или обмоточной схеме (рис. 3.6). Армирующий материал —
Рис. 3.6. Технологические схемы выполнения намоток: а — токарная; б — обмо-
точная; I — оправка; 2 — укладчик; 3 — вертлюг
Рис. 3.7. Схема намоточного станка: 1 — шпулярник; 2 — подающие ролики; 3 —
ванна со связующим; 4 — отжимные ролики; 5 — электронагреватель; 6 — уклад-
чик; 7 — оправка
76
амолет своими руками?!
нити, ровинг, жгуты — поставляется в шпулях или цилиндрических
бобинах.
При токарной схеме главным движением служит вращение оправки,
движение подачи осуществляет укладчик с арматурой.
При обмоточной схеме укладчик с арматурой установлен на вер-
тлюге, вращение которого служит главным движением, движение по-
дачи осуществляется перемещением или оправки, или вертлюга.
На рис. 3.7 приведена одна из возможных токарных схем намо-
точного станка. Армирующий материал укладывается на оправку под
регулируемым натяжением. Натяжение нити составляет 10...15% от
ОЬ волокна. Скорость намотки зависит от скорости вращения оправки.
Вращение оправки и перемещение укладчика синхронизируются. В за-
висимости от длины изделия и расчетного угла намотки устанавлива-
ется соответствующая частота вращения оправки и продольных ходов
укладчика.
Намотка может выполняться «мокрым» или «сухим» способом.
В первом случае нити смачиваются связующим непосредственно перед
намоткой, во втором — пропитываются заранее и подсушиваются.
«Мокрой» намотке присущ ряд недостатков: сложность регулирования
концентрации компонентов, ограничение скорости намотки и др. «Су-
хая» намотка позволяет равномернее распределять связующее по тол-
щине наматываемой стенки изделия. Она более производительна, но
и более дорогостояща, т. к. требует предварительной обработки.
Пропитанные армирующие волокна или их текстильные производ-
ные непрерывно наматываются на оправку, у которой наружная по-
верхность соответствует внутренней конфигурации изготавливаемого
изделия. После отверждения оправка удаляется.
Применение технологического процесса намотки обеспечивает из-
готовление изделий высокой прочности и малой массы. Для получения
максимальной прочности требуется точный контроль за рисунком на-
мотки и направлением нитей. Максимальная прочность достигается
тогда, когда все главные напряжения действуют вдоль нитей и восп-
ринимаются ими. При правильном проектировании й контроле выпол-
нения технологического процесса изготовления прочность на растяже-
ние изделий может приближаться к прочности исходных нитей.
Точность и стабильность размеров изделий, выполненных намоткой,
достаточно высоки. Так, разность диаметров сечений не превышает
0,20 мм, а отклонения по толщине стенок составляют ± 0,3 мм.
Технологический процесс изготовления изделий намоткой состоит
из ряда операций, основные из которых: подготовка исходных мате-
риалов, оборудования и оснастки; намотка; термообработка; освобож-
дение от оправки; мехобработка и контроль качества изделия.
Подготовка оборудования включает составление программы намот-
ки, проверку исправности узлов и механизмов станка, контроль ста-
бильности задаваемых параметров намотки, установку оправки на
станок и нанесение на ее поверхность противоадгезионного смазочного
материала.
Прочность изделий, получаемых намоткой, в значительной мере
зависит от усилий натяжения жгута и стабильности этого натяжения.
77
Намоточные станки оснащены натяжителями, сила натяжения в ко-
торых задается ЧПУ или вручную. Электронная система стабилизации
силы натяжения поддерживает средний уровень силы натяжения в
пределах 3%.
3.4.3. Термообработка полимерных КМ
Процессы формообразования изделий из ПКМ заканчиваются тер-
мообработкой, которая выполняется главным образом для отверждения
связующего компонента. Параметры термообработки и режимы про-
цесса назначаются в зависимости от исходного связующего, формы и
размеров изделий, толщины стенок, применяемых отвердителей и
катализаторов. Обычно температура отверждения назначается в пре-
делах 9О...165°С.
При термообработке происходят полимеризация (сшивание) моно-
меров смол и удаление части легкоиспаряющихся фракций. Исходная
смола должна равномерно полимеризоваться как по поверхности из-
делия, так и по толщине стенок. Скорость полимеризации в значи-
тельной степени зависит от температуры. Поэтому для обеспечения
равномерной полимеризации необходимо плавное повышение темпе-
ратуры нагрева изделий со ступенчатой выдержкой на определенных
этапах термообработки.
В целях исключения обильного выделения летучих фракций и
предотвращения тем самым нежелательного изменения состава связу-
ющего полимеризацию некоторых смол производят под соответствую-
щим давлением.
Отдельные смолы могут полимеризоваться в холодном состоянии с
использованием высокоактивных отвердителей. В этом случае термо-
обработка используется как операция, способствующая снятию напря-
жений, вызванных усадками во время отверждения.
Нагрев изделий может производиться в автоклавах, гидроклавах,
термошкафах. Для уменьшения времени нагрева используют токи
высокой частоты и ультразвук.
3.4.4. Механическая обработка КМ
Мехобработка (точение, фрезерование, шлифование и др.) выпол-
няется в целях придания заготовке или изделию требуемых размеров
и форм. При обработке высокопрочных и высокомодульных КМ при-
меняют твердосплавный режущий инструмент марок ВК6М, ВК8,
ВК10М. Высокое качество отверстий в ПКМ получается при сверлении
в сверлильной машине алмазным инструментом.
При обрезке ПКМ рекомендуется применять алмазные отрезные
круги диаметром 75 и 125 мм.
Для разрезания углепластиков, органопластиков и стеклопластиков
можно использовать струю жидкости, подаваемую с высоким давлением
(до 300...500 МПа), а также лазеры.
78
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
3.4.5. Контроль качества
Контроль качества изделий из КМ включает контроль качества
исходных компонентов, пооперационный контроль технологического
процесса, контроль состава и свойств ПКМ, в том числе полноту
отверждения (полимеризации) связующего. Изделие подвергается
внешнему осмотру, проверке геометрических параметров и контролю
для выявления дефектов: отклонения от заданной ориентации арми-
рующего материала; складок, коробления, трещин, расслоения, пори-
стости. Физико-механические характеристики изделия проверяют по
контрольным образцам, вырезанным из технологических припусков,
или на образцах-свидетелях.
Для выявления дефектов применяют различные методы неразру-
шающего контроля: оптический, акустический, микрорадиоволновый,
радиационный и др.
Наиболее простыми и широко используемыми являются акустиче-
ский и микрорадиоволновый методы. С их помощью выявляют раз-
личные неоднородности, включения, поры, межслойные разрушения.
Рентгеновский метод может быть использован для определения
картины распределения волокон, обнаружения инородных включений
и др. Относительно новым методом неразрушающего контроля является
использование принципа акустической эмиссии. Акустические первич-
ные преобразователи устанавливают непосредственно в конструкции
изделия. Система преобразователей позволяет зарегистрировать рас-
тущую трещину и определить ее местонахождение.
Для контроля качества многослойных конструкций могут быть ус-
пешно применены голографические методы.
3.4.6. Оборудование, оснастка, инструмент
Для изготовления изделий типа тел вращения и тел двойной кри-
визны намоткой применяют станки с пятикоординатными системами
ЧПУ, причем угол намотки можно менять в пределах от 5 до 90°
Наиболее распространенными являются намоточные станки токарного
типа, основные элементы которых — оправка и укладчик волокна
(ленты). Они имеют гидро-пневмоустройства с системой программи-
рования от следящих копиров или ЭВМ (ЧПУ). Координатами управ-
ления приняты вращение оправки (опорное), перемещение укладчика
вдоль оси оправки и перпендикулярной к ней, изменение угла поворота
укладчика вокруг вертикальной и горизонтальной осей.
Для отверждения изделий используют автоклавы й гидроклавы,
термошкафы с вакуумными установками, компрессорами и соответст-
вующей регулирующей и измерительной аппаратурой, печр с электро-
или с электродинамическим нагревом.
Технологическая оснастка при формообразовании изделий ид КМ
состоит из пресс-форм, форм, болванок, оправок.
Материалами для изготовления оснастки могут служить алюмини-
евые сплавы, стали, пластмасса, древесина, гипс и др. Выбор материала
79
и конструкция оснастки зависят от масштабов производства, габарит-
ных размеров и формы изделия, способа нагрева и т. п.
При формовании изделий намоткой используются цельные, раз-
борные, разрушаемые или вымываемые оправки. Цельные оправки
применяют при формировании изделий, из которых можно извлечь
оправку после окончания операций намотки и отверждения связующего
(цилиндр, конус, полусфера). В случае изготовления изделий замк-
нутого контура используют разборные или разрушаемые оправки из
гипса, песко-клеевой массы, поливинилового спирта, солей, эпоксит-
риазольной смолы.
Оправка должна иметь гладкую поверхность, достаточную проч-
ность, допускающую намотку жгутом (лентой) при определенном на-
тяжении. Форма оправки не должна меняться при отверждении КМ
в термошкафах и термоагрегатах.
Техпроцесс изготовления разрушаемых оправок включает формо-
вание секций, сушку, сборку-склейку секций на валу, мехобработку
по программе или копиру, установку закладных элементов, защитных
чехлов и нанесение ТЗП с последующей термообработкой в автоклаве
или гидроклаве.
3.5. ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ КМ
КМ — стремительно развивающиеся материалы. Вопросами разра-
ботки технологии и создания новых КМ занимаются как ряд акаде-
мических НИИ, так и отраслевые НИИ и лаборатории химической
промышленности, цветной и черной металлургии и других отраслей
промышленности. Развитие КМ идет в направлении создания новых
армирующих и связующих компонентов, вариации этих компонентов
и совершенствования технологии изготовления изделий и разработки
их конструкции.
Первостепенное значение имеет проблема снижения стоимости вы-
сокопрочных и высокомодульных волокон. Так, например, разрабаты-
вается технология замены вольфрамовой проволоки углеродной нитью
при изготовлении бороволокон и волокон карбида кремния. Замена
поЯиакрилнитрильного сырья пековым даст существенное удешевление
производства углеродных волокон.
Рассматриваются методы получения армирующих волокон, обла-
дающих более высоким уровнем свойств, например моноволокон окиси
алюминия, проволоки с высокой степенью однородности путем сверх-
быстрого охлаждения и др.
Дальнейшее совершенствование технологии изготовления стекло-
пластиков позволяет существенно улучшить их механические свойства.
В настоящее время синтезированы волокна с модулем упругости до
1,2 • 1(Г МПа, обладающие прочностью на растяжение 4000...4500
МПа. Армирование стеклопластиков высокомодульными волокнами
приводит к повышению их прочности на сжатие до 2000...2100 МПа.
Другим направлением совершенствования свойств стеклопластиков
является использование волокон полой структуры. Стеклопластики,
80
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
армированные полыми волокнами, обладают малой массой (у =
= 1,6...1,8 г/см3), высокой жесткостью, улучшенными радиотехниче-
скими свойствами и низкой теплопроводностью. В ближайшие годы
для повышения физико-механических свойств стеклопластиков наме-
чено проведение дальнейших исследований по установлению роли
оптимальных схем армирования, подбору рациональных полимерных
связующих и глубокому изучению поверхностных явлений на границе
раздела стекловолокно — полимер.
Перспективным направлением считается создание КМ из полиар-
мированных и полиматричных материалов. Полиармированные КМ
позволяют использовать преимущества каждого вида волокон. Напри-
мер, благодаря сочетанию борных, углеродных волокон и стекловолокон
с полиимидной матрицей получаются изделия, обладающие большой
прочностью, высоким модулем упругости, достаточной вязкостью и др.
Все большее значение среди армирующих материалов приобретают
углеволокна (УВ). Четко намечается тенденция следующего этапа
существенного повышения физико-механических показателей УВ.
В перспективе УВ могут достигнуть прочности на растяжение до
5000...7000 МПа и модуля упругости до 6»105 МПа.'Наряду с улуч-
шением свойств главнейшим направлением работ в области получения
УВ является снижение их себестоимости.
Высокие показатели диэлектрических свойств, химической устой-
чивости теплостойких волокнистых материалов в композициях с крем-
нийорганическими, эпоксидными, фенольными и неорганическими свя-
зующими могут эффективно использоваться для теплозащиты конст-
рукций машин.
Значительное внимание уделяется вопросам технологии и исполь-
зования металлических КМ, которые поставляются на машинострои-
тельные предприятия в виде полуфабрикатов из металлических КМ
(листы, профили, трубы).
Для проектирования и изготовления элементов конструкций, ра-
ботающих при высоких температурах, перспективными являются КМ,
армированные или покрытые тугоплавкими материалами (вольфрамом,
керметами, графитом, танталом, молибденом и др.).
81
ГЛАВА 4
ТЕХНОЛОГИЯ НАНЕСЕНИЯ
ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ
Теплозащитные покрытия (ТЗП) служат для обеспечения надежной
работы силовых элементов конструкции в заданном температурном
режиме. Вопросы практической реализации методов тепловой защиты
относятся к важнейшим принципиальным вопросам как конструиро-
вания элементов ракеты, так и их изготовления.
Задачи, решаемые ТЗП, включают защиту конструкции ракеты от
аэродинамического нагрева, воздействия горячей газовой струи и др.
Рабочая температура несущей конструкции ракеты не должна превы-
шать 150°С, в то время как за счет аэродинамического нагрева тем-
пература на внешней поверхности головных частей ракеты значительно
превышает температуру плавления всех известных веществ, а темпе-
ратура газов в камере сгорания достигает 2500...3000°С.
4.1. МЕТОДЫ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ
К основным методам тепловой защиты принадлежат:
— емкостный;
— теплоизоляционный;
— метод теплопоглощающих экранов;
— конвекционное охлаждение;
— массообменное охлаждение;
— радиационное охлаждение (излучение);
— использование покрытий разрушающегося типа (абляционный
метод).
Емкостный метод тепловой защиты основан на свойствах матери-
алов поглощать и накапливать тепло. При этом материалы работают
при температурах ниже их точки плавления. Максимальное количество
тепла, которое может поглотить такая система, определяется выраже-
нием
Qmax = ш £пл cdT,
где п1 — масса вещества ТЗП; с — теплоемкость ТЗП; То — начальная
температура; Тпл — температура плавления вещества ТЗП
Эффективность данного метода тем выше, чем больше теплоемкость
материала и температура плавления.
Материалы, используемые в качестве поглотителей тепла, приве-
дены в табл. 4.1.
82
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таблица 4.1
Свойства теплозащитных материалов
Материал Тил. К Плотность при 20°С, кг/м5 С при 20°С, кДж/(кг. К) Q, кДж/кг
Медь 1370 8950 0.37 450
Алюминий 950 2700 0,92 650
Молибден 2990 10200 0.25 975
Вольфрам 3640 19300 0,08 1790
Бериллий 1640 1820 2.18 3690
Графит 3770 2190 1,63 9550
Емкостной метод используют при кратковременном воздействии
теплового потока н^ конструкцию и при небольшом тепловом потоке
(менее 2,5*1(гВт/м2). Защита может производиться путем нанесения
тонкослойных покрытий. Применяется для защиты сухих отсеков.
Материалы для теплоизоляционной защиты дол-
жны обладать малой теплоемкостью и малой теплопроводимостью.
Метод используют при небольшом тепловом потоке. Наиболее при-
годны для этих целей такие материалы, как пенопласт, стекловата,
стеклоткань.
Метод теплопоглощающих экранов основан на использовании теп-
лопоглощающих и теплоизоляционных материалов (рис. 4.1).
Тепловой поток (q) аккумулируется теплопоглощающим экраном
(1) и изолируется слоем (2), имеющим низкую теплопроводность,
защищая при этом несущую конструкцию (3).
Метод используется для защиты днища топливного бака, стенок
хвостового отсека.
Конвективное охлаждение заключается в том, что тепло, воспри-
нимаемое обогреваемой оболочкой (1), передается охлаждающей жид-
кости (2) или газу (рис. 4.2). Тепло, поступающее извне, аккумули-
руется охладителем. Охладитель должен постоянно подводиться к стен-
кам конструкции (3) с исходной температурой То.
Расход охладителя R можно определить из соотношения
qS = ст(Тг — То),
где q — тепловой поток; S — площадь теплоотдающей поверхности.
Системы конвективного охлаждения могут быть замкнутыми и
разомкнутыми. В ЖРД применяют обычно систему разомкнутого типа.
Использованное в качестве охладителя* топливо поступает затем в
камеру сгорания двигателя и там сгорает.
Из газообразных охладителей могут быть использованы водород,
гелий; из жидких — вода, спирт и др. При высоких температурах
для охлаждения могут применяться расплавленные металлы (натрий,
литий).
83
Рис. 4.1. Схема работы теплопоглощаю-
щего экрана: 1 — теплопоглощающий
экран, 2 — изолирующий слой; 3 — стен-
ка защищаемой конструкции; То — тем-
пература внешней поверхности; Тр — ра-
бочая температура конструкции; <5 — тол-
щина экрана
Рис. 4 2. Схема конвективного охлаждения:
1 — обогреваемая оболочка; 2 — охлажда-
ющая жидкость; 3 — стенка защищаемой
конструкции
Рис. 4 3 Схема испарительного (а) и заградительного (6) охлаждений: 1 — перфо-
рированная оболочка; 2 — охладитель; 3 — защищаемая конструкция
Массообменный метод охлаждения может быть реализован в виде
испарительного или заградительного (пленочного) охлаждения.
Наиболее эффективным способом использования массообмена яв-
ляется испарительное охлаждение (рис. 4.3). Охладитель (2) под оп-
ределенным давлением подается в межстеночное пространство и через
поры (микроотверстия) перфорированной оболочки (1) проникает в
пограничный слой. Проходя через поры, охладитель отбирает тепло
от нагреваемой оболочки, а выйдя на поверхность, снижает интенсив-
ность теплоомбена между горячим газом и стенкой. Если охлаждающий
агент — жидкость, то при ее испарении поглощается скрытая теплота
фазового перехода.
Расход охладителя рассчитывают в зависимости от количества теп-
ла, которое необходимо поглотить.
84
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Одной из разновидностей пористого охлаждения является так на-
зываемое самоохлаждение. Примером может служить использование
вкладышей сопел камер сгорания из пористого вольфрама. Поры про-
питываются охладителем (серебро, медь, цинк, гидрид лития). Тем-
пература стенки сопла превышает рабочую температуру неохлаждае-
мого вольфрама, исполнитель испаряется, поглощая тепло.
При заградительном охлаждении защищаемая стенка изолируется
от горячего потока слоем (пленкой) холодного газа. Пленочное ох-
лаждение используют обычно как дополнительное средство защиты
щенок камер сгорания и сопел ЖРД.
Свойства некоторых охладителей представлены в табл. 4.2, где
Ср — теплоемкость газа при постоянном давлении.
Таблица 4.2
Теплофизические свойства охладителя
Вещество Молекуляр- ная масса кДж/(кгК) 370 К Вещество Молекуляр- ная масса Ср, кДж (кгК) 370 К
Водород 2 14.45 Воздух 29 1.00
Гелий 4 5,20 Метиловый спирт 32 1,72
Вода (пар) 18 2,14 Аргон 40 0.52
Аммиак 17 2.22 Двуокись углерода 44 0,91
Азот 27 1.03 Глицерин 92 2.40
Радиационное охлаждение использует способность нагретой повер-
хности излучать тепло. Излучаемый поток
Чизл — ЕСТ Тег,
еде с — интегральная степень черноты; а — постоянная Стефана-
Больцмана; Тст — температура стенки, К.
В основе метода заложен принцип равенства подведенного теплового
потока q0 и излучаемого Чизл- Температура поверхности, при которой
достигается это равенство, называется равновесной и может быть
выражена с помощью соотношения
Тр= 4/4oT(eaJ.
При этом предполагается, что теплоотвод внутрь покрытия равен
нулю. Максимальный тепловой поток, который может быть снят с
поверхности методом радиационного охлаждения, ограничивается сле-
дующей величиной:
гр4
Чизл — « ° 1 разр,
где Тразр — температура разрушения данного типа покрытия.
Для внешних покрытий радиационного типа (радиационные экраны)
85
Рис. 4.4. Схема функционирования ТЗП абляционного типа: а — исходное положение;
<5 — унос части ТЗП; 1 — ТЗП; 2 — несущая конструкция; Ои„ — исходная толщина
ТЗП; дост — остаточная толщина
могут быть использованы тугоплавкие металлы (ниобий, вольфрам,'
молибден, тантал) и их сплавы с рабочей температурой 2400...3300°С,
а также керамические материалы (окись алюминия, двуокись циркония,
силикат алюминия 2A12O3«2SiO) с рабочей температурой до 1650 °C.
К радиационному типу относят также покрытия, предназначенные
для защиты конструкции от воздействия солнечных лучей путем их
отражения. Покрытие состоит из чередующихся слоев фольги или пленок
с зеркальной поверхностью и определенным зазором между ними.
Разрушающиеся ТЗП (системы) характеризуются потерей
поверхностного слоя ради сохранения благоприятного теплового режима
защищаемой конструкции. Разрушение поверхностного слоя происходит
в результате различных физико-химических превращений под воздей-
ствием подводимых к поверхности тепловых потоков, а разрушение
покрытия (потеря массы) — за счет сублимации (фторопласт, фторлон,
полиэтилен и др.), плавления (стеклотекстолит, асботекстолит), хими-
ческих реакций (образование кокса — графит, текстолит и др.).
К разрушающимся относят абляционные ТЗП. Абляционная защита
основана на массо- и теплоуносе с нагретой поверхности. При нагреве
в материале реализуется скрытая теплота плавления, испарения (суб-
лимация), происходят физико-химические реакции под воздействием
теплового потока. Все эти процессы сопровождаются большим погло-
щением тепла, газовыделением, блокированием теплового потока и
сдувом (уносом) пограничного слоя. Происходит уменьшение толщины
ТЗП (рис. 4.4).
Использование разрушающихся теплозащитных систем имеет су-
щественное преимущество по весовым и технологическим характери-
стикам перед другими методами тепловой защиты при мощных теп-
ловых потоках. Абляционные ТЗП применяют для защиты головных
обтекателей приборных отсеков.
86
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
4.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ ТЗП
ТЗП разделяют по месту расположения: внешние и внутренние;
по структурному составу — гомогенные, порошковые, ворсовые, ар-
мированные; по назначению: теплоизолирующие, радиопрозрачные,
эрозионно стойкие и др.
Теплоизолирующие покрытия (ТИП) применяются для защиты
конструкции на активном участке траектории, а также для защиты
от теплового потбка, исходящего от деталей двигателя, нагретых го-
рячими газами. Рабочая температура — до 1500°С.
Материалами защиты служат пенопласт, пеностекло, пенокорунд,
стеклоткань, стекловата. Тонкие теплоизолирующие покрытия толщи-
ной 1—2 мм содержа!' в качестве наполнителя древесную муку, свя-
зующее — искусственные смолы. Наносятся на поверхность в виде
пасты или эмульсии.
Пенопласт, пеностекло, выполненные в виде отдельных элементов
по форме защищаемой поверхности, наклеивают на поверхность. Из
стеклоткани, стекловаты можно изготавливать маты, размещаемые в
зоне теплового потока.
ТИП используют для защиты хвостовых и приборных отсеков,
крышек люков, днищ баков и др.
К ТИП относят экранно-вакуумные теплоизолирующие покрытия
(ЭВТИ), применяемые как внешняя изоляция спускаемых аппаратов,
отдельных блоков и отсеков. ЭВТИ состоит из ряда тонких листов
(экранов), обладающих высокой отражательной способностью, между
которыми размещены прокладки из материалов с низкой теплопро-
водностью. В полете между экранами создается вакуум. В качестве
экранов используют металлическую фольгу (алюминий, Пикель, титан
и др.) толщиной 0,01...0,20 мм или органические (лавсановые, поли-
имидные и др.) пленки с односторонним или двусторонним отражаю-
щим покрытием (алюминий, золото и др.). Низкотеплопроводные про-
кладки изготавливают из стеклоткани, вуали — из легкой прозрачной
ткани, сетки.
В зависимости от использованных материалов ЭВТИ могут работать
в диапазоне температур ®т 200 до 1000°С.
Радиопрозрачные теплозащитные покрытия обеспечивают функ-
цию тепловой защиты и нормальную работу радиоприемных и пере-
дающих устройств. В основном это стеклопластики со связующим на
основе фосфорной кислоты. Покрытие наносят на различнце обтека-
тели и крышки.
Эрозионно стойкие покрытия предназначены для защиты конст-
рукции от воздействия горячих газов, содержащих твердые частицы.
Используют для защиты элементов конструкции двигателя, главным
образом соплового блока. Применяются высокоэластичные (на основе
каучуков) покрытия, армированные теплостойкими материалами.
В качестве связующего используют блок полимеров на основе фе-
нольно-формальдегидных, фенольно-фурфурольных смол и нитридного
каучука. Армирующими элементами служат угольные, углевольфра-
мовые ткани, сетки, минеральные или органические наполнители.
87
К покрытиям общего назначения относят толстослойные ТЗП а б-
ляционного типа. Они обычно представляют собой компози-
ционные материалы. В качестве связующего используют различные
синтетические смолы, чаще всего фенольно-формальдегидные (баке-
лит) и эпоксидные. Наполнители могут быть тканями (асбестовая
ткань, кремнеземная, кварцевая, угольная, графитизированная, кап-
рон, лавсан, полипропилен и др.), волокнистыми (разрыхленные во-
локна тех же материалов, стекловата), порошковыми (тугоплавкие
• окисли, карбид, графит, нитриды, бориды, древесная мука, двуокись
кремния, двуокись циркония, силикат).
На защищаемую несущую оболочку слой ТЗП наносят с таким
расчетом, чтобы после уноса основной части покрытия при спаде
мощности теплового потока на оболочке оставалась гарантированная
толщина слоя, обеспечивающая тепловую защиту в качестве ТИП.
В общем случае толщина уносимого ТЗП
д =1Г з*
₽ У j О Ндф’
где q — тепловой поток; f — время воздействия теплового потока;
у — плотность материала ТЗП; Нэф — эффективная энтальпия.
Общая толщина слоя ТЗП <5 = <5Р+ <5', где 6' — толщина ТИП,
гарантирующая работоспособность конструкции. Практически толщину
ТЗП определяют с помощью полуэмпирических формул, например
где Q — интегральный тепловой поток.
Для правильного определения потребной толщины ТЗП необходимо
иметь достаточные сведения о тепловом пбтоке, влиянии его на тепловые
режимы конструкции и соотнести их с уносом проектируемого ТЗП.
4.3. ТЕХНОЛОГИЯ НАНЕСЕНИЯ ТЗП
4.3.1. Требования, предъявляемые к ТЗП
и технологии его нанесения
Требования к ТЗП включают:
— малую плотность;
— малую теплопроводность;
— большую теплоемкость;
— большую эффективную энтальпию разрушения — количество
тепла, необходимое для уноса единицы массы материала;
— хорошее газовыделение;
— требуемую прочность и жаропрочность;
— равномерный унос ТЗП со всей поверхности;
88
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
— отсутствие коррозионной агрессии по отношению к контакти-
руемой конструкции;
— хорошую технологичность;
— нетоксичность при изготовлении.
Универсального материала, отвечающего всему комплексу требова-
ний, нет. Поэтому для защиты конструкции применяют разнообразные
покрытия и их комбинации, наиболее полно удовлетворяющие опреде-
ленным требованиям, которые заключаются в обеспечении постоянства
состава ТЗП по всей поверхности, постоянства плотности материала, в
исключении образования несплошностей и непроклеев, в возможности
использования механизации и автоматизации при нанесении ТЗП.
4.3.2. Методы нанесения и способы формообразования ТЗП
Покрытия наносят непосредственно на защищаемую конструкцию
или на технологическую оправку с последующим отделением отфор-
мованного ТЗП от оправки и склеиванием с поверхностью конструкции.
Раздельное нанесение применяют в случае нежесткой конструкции.
Формообразовние ТЗП может выполняться вручную, прессованием,
выкладкой, намоткой. Вручную тонкослойное покрытие наносят шпа-
телем или пульверизатором в зависимости от консистенции состава,
а также наклеивают на поверхность предварительно отформованные
ТИП из пенопласта, пеностекла.
Прессование применяют при изготовлении элементов ТЗП, закреп-
ляемых в дальнейшем на защищаемую конструкцию. Процесс изго-
товления ТЗП прессованием во многом аналогичен получению этим
способом конструкционных композиционных деталей.
Основные технологические операции нанесения ТИП на основе
пенопласта включают подготовку поверхности конструкции, подготов-
ку исходных материалов, нанесение двух слоев клея на поверхность
конструкции, пенопласта и облицовочной ткани с промежуточной
сушкой в течение 20 мин, приклейку заготовок пенопласта через
3...5 мин после нанесения второго слоя клея, сушку в течение 24 ч
и контроль качества ТИП.
Теплоизолирующий слой наносят путем распыления суспензии с
последующей сушкой в течение 16 ч при температуре 15О...17О°С.
Суспензия может состоять, например, из смеси древесной муки и
бакелитового лака БК-2. Толщина покрытия до 4 мм. Снаружи слой
армируют стеклосеткой.
Процесс изготовления экранно-вакуумной теплоизоляции состоит
из следующих основных операций: подготовка исходных материалов —
экранов, тканей прокладок и др.; формование экранов; сборка экранов;
выкройка пакетов по шаблону; сварка слоев пакета; перфорирование
его; сшивание матов.
При подготовке исходных материалов контролируют коэффициент
отражения поверхности алюминиевой фольги или зеркальной пленки.
Для образования рифлений экраны формуют на вакуумно-формовочной
машине с предварительно нагретой формовочной плитой до темпера-
89
туры 300...350°С. Вакуумирование необходимо для предотвращения
снижения отражающих свойств поверхности фольги в результате воз-
можного окисления при нагреве. Для пленки создается вакуум
650» 102 Па и 130» 102 Па — для фольги. Выдержка в течение 1 мин
при температуре 140 и 170°С для пленки и фольги соответственно.
Слои фольги сваривают ультразвуком в пакеты. Количество экранов
в мате — от 20 до 50.
Основные операции при раздельном формовании ТЗП вы-
кладкой:
— подготовка наполнителей и связующего;
— *раскрой ткани и пошив заготовок;
— пропитка тканей и заготовок;
— подготовка оправки;
— выкладка заготовок на оправку;
— отверждение;
— контроль качества;
— освобождение покрытия от оправки;
— подготовка поверхности корпуса;
— приготовление клея;
— нанесение клея на корпус, сушка;
— нанесение эластичного подслоя на корпус, сушка;
— нанесение клея на корпус;
— склеивание ТЗП с корпусом, сушка;
— мехобработка;
— контроль качества.
При подготовке материалов ткань подвергается сушке, связующее
перемешивается и доводится до необходимой консистенции. Ткань может
раскраиваться и сшиваться в виде чехлов по форме внешней поверхности
конструкции. Пропитка тканей может выполняться до их раскроя с
использованием специальной пропиточной машины типа МПТ-3. Каче-
ство пропитки проверяется на содержание смолы (ЗО...55%) и летучих
веществ (З...16%). Пропитка сложных заготовок может выполняться
вручную или механизированным способом. Механизированная пропитка
осуществляется на вакуумно-автоклавной установке.
Подготовка поверхности корпуса заключается в пескоструйной об-
работке (или обработке шлифовальной шкуркой) с последующим обез-
жириванием. Отверждение покрытия производится в термошкафах при
температуре 14О...16О°С.
Технологический процесс намотки ТЗП на корпус включает
следующие операции:
— подготовка поверхности корпуса;
— нанесение клеевого подслоя;
— нанесение эластичного подслоя;
— намотка ленты;
— разогрев поверхности;
— прикатка ленты роликом;
— отверждение;
— мехобработка;
— контроль качества ТЗП.
90
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Нанесение клеевого подслоя может осуществляться путем намотки
пленочного клея типа ВК-3. Обычно применяют асботекстолитовую
ленту типа АТ-1. Намотка производится на станке с программным
управлением типа СПН-1. Набор программ осуществляется с помощью
штеккеров в шкафу управления. Намотка выполняется в автоматиче-
ском режиме со скоростью от 2 до 10 об/мин. Отверждение произво-
дится путем инфракрасного облучения вращающегося на станке кор-
+5°
пуса. Нагрев осуществляется до температуры 135 С при скорости
вращения порядка 4 об/мин. Выдержка 15...20 мин на 1 мм толщины
покрытия. Отверждение может происходить в печах аэродинамического
нагрева или рецикулярных потерь, работающих без использования
специальных нагревателей.
Контроль качества обычно состоит:
— из контроля плотности ТЗП путем обмера и взвешивания;
— контроля геометрии: основные размеры, толщина покрытия;
— контроля сплошности (непроклей, расслоение) с использованием
ультразвука, радиометрии и других методов неразрушающего контроля;
— определения содержания связующего методом спекания при тем-
пературе порядка 1000°С;
— проверки степени отверждения: полимеризация должна быть не
менее 93...95%;
— контроля механических свойств: прочность на растяжение, из-
гиб, сжатие и др.
91
ГЛАВА 5
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ
Работоспособность и высокая надежность летательных аппаратов
космического назначения в значительной степени определяются гер-
метичностью всех видов соединений замкнутых объемов, трубопроводов
и основных конструкционных материалов.
Обеспечение герметичности — задача комплексная. Во-первых,
необходимо правильное понимание самой проблемы герметичности.
Во-вторых, требуется наличие арсенала методов и средств контроля
герметичности нужной чувствительности. В-третьих, должен быть осо-
бый подход к проектированию конструкций. В-четвертых, необходимы
специальные требования к конструкционным материалам и высокий
уровень технологии изготовления изделий. Только грамотные решения
этих вопросов позволят успешно решить задачу в целом.
5.1. ОСНОВОПОЛАГАЮЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
5.1.1. Основные понятия и определения
Неплотность — сквозной дефект в стенке конструкции или
в местах соединений ее элементов, через который может пройти
жидкость или газ. Для неплотности характерно наличие канала слож-
ной геометрической формы, соединяющего внешнюю и внутреннюю
стенки конструкции. При контроле герметичности геометрические раз-
меры канала неплотности не определяют, оценивают лишь диаметр
эквивалентного цилиндрического канала, через который пройдет рав-
ное количество жидкости или газа. Длина канала принимается равной
толщине стенки в зоне расположения неплотности. Такую оценку
диаметра эквивалентного канала можно произвести после измерения
потока, проходящего через неплотность.
Поток через неплотность — количество жидкости или
газа, проходящее через неплотность в единицу времени при действу-
ющем перепаде давления.
Поток жидкости Q» равен объемной скорости течения:
Q«= —
v» dt ,
где Уж — контролируемый объем с одной неплотностью, м3; t
время контроля, с.
(5.1)
92
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Поток газа Qr равен объемной скорости течения, умноженной на
давление:
Q2 = Р <5-2)
где Vr — контролируемый объем с одной неплотностью, м3; Р —
давление газа в объеме, Па; t — время контроля, с.
Течь — поток через неплотность при нормируемом давлении. За
нормируемый перепад давления принимают величину, равную физи-
ческой атмосфере. Единицы измерения течи такие же, как и для
потока.
Утечка — суммарный поток через все сквозные неплотности
конструкции, работающей или контролируемой под избыточным дав-
лением.
Натекание — суммарный поток через все сквозные неплотности
вакуумной конструкции, испытываемой при вакуумировании.
Герметичность — способность конструкции не пропускать
через стенки и соединения жидкую или газообразную среду.
Учитывая, что конечная цель испытания на герметичность — это
оценка степени соответствия фактической герметичности требуемой,
герметичность Г может быть оценена отношением фактического потока
контрольной или рабочей среды через сквозные дефекты в рабочих
условиях Q к предельно допустимому потоку среды из конструкции
при тех же условиях Qflon:
Конструкция считается герметичной, если Г < 1, и негерметичной,
если Г > 1. Это относительная оценка герметичности, Г — безразмерная
величина.
Герметичность можно оценивать и в абсолютных величинах как
время, необходимое для изменения давления во внутреннем объеме
конструкции на единицу , мкпа )• Для конструкций, работающих
под давлением, герметичность
Г-i \ <5.4,
где V — внутренний объем, мм3; Qy — утечка, мм ^Па.
Для вакуумных конструкций значение герметичности находят из
соотношения
r=i’ <5-5)
где V — внутренний объем, м3; QH — натекание, м м*Па.
Контроль герметичности — вид неразрушающего ис-
пытания конструкции, состоящий в измерении или оценке суммарного
потока (утечки, натекания) рабочей среды, проникающей через не-
плотности, для сравнения с допустимой величиной по техническим
условиям на конструкцию.
93
Течеискание — вид неразрушающего контроля конструкций,
основанный на регистрации индикаторных сред, проникающих в сквоз-
ные неплотности, и предназначенный для определения расположения
неплотностей.
Рабочая среда (рабочее вещество) — жидкость или газ,
которыми заполняют конструкцию в процессе эксплуатации. Для ва-
куумных конструкций под рабочей средой следует принимать среду,'
окружающую конструкцию в процессе эксплуатации.
Индикаторная среда (контрольное вещество) — жидкость
или газ, предназначенные для проникновения через неплотности кон-
струкции во время испытания с последующей ее регистрацией визу-
альными, химическими или инструментальными методами. Индика-
торной средой может быть одно вещество или смесь нескольких веществ.
Контрольная течь — устройство, с помощью которого по-
лучают постоянный во времени и известный по величине поток ин-
дикаторной среды. Контрольные течи предназначены для проверки
чувствительности и тарировки (градуировки) средств контроля герме-
тичности и течеискания.
Течеискатель — устройство переносного или стационарного
типа, с помощью которого определяют место расположения неплотности
на поверхности конструкции. .
Чувствительность течеискателя — наименьший по-
ток или концентрация индикаторного газа, которые могут быть обна-
ружены или измерены.
Чувствительность течеискания — наименьший по-
ток рабочей среды через неплотность, который может быть обнаружен
или измерен при течеискании с помощью индикаторной среды. Она
зависит от чувствительности течеискателя, скорости перемещения ра-
бочего органа течеискателя, расстояния от него до поверхности кон-
струкции, физических свойств индикаторной и рабочей сред, концен-
трации индикаторной среды, давлений при эксплуатации и контроле
герметичности.
Чувствительность контроля герметичности —
наименьшая утечка (натекание) рабочей среды, которая может быть
измерена в процессе испытания конструкции с помощью индикаторной
среды. Она зависит от чувствительности средств контроля герметич-
ности к индикаторной среде, продолжительности процесса контроля,
физических свойств индикаторной и рабочей сред, давлений при экс-
плуатации и контроля герметичности.
5.1.2. Единицы измерения
В конструкторской и технологической документации на изделия
значения давлений, потока жидкостей и газов часто приводятся в
разных системах единиц, удобных при рассмотрении тех или иных
характеристик.
Соотношения между единицами измерения давлений и потоков
приведены в табл. 5.1 и 5.2 соответственно.
94
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Соотношения между единицами измерения давлений
Единица Эквивалент в размерности
измерения _________________ __________________________________________
95
5.2. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ
Все методы контроля герметичности основаны на протекании ин-
дикаторных жидких или газообразных сред через неплотности с по-
следующей их индикацией. Протекание индикаторных сред обуслов-
лено либо перепадом давлений, либо капиллярными силами.
Для конструкций с замкнутым объемом перепад давлений опреде-
ляется разностью между давлением внутри изделия и давлением ок-
ружающей среды. Для изделий, работающих под избыточным давле-
нием, перепад давлений положительный, для вакуумных конструк-
ций — отрицательный. Для конструкций с разомкнутым объемом
перепад давлений равен нулю.
В зависимости от того, какой из перечисленных перепадов давления
при контроле герметичности имеет место, все методы контроля гер-
метичности и течсискания подразделяются на компрессионные, ваку-
умные и капиллярные (ГОСТ 18353—73).
В каждом из этих методов возможно применение одинаковых
способов индикации первичной информации. Часто способ индикации
наиболее полно характеризует метод контроля герметичности, и ме-
тод в целом имеет название способа индикации независимо от
значения перепада давлений. Например, масс-спектрометрический
метод контроля герметичности называется именно так (т. е. по спо-
собу индикации) и для положительных и для отрицательных пере-
падов давлений, обусловливающих протекание индикаторной среды
через неплотность.
Из всего разнообразия имеющихся методов контроля герметичности
ниже рассматриваются лишь те, которые нашли наиболее широкое
применение в производстве ракет. С учетом сказанного по классифи-
кации методов их можно скомпоновать в три группы: компрессионные,
химические и масс-спектрометрические.
К первой группе отнесены методы контроля с положительными
перепадами давлений, с индикацией индикаторных сред по изменению
перепада давления или по появлению пузырьков. Ко второй группе —
методы с индикацией контрольных сред химическими способами не-
зависимо от перепада давлений. К третьей группе — методы с инди-
кацией контрольных сред масс-спектрометрическим способом незави-
симо от перепада давлений.
Перечень рассматриваемых методов контроля герметичности и их
распределение по группам приведены на рис. 5.1. В совокупности эти
методы позволяют определить как суммарную, так и локальную не-
герметичность.
Каждый отдельный метод с использованием специализированных
средств может решать либо первую (рис. 5.2), либо вторую (рис. 5.3)
задачу.
Рекомендуемые методы контроля герметичности изделий на этапах
главной и агрегатной сборок, а также на этапах изготовления аг-
регатов и сборочных единиц приведены в табл. 5.3; 5.4; 5.5; 5.6
соответственно.
96
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
4 2-240
Рис. 5.1. Методы контроля герметичности
Рис. 5.2. Методы контроля суммарной негерметичности
Рис. 5.3. Методы контроля локальной негерметичности
98
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таблица 5.3
Рекомендуемые методы контроля герметичности на этапе главной сборки
Контролируе- мый элемент Норма негерме- тичности, мм3МПа С Методы контроля
контроль суммарной негерметичности контроль локальном не- герметичности
Разъемные монтажные со- единения Св. 1,0 1.0...10-2 1«10--2...1«10-5 Метод спада давления Метод накопления при атмосферном давлении Метод накопления при атмосферном давлении Метод обмыливания Метод дисперсных масс Метод обдува Метод щупа Метод щупа Метод обдува
Псразъсмн ые монтажные со- единения Св. 1,0 1.0...Ы0-3 1«10-3...1«10-5 Метод спада давления Метод накопления при атмосферном давлении Метод местных вакуум- ных камер Метод накопления при атмосферном давлении Метод дисперсных масс Метод дисперсных масс Метод щупа Метод обдува Метод щупа Метод разъемных вакуум- ных камер Метод камер-присосок
Сборочные еди- ницы в составе изделия Св. 1,0 1.0...-10-5 Метод спада давления Метод накопления при атмосферном давлении Метод накопления при атмосферном давлении Метод вакуумирования Метод обмыливания 9 Метод щупа Метод разъемных вакуум- ных камер Метод камер-присосок Метод дисперсных масс
Конссрвацион- ныс заглушки Св. 1,0 1,0...1«10~3 1»10-3...1»10-5 Метод спада давления Метод накопления при атмосферном давлении Метод накопления при атмосферном давлении Метод местных вакуум- ных камер Метод обмыливания Метод дисперсных масс Метод щупа Метод обдува Метод щупа Метод обдува Метод разъемных вакуум- ных камер Метод камер-присосок
Изделие в це- лом 1...10-5 вакуумные масс-спек- трометрические мето- ды Методы, аналогичные при- веденным в it. 1, 2, 3
4*
99
Таблица 5.4
Рекомендуемые методы контроля иа этапе агрегатной сборки
Контролируемый элемент Норма негер- метичности, мм3МПа С Методы контроля
контроль суммарной негерметичности контроль локальной не- герметичности
Разъемные монтаж- ные соединения Св. 1,0 1,0...1«10-2 1-10~2...1*10-3 1.10“ 3...1 «10“ 5 Метод спада давления Метод накопления при атмосферном давлении Метод накопления при атмосферном давлении Метод местных вакуум- ных каме'р Метод накопления при атмосферном давлении Метод местных вакуум- ных камер Метод обмыливаиия Метод дисперсных масс Метод щупа Метод обдува Метод щупа Метод обдува Метод щупа Метод обдува Метод накопления при атмосферном давлении
Неразъемные мон- тажные соединения Св. 1,0 1,0—1.10" 3 1»10-3...1«10-4 1«10-4...1«10-6 Метод спада давления Метод накопления при атмосферном давлении Метод накопления при атмосферном давлении Метод накопления при атмосферном давлении Метод местных вакуум- ных камер Метод обмыливаиия Метод дисперсных масс Метод щупа Метод обдува Метод индикаторных лент Метод дисперсных масс Метод щупа Метод обдува Метод индикаторных лент Метод накопления при атмосферном давлении Метод накопления при атмосферном давлении Метод камер-присосок Метод разъемных ваку- умных камер
Сборочные единицы в составе изделия Св. 1,0 1.0...Ы0-6 Метод спада давления Метод накопления при атмосферном давлении Масс-спектрометриче- ские методы Метод обмыливаиия Метод накопления при атмосферном давлении Метод камер-присосок Метод разъемных ваку- умных камер
Изделие в целом 1,0...1*10-5 Масс-спектрометриче- ские методы Метод накопления при атмосферном давлении Метод камер-присосок Метод разъемных ваку- умных камер
100
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таблица 5 5
Рекомендуемые методы контроля герметичности на этапе изготовления агрегатов
Контролируе- мый элемент Норма негерме- тичности. Методы контроля
мм^МПа С контроль суммарной негерметичности контроль локальной не- герметичности
Разъемные монтажные со- единения Св. 1,0 1.0...1Ч0-2 1«10~2...1»10-3 1«10-3...1»10—5 Метод спада давления Метод накопления при атмосферном давлении Метод накопления при атмосферном давлении Метод местных вакуум- ных камер Метод накопления кон- трольного газа при ат- мосферном давлении Метод местных вакуум- ных камер Метод обмыливаиия Метод дисперсных масс Метод аквариума Метод аквариума Метод щупа Метод бароаквариума Метод бароаквариума Метод накопления при ат- мосферном давлении
Неразъемн ые монтажные со- единения Св. 1,0 1.0...1И0-3 1«10-3...1»10-4 1 «10“ 4... 1 -10—6 Метод спада давления Метод накопления при атмосферном давлении Метод накопления при атмосферном давлении Метод местных вакуум- ных камер Метод накопления при атмосферном давлении Вакуумные методы Метод обмыливаиия Метод дисперсных масс Метод аквариума Метод дисперсных масс Метод щупа Метод обдува Метод бароаквариума Метод щупа Метод обдува Метод камер-присосок Метод разъемных вакуум ных камер
Сборочные единицы в со- ставе агрегатов Св. 1,0 1,0...1-10—5 Метод спада давления Метод накопления при атмосферном давлении Вакуумные методы Метод обмыливаиия Метод щупа Метод обдува Метод камер-присосок Метод разъемных вакуум- ных камер
Агрегат в целом 1.0...1Ч0-5 Вакуумные методы Метод щупа Метод обдува Метод камер-присосок Метод разъемных вакуум ных камер
101
Таблица 5.6
Рекомендуемые методы контроля герметичности сборочных единиц
Контролируе- мый элемент Норма негерме- тичности. Методы контроля
мм3МПа С контроль суммарной негерметичности контроль локальной не- герметичности
Разъем н ы е монтажные со- единения Св. 1,0 1.0...1-10-2 Метод спада давления Метод накопления при атмосферном давлении Метод обмыливания Метод дисперсных масс Метод индикаторных лент
1«10-2...1«10-4 Метод накопления при атмосферном давлении Метод остаточных устой- чивых следов Метод бароаквариума Метод дисперсных масс
l»10-4...l«10-5 Вакуумные методы Метод накопления при ат- мосферном давлении Метод щупа Метод разъемных вакуум пых камер
Неразъемные монтажные со- единения Св. 1,0 1,0 ..1-10-2 Метод спада давления Метод накопления при атмосферном давлении Метод обмыливания Метод индикаторных лент Метод остаточных устой- чивых следов
1«10~2. ..1-10_4 Метод накопления при атмосферном давлении Метод накопления в ва- куум Метод остаточных устой- чивых следов Метод бароаквариума Метод щупа
1»10-4...1»10-6 Вакуумные методы Метод накопления при ат- мосферном давлении Метод камер-присосок Метод разъемных вакуум- ных камер
Сборочная еди- ница в целом Св. 1,0 1,0. 1«10-2 Метод спада давления Метод накопления при атмосферном давлении Метод обмыливания Метод дисперсных масс Метод остаточных устой- чивых следов
1*10 2...1«10-4 Метод накопления при атмосферном давлении Метод накопления в ва- куум Метод щупа Метод обдува
1«10-4...1-10-ь Вакуумные методы Метод накопления при ат- мосферном давлении Метод камер присосок Метод разъемных вакуум пых камер
102
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
5.2.1. Компрессионные методы контроля герметичности
Компрессионные методы контроля герметичности основаны на ре-
гистрации параметров индикаторной среды, проникающей под давле-
нием в сквозные дефекты контролируемого объекта.
Метод обмыливания. Сущность метода заключается в определении
мест утечек по вздутиям пены мыльной эмульсии, нанесенной на
поверхность объекта, который находится под избыточным давлением
контрольного газа. Течи регистрируются визуально.
Метод позволяет установить место течи с чувствительностью до
7» Ю~2 мм МП-. Метод применяется для отыскания грубых течей. Он
прост и доступен.
Метод дисперсных масс. Места негерметичности этим методом
определяются по пенным вздутиям и кратерам в слое индикаторной
«дисперсной массы», нанесенной на поверхность контролируемого из-
делия, которое находится под избыточным давлением. Места течи
регистрируются визуально.
Метод позволяет установить место течи с чувствительностью до
1,3* 10’4 Рекомендуется применять для контроля открытых
элементов изделий, допускающих контакт с контрольной массой.
Метод аквариума. Основная идея этого метода заключается в
определении мест негерметичности объекта, погруженного в ванну
с жидкостью и находящегося под избыточным давлением контроль-
ного газа, по выделяющимся пузырькам. Регистрация течи — ви-
зуальная.
Принципиальная схема испытания приведена на рис. 5.4.
Метод позво'ляст установить места течей по всей поверхности кон-
тролируемого объекта с чувствительностью до 7*10 3 мм ^Па. Приме-
няется для контроля герметичности объектов с невысокими требова-
ниями по герметичности, а также в качестве способа грубой проверки
перед высокочувствительными испытаниями.
Если над поверхностью жидкости снизить давление до величины,
регламентируемой давлением насыщенных паров этой жидкости, то
чувствительность метода аквариума можно существенно увеличить.
Такой вид испытания называется методом бароаквариума. Принципи-
альная схема этого метода приведена на рис. 5.5.
Метод бароаквариума позволяет устанавливать места течей по
всей поверхности контролируемого объекта с чувствительностью: до
7.in5 мм МПа <
1 *0 ------- с применением рабочей жидкости на основе воды,
1,3*10 5 — мг|а с ПрИмсненисм спирта в качестве рабочей жидкости;
7*10 6 мпа с ПрИМСНСНИСМ фреона 113 в качестве рабочей жид-
кости.
юз
Рис. 5 4. Контроль герметичности мсто-
дом'аквариума: 1 — аквариум; 2 — обь-
• скт испытания; 3 — пневмопульт
Рис. 5.5. Контроль герметичности мето-
дом бароаквариума: 1 — герметичная ем
кость (аквариум); 2 — объект испытания;
3 — пневмопульт; 4 — система откачки;
5 — подогреватель жидкости
Рис. 5.6. Контроль суммарной не-
герметичности по спаду давления:
1 — объект испытания; 2 — ппев-
мопульт; 3 — пневмоклапан; 4 —
температурные датчики; 5 — дат
чик давления; 6 — пульт измерения
Метод бароаквариума применяется для всех объектов, допускающих
контакт с рабочими жидкостями и внутреннее избыточное давление
и имеющих небольшие габариты.
Метод спада давления. Сущность метода заключается в регистра-
ции и оценке негерметичности путем измерения скорости уменьшения
давления контрольного газа в изделии. В качестве контрольного газа
используют воздух или азот. Принципиальная схема испытаний по-
казана на рис. 5.6.
Метод позволяет регистрировать и оценивать суммарную негерме-
тичность изделий и сборочных единиц с чувствительностью от 1,0 до
100 мм 1а и более в зависимости от объема изделия. Точность изме-
рения ± (10...30) %.
Иногда в технической документации негерметичность задается не-
посредственно величиной спада давления за определенный промежуток
времени. Минимально достигаемая величина измерения спада давления
равна 5 мм водяного столба при точности измерения ±- 3 мм водяною
столба. Для этого температуру необходимо измерять с погрешностью
< 0,025° С, а давление — с погрешностью < 1 мкм рт. ст. (13,6 мкм
водяного столба).
5.2.2. Химические методы
Эти методы основаны на использовании химической реакции для
обнаружения локальной утечки контрольного газа из изделия. В ка-
честве контрольного газа применяется аммиачно-воздушная смесь.
Метод остаточных устойчивых следов. Сущность метода заклю-
104
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
чается в том, что на проверяемые поверхности и соединения наносят
специальную желеобразную массу в виде эластичной пленки, а объект
испытания заполняют контрольным газом под избыточным давлением.
Появление малиновых пятен на индикаторной массе указывает на
места утечки контрольного газа. Регистрация тёчи визуальная.
Метод позволяет установить место, течи на основном материале, в
сварных, паяных, разъемных соединениях с чувствительностью до
7*10 4 мм мПа. Метод рекомендуется для контроля крупногабаритных
емкостей, трубопроводов простой формы с гладкими поверхностями и
их элементов.
Метод индикаторных лент. При этом методе регистрация цветных
пятен производится при помощи индикаторной ленты, наложенной
перед испытанием на сварные соединения контролируемого объекта.
Индикаторный газ, проникающий через неплотности, изменяет окраску
ленты в месте течи. Регистрация течи визуальная.
Метод позволяет обнаруживать негерметичность сварных соедине-
ний, а также участков сплошного материала с чувствительностью до
1,3* Ю~6 мм Па. Метод применяется для контроля кольцевых и про-
дольных стыковых сварных соединений на емкостях и трубопроводах,
а также участков сплошного материала изделий.
5.2.3. Масс-спектрометрические методы
Масс-спектромстрические методы течеискания являются одними из
наиболее чувствительных и универсальных способов контроля герме-
тичности изделий. В производстве летательных аппаратов они полу-
чили самое широкое применение.
Сущность методов заключается в регистрации индикаторного газа,
проходящего через неплотности контролируемых объемов, с помощью
масс-спектрометрических передвижных течсискатслсй. В качестве ин-
дикаторных газов применяются гелий и аргон. При использовании
аргона чувствительность испытания снижается на 1...2 порядка.
Методы позволяют регистрировать и оценивать суммарную негер-
метичность изделий и их отдельных сборочных единиц (метод накоп-
ления при атмосферном давлении, метод накопления в вакуум, метод
вакуумирования в динамическом режиме, метод принудительного на-
копления), устанавливать районы течи (контроль камерами-присоска-
ми, контроль с применением местных вакуумных камер, метод на-
копления при атмосферном давлении) и точную локализацию течей
(метод обдува контрольным газом, метод щупа).
В качестве аппаратуры регистрации контрольного газа применяются
гелиевые течеискатели ПТИ-6, ПТИ-7, ПТИ-7А, ПТИ-10.
Метод обдува. Контроль методом обдува заключается в обследо-
вании изделия, внутренняя полость которого отвакуумирована, путем
обдувания контролируемых участков поверхности изделия струей кон-
трольного газа и регистрации его в случае проникновения в полость
105
Рис 5.7. Схема контроля -локальной не-
герметичности методом обдува: 1 — объ-
ект испытания; 2 — система откачки, 3 —
течеискатель; 4 — устройство для обдува
Рис. 5.8. Схема контроля локальной не-
герметичности методом щупа: 1 — объект
испытания; 2 — пневмопульт; 3 — щуп-
натекатель; 4 — течеискатель
Рис. 5.9. Схемы контроля суммарной не-
герметичности методом накопления при
атмосферном давлении: а) всего объекта;
б) части объекта; 1 — объект испытания;
2 — пневмопульт; 3 — герметизирующая
оболочка; 4 — течеискатель.
изделия масс-спектрометрическим методом. Принципиальная схема
испытания показана на рис. 5.7.
При использовании гелия в качестве индикаторного газа метод
позволяет обнаруживать локальные негерметичности на контролиру-
емых‘'изделиях с потоком регистрируемого газа до 1,3* 10 6 —” ^1Па.
Метод применяется для обнаружения локальных негерметичностей
на объектах, не допускающих нагружения внутренним давлением.
Метод щупа. Существо метода заключается в обследовании объекта,
нагруженного давлением контрольного газа, с помощью специального
зонда — капиллярного натекателя, соединенного гибким герметичным
трубопроводом с течеискателем. Принципиальная схема испытания
показана на рис. 5.8.
Метод позволяет установить расположение локальной негерметич-
ности на основном материале изделия или сборочной единицы, их
сварных, паяных, биметаллических соединениях с потоком индика-
торного газа (гелия) до 7* 10 5 мм МПа. •
С
Метод щупа повышенной чувствительности предусматривает ис-
106
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
пользование цсолитового насоса или газовой завесы. Основная идея
метода щупа с применением цсолитового насоса заключается в том,
что из всасываемого щупом газового потока воздух поглощается це-
олитовым насосом, установленным между щупом и течеискатслем, а
весь гелий поступает в масс-спектрометрическую камеру течеискатсля,
что позволяет увеличить поток газовой смеси в течеискатель и, сле-
довательно, чувствительность контроля.
Сущность метода щупа с газовой завесой заключается в том, что
вокруг всасывающей части щупа создастся защитная зона газа, пре-
пятствующая попаданию в щуп контрольного газа из окружающей
атмосферы, что позволяет снизить фон, увеличить поток газовой смеси
в течеискатель (т. к. газ из защитной зоны вымораживается в азотной
ловушке течеискатсля) и, следовательно, повысить чувствительность
контроля.
Метод щупа с применением цсолитового насоса позволяет устано-
вить расположение локальной негерметичности с чувствительностью
, 6 мм3М11а
по гелию до 1,3’10 -------.
с
Метод щупа с газовой завесой позволяет установить располо-
жение локальной негерметичности с чувствительностью по гелию до
2, ।д-6 мм МПа
с
Метод накопления контрольного газа при атмосферном давлении
основан на измерении концентрации контрольного газа, накапливае-
мого в воздушном объеме, окружающем контролируемое изделие или
его элементы, отделенном от атмосферы непроницаемой или малопро-
ницаемой эластичной оболочкой.
Принципиальные схемы испытания показаны на рис. 5.9.
Основное содержание технологических операций:
— подготовка объекта к испытанию;
— заключение объекта в герметичный чехол — объем накопления;
— нагружение объекта давлением контрольного газа;
— выдержка объекта под давлением;
— отбор и анализ газовых проб из объемов накопления;
— оценка суммарной негерметичности;
— снижение давления контрольного газа до атмосферного.
Метод позволяет зарегистрировать суммарную негерметичность из-
делий, отдельных сборочных единиц и участков их поверхностей,
сварных швов и т. д. с потоком гелия 7*10 6 мм МПа.
с
Утечка определяется через поток воздушно-гелисвой смеси:
^Ратм*Св* Сс
r Cs «в ’
Q = ^
(5.6)
где W — объем накопления, мм3; Рати- атмосферное давление, МПа;
1 — время накопления, с; Св, Cs — концентрация гелия в воздухе и
в индикаторной смеси, %; «, ав — величины сигнала ПТИ от утечки
и от атмосферного гелия, в; р — 1...7 — коэффициент, учитывающий
разницу между расчетной и замеренной концентрациями.
107
Рис. 5.10. Схемы контроля суммарной негерметичности методом накопления в вакуум:
а) всего объекта в вакуумной камере; 6) части объекта местной вакуумной камерой в)
локальных поверхностей объекта камерой-присоской. 1 — объект испытания; 2 —
пневмопульт; 3 — система откачки; 4 — течеискатель; 5 — вакуумная камера; 6 —
местная вакуумная камера (МВК); 7 — камера-присоска (КП)
108
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Метод накопления в вакуум является улучшенным вариантом на-
копления при атмосферном давлении. В основе метода лежит приме-
нение масс-спектрометра для регистрации парциального давления кон-
трольного газа, накапливаемого в вакуумной камере, в которой на-
ходится испытываемой объект. Принципиальная схема испытания
показана на рис. 5.10, а.
Основное содержание технологических операций:
— подготовка объекта к испытанию;
— получение рабочего вакуума;
— контроль фона (со) в режиме накопления (выдержка в течение
т при отключенной системе откачки);
— контроль сигнала от контрольной течи в режиме накопления
(« кпд;
— нагружение объекта давлением контрольного газа;
— контроль суммарной негерметичности (определение а от утечки)
в режиме накопления;
— снижение давления контрольного газа до атмосферного;
— девакуумирование.
Метод позволяет регистрировать и оценивать суммарную негерме-
тичность изделий и их отдельных сборочных единиц в зависимости
от их размеров в пределах 1,3»107...1*10 1 мм ~11а при испытании
гелием.
При испытании изделия объемом в несколько десятков куби-
ческих метров 10%-ной гелиево-воздушной смесью достигается чув-
ствительность 1 * 10 4 —м при времени накопления т = 10 мин и
1«10 5 —м ^-Па при т = 1—2 ч. Поэтому этот метод применяется для
контроля сравнительно небольших изделий.
Суммарный поток индикаторного газа через неплотности Qs опре-
деляется методом сравнения с контрольной течью:
Qmm МПа
кт — поток, через контрольную течь, —-—; а о, «кт, « —
величины сигналов течеискателя от фона гелия в атмосфере, от кон-
трольной течи и от потока через неплотности соответственно, в.
Для установления района течи, контроля суммарной негерметич-
ности монтажных стыков трубопроводов, участков поверхности основ-
ного материала и продольных сварных швов используются местные
вакуумные камеры и камеры-присоски.
Метод местных вакуумных камер. Сущность метода заключается в
регистрации и измерении потоков контрольного газа, проникающего
через микронеплотности проверяемых поверхностей в полости локальных
вакуумных камер, смонтированных непосредственно на изделии, сбо-
рочной единице или на монтажныхстыках трубопроводов. Каждая камера
соединяется с откачной системой и течеискателем (рис. 5.10, б).
109
Рис. 5.11. Схемы подключения течеискателя
в вакуумную систему стенда: 1 — вакуумная
камера; 2 — течеискатель; 3 — пароструйный
насос; 4 — механический насос; 5 — клапан;
в — насос избирательной откачки
Последовательность выпол-
нения операции контроля такая
<ке, как при контроле методом
накопления в вакуум.
Метод позволяет зарегистри-
ровать и оценить величину
негерметичности элементов в
составе изделий до 1,3*10-6
мм3МПа
------ при испытании гелием.
Суммарный поток Qs опре-
деляется методом сравнения с
контрольной течью по формуле
(5.7).
Метод камер-присосок. Ос-
новной смысл метода заключает-
ся в обследовании объекта нагру-
женного давлением контрольно-
го газа с помощью специальных
устройств — присосок, соединен-
ных вакуумным трубопроводом
с откачивающим насосом и тече-
искагелем (рис. 5.10, в).
Основное содержание техно-
логических операций:
— подготовка объекта к ис-
пытанию;
— нагружение объекта кон-
трольным газом;
— отыскание района течи
путем последовательного обсле-
дования по участкам;
— понижение давления до
атмосферного.
Метод позволяет установить
район расположения локальной
негерметичности на основном
материале изделий и сборочных
единиц, а также на сварных соединениях с потоком регистрируемого
газа до 1,3*10 5 ”™.мпа ПрИ испытании гелием.
Суммарный поток Qs определяется методом сравнения с контроль-
ной течью по формуле (5.7).
Метод вакуумирования в динамическом режиме. Если реализация
режима накопления в вакуум невозможна из-за роста давления в
камере (Рк > 1*10 мм рт. ст. до достижения требуемого т), то испы-
тание проводится без отключения насосной системы течеискателя, т. е.
в динамическом режиме. Возможные схемы испытания приведены на
рис. 5.11.
по
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Выбор той или иной схемы зависит от суммарной величины газо-
выдсления объекта и вакуумной системы во время испытания (q^).
Условия выбора:
« 1 о мм3МПа .
q 2 > 1,3 -------схема А;
q g- 1 мм МПа «л г?
q^< 2,6*10 — --------схема Б;
2/г _ 1 л—1 1 о мм МПа о
,6*10 <qx<l»3-----------схема В.
При работе по схеме А насосная система стенда (3; 4) не отклю-
чается. В течеискатель попадает только часть К общего потока (q^).
При работе по схеме Б механический насос (4) во время контрольных
измерений изолируется путем закрытия клапана (5). Весь поток qx
поступает для анализа в течеискатель (К= 1).
При работе по схеме В механический насос (4) также изолируется
путем закрытия клапана (5). Поток q^ поступает в насос избира-
тельной откачки (цеолитовый при контроле гелием), откачивающий
все компоненты поступающей газовой смеси за исключением конт-
рольного газа. Полный поток контрольного газа поступает в тече-
искатсль (К=1).
Чувствительность испытаний Qs т;п равна
Гк. — о Г— +
Qsmin-Qr(—+ q ) G ,
где Qr = 7«10~8 MW Мп? — чувствительность течеискателя к потоку
контрольного газа;
К — коэффициент пропорциональности, учитывающий распределе-
ние потока индикаторного газа между течеискателем и насосной системой
стенда 0 < К < 1; qy — натекание вакуумной системы стенда —-—;
qT — натекание течеискателя, мм ^Па; Cs — концентрация гелия в
индикаторной смеси, %.
Метод применяется для испытания крупногабаритных изделий в
камерах, объем которых измеряется сотнями кубических метров. Чув-
ствительность (при К= 1) по гелию — до 5* Ю~б мм ^Па.
Суммарный поток Qs определяется методом сравнения с контроль-
ной течью по формуле (5.7).
Метод принудительного накопления. При работе по схеме В (рис.
5.11) появляются дополнительные возможности использования метода
накопления в вакуум. Для этого насос избирательной откачки (6)
заменяется насосной системой избирательной откачки, получившей
название «Блок изменения концентрации», а для использования схемы
В при повышенных газовых нагрузках (q£> 1,3 мм ^п-‘) вводятся
ill
Рис. 5.12. Схема контроля герметичности методом принудительного накопления: 1 — испытываемое изделие; 2 — барокамера;
3 блок контрольных течей; 4 — стойка записи параметров; 5 — ПТИ-10; 6 — блок изменения концентрации; 7 — насосная
система стенда; 8 блок низковакуумных насосов; 9 — система заполнения изделий1 индикаторным газом
112
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками'!
Qs min
О fv
дополнительные вакуумные насосы. Накопление в этом случае про-
изводится в объеме цеолитового насоса блока изменения концентрации,
поэтому парциальное давление индикаторного газа не зависит от объ-
ема вакуумной камеры. Такое накопление называется «принудитель-
ным».
Принципиальная схема контроля герметичности методом принуди-
тельного накопления приведена на рис. 5.12.
Основное содержание операций контроля:
— подготовка объекта к испытанию;
— получение рабочего вакуума;
- контроль фона (со) в режиме накопления (вакуумные затворы
7.1; 7.2; 6.2 и клапаны 7.5; 7.7 закрыты, отключена насосная система
ПТИ, К = 1. Если ,7.1; 7.2 открыты, К< 1);
— контроль сигнала от контрольной течи в режиме накопления
(а кт);
— нагружение объекта давлением контрольного газа;
— контроль суммарной негерметичности (определение а от утечки)
в режиме накопления;
— снижение давления контрольного газа до атмосферного;
— девакуумирование.
Чувствительность испытаний
ЯГ. ню мм3МПа
Чт С, с
Метод применяется для испытания крупногабаритных изделий в
камерах, объем которых измеряется сотнями кубических метров. Чув-
ствительность по гелию — до 1 «10 7 —м^Па-.
С
Суммарный поток Qs определяется методом сравнения с контроль-
ной течью по формуле (5.7).
5.3. ПОДГОТОВКА ИЗДЕЛИЙ К ИСПЫТАНИЮ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ
Проверке на герметичность предшествуют прочностные гидравли-
ческие испытания, при которых изделие длительное время находится
в контакте с жидкостью. При этом жидкость проникает в имеющиеся
в узлах микродефекты и закупоривает их. Взаимодействие внутренней
поверхности микродефектов (неплотностей) с жидкими и газообраз-
ными средами происходит также под влиянием как физической, так
и химической адсорбции, в результате чего каналы неплотностей
полностью или частично перекрываются. Естественно, что для того
чтобы микродефекты не были пропущены при испытаниях на герме-
тичность, их необходимо предварительно раскрыть.
Наиболее распространенным методом удаления жидкости из мик-
ронеплотностей является сушка. В производстве рассматриваемых из-
делий для удаления влаги из микронеплотностей используются сле-
дующие методы сушки: конвективный, температурный, температур-
но-вакуумный, градиентный (бескамерный).
113
При конвективном методе сушку изделий производят путем про-
дувки через его внутреннюю полость горячего воздуха.
Под температурным методом понимают сушку в термокамере, тер-
мошкафу или в помещении цеха при естественных условиях.
Наиболее эффективна сушка при температурах выше температуры
кипения жидкости. Поэтому следует стремиться к максимальному
нагреву осушаемого изделия. Критерием для выбора максимальной
температуры нагрева служит термостойкость материалов, применяемых
в йзделии.
Конструкционные материалы типа алюминий-магниевые сплавы —
АМг-6'— под длительным влиянием высокой температуры становятся
склонными к коррозионному растрескиванию. Например, в АМг- 6,
нагартованном на 20—30%, коррозионное растрескивание проявля-
ется после нагрева до 100 °C с выдержкой более 24 ч. Поэтому при
сушке емкостей и других узлов температура допускается не выше
80 °C.
В элементах конструкции собранных изделий обычно имеется ряд
деталей, изготовленных из органических материалов: фторопласта,
полиэтилена, резины и т. п. В Длительных процессах при повышенных
температурах, начиная с t = 50°C, в таких деталях наблюдаются ко-
робление и усадка. Поэтому максимальная температура нагрева при
сушке подобных деталей ограничена значением t = 50 °C.
Если нельзя повышать температуру, то следует снизить давление
и выйти на режим кипения жидкости при допустимой температуре
сушки. Метод температурной сушки при пониженном давлении назы-
вается температурно-вакуумным.
По способу вакуумирования различают две разновидности темпе-
ратурно-вакуумной сушки:
— метод общего вакуумирования;
— метод непосредственного (одностороннего) вакуумирования.
В первом из методов осушаемое изделие помещают в вакуумную
камеру и подвергают общему вакуумированию, во втором — откачную
систему подстыковывают непосредственно к осушаемому изделию, при
этом вакуумируется только его внутренний объем. Следует отметить,
что по сравнению с общим вакуумированием вариант непосредственной
откачки имеет ряд существенных достоинств:
— более экономичен (не нужна вакуумная камера);
— обеспечивает меньшую продолжительность сушки;
— требует меньше производственной площади;
— оснащен простым оборудованием.
Однако применение этого варианта откачки возможно только для
узлов изделий, допускающих по запасу устойчивости оболочек кон-
струкции перепад между внешним и внутренним давлением больше
0,1 МПа.
Отстаточное давление в сушильной камере и изделии должно быть
несколько ниже давления насыщенных паров испаряемой жидкости
при температуре сушки. Для воды при t = 20 °C — Рост < 17 мм рт.
ст., при t = 50 °C — Рост < 92 мм рт. ст., при t = 60 °C — Рост < 149 мм
рг. ст. (при отсутствии облитерации).
114
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Градиентная сушка основана на зависимости поверхностного натя-
жения жидкости от температуры.
Для сушки изделие помещают на подставку с роликовыми ложе-
ментами и медленно вращают при помощи специального электропри-
вода. Наружную поверхность изделия с одной стороны обогревают
кварцевыми лампами с параболическими отражателями, а внутрен-
нюю — охлаждают продувкой сухим воздухом. При этом по толщине
материала, а следовательно, и по длине капилляра с поршеньком
жидкости создается градиент температуры, за счет которого нарушается
равновесие сил поверхностного натяжения, поршенек жидкости про-
талкивается к поверхности материала и испаряется.
5.4. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ
Создание высокочувствительных методов и средств контроля по-
зволило конкретизировать задачу повышения герметичности изделий.
Выявлена необходимость повышения герметичности основных конст-
рукционных материалов, их сварных соединений, монтажных стыков
элементов пневмогидравлических систем, а также целесообразность
применения специальных герметиков.
5.4.1. Повышение герметичности основных
конструкционных материалов
При изготовлении элементов конструкции 47невмогидравлической
системы применяются металлургические полуфабрикаты: листы, плиты,
профили, штамповки, поковки, трубы в основном из стали АМГ-6 и
Х18Н10Т. Обычно эти полуфабрикаты поставляются на машинострои-
тельные заводы по общим отраслевым стандартам или техническим
условиям, действующим в авиационной и чёрной металлургии. Практика
показала, что такие металлургические полуфабрикаты не отвечают
повышенным требованиям по герметичности, они должны изготовляться
из металла со значительно уменьшенным содержанием неметаллических
включений и растворенного газа, т. е. из рафинированного металла.
В настоящее время полуфабрикаты из алюминиево-магниевых спла-
вов делаются из металла, прошедшего фильтрацию через стеклосетки
для извлечения находящихся в жидком металле во взвешенном со-
стоянии неметаллических включений и вакуумирование в вакуумных
миксерах.
В процессе плавки в вакууме (расплавление, выдерживание, ох-
лаждение) из жидкого металла удаляются ранее растворенные газы.
В связи с отсутствием в металле кислорода и молекул воды окислы
не образуются. Дополнительное удаление водорода производится путем
продувки расплавленного металла аргоном. Водород проникает внутрь
пузырьков аргона и увлекается им. При этом содержание растворенногд
водорода в жидком металле доводится до величины, меньшей 0,4 см
на 100 г жидкого металла.
115
Для более полного удаления растворенных в алюминии примесей
иногда применяют электролитическое рафинирование, при котором
загрязненный алюминий служит анодом и подвергается растворению,
а чистый алюминий выступает катодом.
Поставляемые металлургические полуфабрикаты из нержавеющей
стали Х18Н10Т проходят вакуумно-дуговой переплав (ВДП), а иногда
и двойной вакуумно-дуговой переплав (2ВДП) или электрошлаковый
переплав (ЭШП).
Важнейшим фактором, обеспечивающим улучшение качества при-
меняемых металлов, явилось введение на металлургических и маши-
ностроительных заводах неразрушающих автоматических ультразву-
ковых методов контроля качества металла.
5.4.2. Повышение герметичности сварных соединений
Сварка является одним из основных технологических процессов в
машиностроении.
Протяженность швов в некоторых изделиях составляет сотни по-
гонных метров. Одним из определяющих условий герметизации изде-
лий является получение стабильно герметичных сварных соединений
в конструкции. Эта задача решается путем перевода сварки кольцевых,
продольных и других прямолинейных и криволинейных швов в лис-
товых конструкциях ПГС с ручной на автоматическую аргонно-дуговую
сварку. В настоящее время на некоторых предприятиях объем авто-
матических методов сварки составляет 98—99%.
На повышение степени герметичности сварных швов направлена
также специальная обработка присадочной проволоки. В целях уда-
ления водорода и окислов с поверхности и снижения адсорбирующего
эффекта присадочная проволока электрополируется и отжигается в
вакууме. Кроме того, производится тщательный входной контроль
качества защитных газов.
До последнего времени сварка стыков поперечного силового набора
из специальных прессованных профилей выполнялась ручной много-
слойной сваркой, что вызывало появление негерметичности по этим
соединениям.
Институтом электросварки им. Е. О. Патона создана конструкция,
изготовлены и внедрены в промышленное серийное производство спе-
циальные автоматические контактные стыко-сварочные машины, вы-
полняющие стыковочные швы высокого качества, чем обеспечивается
герметичность соединения.
В плане дальнейшего повышения качества сварных соединений в
настоящее время создаются установки и внедряется в серийное про-
изводство электронно-лучевая сварка алюминиевых сплавов больших
толщин. {
Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) — способ сварки плавлением,
основанный на использовании кинетической энергии электронов, дви-
жущихся с большой скоростью в вакууме. Пучок электронов, эмити-
рованный раскаленным катодом, ускоряется в вакууме напряжением
116
— www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
до 100 кВт и более. При этом скорость электронов может достигать
162 000 км/с. Кинетическая энергия электронов при торможении на
поверхности металла (анода) превращается в тепловую, которая рас-
ходуется на плавление свариваемых кромок.
Важнейшей особенностью пучка электронов, используемого в ка-
честве источника нагрева i является то, что он сосредоточен на весьма
малом пятне, диаметр которого может изменяться от 0,05 до 5 мм с
плотностью энергии 10 ...10 Вт/см . Такая концентрация энергии
достигается при специальной фокусировке луча в сварочных элект-
ронных пушках и делает возможной сварку с соотношением глубины
и ширины проплавления до 20:1 и более.
К преимуществам ЭЛС следует отнести: высокие значения эффек-
тивного (0,85...0,95) и термического (0,35...0,485) КПД; высокую про-
изводительность; незначительную зону термического воздействия; вы-
сокую чистоту атмосферы; незначительный расход электроэнергии
(табл. 6).
Недостаток ЭЛС — высокая стоимость оборудования и его сложность.
5.4.3. Повышение герметичности монтажных стыков
В пневмогидравлических системах изделий машиностроения при-
меняется большое количество различных трубопроводов.. При этом по
конструктивным причинам материал трубопроводов может быть раз-
личным. Как правило, эти трубопроводы соединяют в условиях сборки
изделий с помощью разъемных соединений.
Обеспечить длительную и надежную герметичность разъемных
соединений, отвечающих вышеприведенным требованиям, очень
сложно. Обычно фланцевые соединения (рис. 5.13) уплотняются с
помощью прокладок (фторопластовых, металлических и др.). Уплот-
нение достигается благодаря использованию упругих свойств уплот-
нительных материалов, которые все время находятся под напряже-
нием за счет усилий затяжки соединения. С течением времени
внутренние напряжения в уплотнительных материалах снижаются
из-за релаксации напряжений по объему уплотнительных прокладок.
Снижению усилий уплотнения способствуют также пластические де-
формации материала стальных болтов и резьбовых соединений. В
результате вышеуказанных про-
цессов происходит потеря герме-
тичности соединения.
Наиболее результативным спо-
собом повышения герметичности
монтажных стыков является пере-
ход от разъемных к неразъемным
соединениям, выполняемым авто-
матической аргонно-дуговой свар-
кой. Для решения этой задачи со-
здана гамма специализированных
навесных сварочных автоматов,
Рис. 5.13. Типовые фланцевые соедине-
ния
117
Рис. 5.14. Сварочный автомат для сварки неповоротных стыков трубопроводов: 1 —
сварочная горелка; 2 — токогазопровод; 3 — следящий ролик; 4 — подвижная скоба;
5 — пружина; 6 — зажим; 7 — корпус; 8 — шестерня ротора; 9 — шестерня редуктора;
10 — электродвигатель
Рис. 5.16. Схема соединения трубопровода
с использованием биметаллического пере-
ходника: 1 — труба из X18HI0T; 2 —
переходник; 3 — труба из АМг-6
Рис. 5.15. Конструкция стыкового сое-
динения (Х18Н10Т): 1 — трубопровод;
2 — наконечник; 3 — направляющий
бурт для навесной головки; 4 — монтаж-
ный стык; 5 — втулка
позволяющих в условиях монтажа вести автоматическую сварку не-
поворотных стыков трубопроводов, соответственно изменена конструк-
ция монтажных стыков и уточнена компоновка трубопроводов пнев-
могидравлической системы для обеспечения доступа к свариваемым
стыкам.
На рис. 5.14, 5.15 показаны общий вид навесного сварочного ав-
томата и вариант конструкции стыка трубопроводов для автоматиче-
ской сварки неплавящимся электродом в монтажных условиях.
Сварочный автомат устанавливается на один из стыкуемых нако-
нечников. Аргонно-дуговая автоматическая сварка осуществляется по-
118
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
воротом сварочной горелки вокруг стыка. Для лучшего формирования
шва при различных пространственных положениях головки сварка
выполняется в импульсном режиме. Таким способом свариваются стыки
из однородных материалов Х18Н10Т+Х18Н10Т, АМг-б+АМг-6. В ус-
ловиях общей сборки возникает необходимость сварки трубопроводов
из разнородных материалов, в том числе из Х18Н10Т+ АМг-6.
При сварке плавлением стали с алюминием ввиду высокой темпе-
ратуры сварочной ванны в шве интенсивно образуются интерметал-
лиды. Соединение в этом случае осуществляется через пнтерметал-
лидный слой значительной толщины и, как правило, является нера-
ботоспособным.
Применение специальных технологических мер, таких как алити-
рование кратковременным окунанием стали в расплавленный алюми-
ний, позволяет уменьшить зону диффузии при последующем процессе
сварки плавлением, но не гарантирует получения стабильного соеди-
нения высокого качества. Поэтому такой метод соединения разнород-
ных металлов не получил применения в изделиях. Более надежной
является сварка разнородных материалов в твердой фазе.
Использование более низких температур в зоне контакта соединя-
емых материалов, чем при сварке плавлением, Позволяет значительно
уменьшить количество хрупких фаз в соединении или полностью
избежать их. Следовательно, вопрос получения неразъемного соеди-
нения трубопроводов из разнородных металлов сводится к получению
биметаллического переходника из этих же металлов, сваренных в
твердой фазе, с последующей приваркой их соответственно к трубоп-
роводам из Х18Н10Т и АМг-6 аргонно-дуговой сваркой (рис. 5.16).
Переходники изготавливаются из заготовок, получаемых сваркой
разнородных материалов трением, диффузионной сваркой или штам-
повкой из биметаллических плит, производимых промышленностью
прокаткой, прессованием, волочением или другими способами.
5.4.4. Применение специальных герметиков
Для обеспечения герметичности конструкции используют также
анаэробные герметики. Их наносят обычно на внешнюю поверхность
изделий. Анаэробные герметики обладают свойством отталкивать влагу •
и препятствовать проникновению кислорода, а также они способны
заполнять микропоры и застывать в них (кристаллизоваться).
Анаэробные герметики типа Унигерм, Анатерм представляют со-
бой многокомпонентные жидкие системы. Они содержат полимери-
зационно способное соединение — синтетическую смолу, инициатор,
ингибитор, .ускоритель, краситель, а также модифицирующие добав-
ки: пластификатор, загуститель и др. Отвержденный полимерный
слой устойчив к воздействию механических нагрузок, высоких и
низких температур (от —150°C до +150 °C), некоторые марки
кратковременно выдерживают до + 300 °C. Герметики нерастворимы
в воде, маслах, органических растворителях, бензине, керосине, ряде
кислот.
119
ГЛАВА .6
ОБЩАЯ СБОРКА
6.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЩЕЙ СБОРКИ
Общая сборка представляет собой заключительный этап изготов-
ления ракеты. Объем работ при этом включает: монтажные работы в
отсеках и агрегатах, ориентирование их между собой и стыковку,
соединение всех функциональных цепей, монтаж деталей и сборочных
единиц, входящих непосредственно в общую сборку.
Технологический процесс сборки начинают с операций входного
контроля и комплектации. Детали, узлы, отсеки и агрегаты должны
соответствовать по форме, размерам и допускам, чертежам, техниче-
ским требованиям и требованиям нормативно-технической докумен-
тации: ГОСТам, ОСТам и т. п. Сопроводительная документация дол-
жна свидетельствовать о том, что работы по изготовлению, сборке,
регулировке и т. п. выполнены в полном соответствии с технологиче-
ской документацией. При этом входной контроль может включать в
себя не только внешний осмотр сборочных единиц и элементов кон-
струкции, проверку сопроводительной и контрольной документации,
но и контроль геометрических и функциональных параметров, про-
верку работоспособности механизмов, приборов, систем и др.
Сборку начинают с монтажа оборудования, приборов, механизмов,
коммуникаций в отсеках и агрегатах. Стыковка сопровождается также
монтажными работами.
Ракету собирают по ступеням на соответствующих линиях сборки.
Для перемещения агрегатов через позиции сборки используют те-
лежки-подставки, систему рельсовых путей, подъемно-транспортные
средства. В дальнейшем будет рассматриваться сборка двухступен-
чатой ракеты. Первая ступень состоит из баков окислителя и го-
рючего, двигательной установки; приборного и хвостовых отсеков,
переходника, органов управления ориентации векторов тяги двига-
тельной установки: рулевых машинок, систем гидроприводов и др.
Вторая ступень отличается от первой топливным отсеком с совме-
щенными баками.
После окончания сборочно-монтажных работ каждая ступень под-
вергается взвешиванию, контролю положения центра масс и выходных
геометрических параметров, комплексу испытаний на функциониро-
вание систем и герметичность. Стыковка ступеней сопровождается
дополнительными монтажными, работами и заканчивается горизон-
тальными комплексными испытаниями ракеты в сборе.
Технические условия общей сборки содержат требования строгого
руководства чертежами, технологическими процессами, инструкциями
120
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
и другой нормативно-технической документацией, контроля за отсут-
ствием механических повреждений и загрязнений элементов конст-
рукции и сборочных единиц, аттестации оборудования, технологиче-
ской оснастки, грузоподъемных средств, использования исполнителями
соответствующей спецодежды и др. Как правило, запрещается выпол-
нять на сборочных рабочих местах какие-либо ремонтно-подгоночные,
сверлильные, опиловочные и другие работы.
По технике безопасности и охране труда при сборке должны вы-
полняться следующие основные требования:
— безупречно знать технологический процесс;
— не приступать к работе без получения инструктажа от лица,
выдающего задания на выполнение работ;
— перед началом работ убедиться в исправности инструмента,
оснастки, подъемно-транспортных средств, в сроках их годности;
— перед подъемом и транспортировкой сборочных единиц тщательно
проверить надежность крепления подъемно-транспортных средств;
— работы с баллонами высокого давления, системой сжатого воз-
духа, токонесущими приспособлениями и. оборудованием и другими
средствами повышенной опасности выполнять в строгом соответствии
с правилами и инструкциями по технике безопасности;
— работы проводить под наблюдением ответственного лица из
числа инженерно-технических работников.
6.2. ОРГАНИЗАЦИЯ ОБЩЕЙ СБОРКИ
6.2.1. Организация цеха общей сборки
В связи с большим значением качественного выполнения технологии
сборочных работ к помещению цеха предъявляются особые требования,
основные из них:
— цех должен быть хорошо освещен, окна, световые проемы дол-
жны быть герметичными;
— цех должен иметь тамбур для очистки от пыли и загрязнений как
поступающих на сборку узлов, агрегатов, их укупорки, так и транспор-
тных средств (автотранспорта, железнодоржных платформ и т. п.);
— перекрытия кровли, стены, ограждающие конструкции, не дол-
жны способствовать концентрации пыли и грязи;
— стены и потолок должны быть окрашены высококачественными
эмалями;
— полы должны быть беспыльными, по возможности бесшовными,
влагонепоглощающими;
— в цехе должны круглосуточно поддерживаться постоянные тем-
пература, как правило 25 ± 10 °C, и влажность. Влажность воздуха
должна определяться требованиями технических условий на узлы,
приборы и изделие в целом и может находиться в существенно раз-
личных диапазонах, например 65 ± 15%; до 45% и т. д.;
— высота цеха должна обеспечивать перемещения краном отсеков
121
и ступеней и проектироваться из расчета трех диаметров отсеков,
высоты транспортных тележек, длины троса мостового крана;
— производственная площадь цеха должна обеспечивать необхо-
димую организацию работ в соответствии с техпроцессами сборки и
испытаний с учетом обеспечения минимальных по циклу транспорти-
ровочных перемещений;
— рельсовые пути не должны выступать над поверхностью пола,
коммуникации, подводящие к рабочим местам сжатый воздух, гелий
и др., должны быть смонтированы в специальных крытых траншеях.
При выполнении монтажно-стыковочных работ отсеки, агрегаты
размещают, как правило, в горизонтальном положении на тележках
и стендах. На комплектовочных участках приборные, хвостовые, пе-
реходные отсеки, двигательные установки хранятся на подставках в
вертикальном положении для предотвращения деформации под дей-
ствием собственной массы.
Каждый сборочный и испытательный участок должен быть оборудован
необходимыми коммуникациями, выведенными на пульты управления.
6.2.2. Организация работ
На предприятиях отрасти наибольшее распространение получили
бригадная и операционная организационные формы работ.
При бригадной форме весь комплекс технологических операций
сборки выполняется от начала до конца одной бригадой рабочих.
Разделение труда между членами бригады неустойчиво, от рабочих
требуется высокая квалификация, универсализм, т. к. они выполняют
разнообразные по технологическим характеристикам работы, используя
при этом разнотипное оборудование и инструмент. Бригада состоит в
основном из высококвалифицированных специалистов, и все члены
бригады в равной степени ответственны за результаты своей работы.
Качество сборки обеспечивается достаточно высокое. Бригадная форма
сборки нашла широкое применение в мелкосерийном производстве.
Операционная форма более эффективна в условиях серийного про-
изводства. Она предполагает выполнение рабочими определенных, за-
крепленных за ними операций технологического процесса. При опе-
рационной форме широко используется специализация рабочих, воз-
растают возможности применения средств механизации и
автоматизации для выполнения операций технологического процесса,
значительно расширяются возможности привлечения большого числа
рабочих для одновременной работы.
Сборка может быть подвижная и неподвижная (стапельная). При
подвижной сборке отсеки перемещают от одного рабочего места к
другому в соответствии с технологической последовательностью.
Сменное задание выдается мастерам и бригадирам. На рабочие
места подаются отсеки или ступени, поставляются комплектующие
детали, узлы, кабели, приборы и т. п. в зависимости от вида работ.
Организационной доставкой комплектующих элементов занимается
мастер или его помощник.
Сборщик знакомится с технологической документацией, получает
122
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
в кладовой комплект инструмента. Каждая выполненная операция
сопровождается трехступенчатым контролем качества работ: мастером,
представителями ОТК и заказчика. Каждый из них своей росписью
в сопроводительной карте удостоверяет качество выполненной сбороч-
ной операции. За каждым производственным участком закреплен тех-
нолог цехового техсектора, в обязанности которого входит оказание
технологической помощи и контроль за выполнением технологического
процесса сборки.
6.3. СБОРОЧНО-МОНТАЖНЫЕ РАБОТЫ
Перед выполнением работ в приборном отсеке его осматривают на
отсутствие механических повреждений, посторонних предметов, за-
грязнений, а также на соответствие сопроводительной документации
и устанавливают в сборочное положение на монтажные тележки.
Установка осуществляется мостовым краном с помощью кантовочного
приспособления (рис. 6.1).
Рис. 6.1. Схема крепления кантовочного приспособления на приборном отсеке: 1 —
траверса; 2 — подвеска; 3 — рымболт; 4 — тяга; 5 — обшивка; 6 — спецболт с гайкой;
7, 9 — торцевые шпангоуты; 8 — винт тяги
123
Кронштейны и держатели трубопроводов, шаробаллонов, элементов
автоматики, приборов, кабелей крепят к деталям силового набора
винтами, заклепками или с помощью сварки. Кабели, поступающие
на сборку, проверяют на отсутствие повреждения изоляции, исправ-
ность штепсельных разъемов, контролируют омическое сопротивление.
При монтаже внутренние радиусы изгибов кабелей не должны быть
меньше радиусов, оговоренных в требованиях конструкторской доку-
ментации для каждого конкретного кабеля, во избежание образования
локальных деформаций, которые могут привести к появлению так
называемых «мерцающих» контактов или к разрушению токоведущих
жил. Выполнение требований по величине внутренних радиусов из-
гибов обеспечивается специальными технологическими приспособле-
ниями. Избыточная длина кабелей, возникающая за счет допусков на
изготовление, не должна превышать величины, указанной в конст-
рукторской документации и обеспечивающей возможность стыковки с
ответными разъемами и исключающей образованию петель.
В соответствии с чертежами кабели прокладываются внутри узла
и крепятся к неподвижным элементам конструкции поливинилхло-
ридной лентой с последующим её удалением при окончательном мон-
таже. Во время прокладки обеспечивается подстыковка кабелей к
приборам и датчикам без натягов и перегибов. Кабели окончательно
закрепляются в держателях.
При окончательном монтаже кабелей не допускается: переплете-
ние и скручивание кабелей, касание кабелей к подвижным частям
конструкции, натяжение кабелей и свободное их перемещение в
местах крепления. Для предотвращения повреждения кабелей при
их касании с острыми углами, ребрами, кромками элементов кон-
струкции на эти элементы конструкции устанавливаются прокладки,
бандажи и т. п.
В процессе крепления кабелей в металлических держателях между
кабелями и держателями устанавливаются электроизоляционные про-
кладки. После окончательного закрепления кабелей предварительные
бандажи и подвязки заменяются товарными бандажами, которые фор-
мируются из полихлорвиниловой ленты, капроновых или других ниток.
Бандажи покрываются лаком. Приборы, датчики, элементы автоматики
и другое оборудование устанавливаются на подготовленные кронштей-
ны и держатели.
Перед стыковкой штепсельных разъемов к приборам и датчикам с
разъемов на кабелях и приборах удаляются технологические заглушки
и по счету сдаются на склад.
Контакты разъемов осматриваются на отсутствие повреждений, и
проверяется соответствие маркировки разъемов на кабелях и приборах.
Хлопчатобумажной салфеткой удаляется консервационная смазка с
резьб, и наносится новая смазка.
Смазка наносится на резьбовые части штепсельных разъемов тремя
или четырьмя полосками поперек резьбы на величину резьбовых ка-
навок. Попадание смазки на контакты и во внутренние полости разъ-
емов не допускается. Контактные поля соединений очищаются пыле-
сосом с диэлектрическим наконечником.
124
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Штепсельные разъемы предварительно состыковываются с разъема-
ми приборов, гайка разъема должна навертываться от руки с легким
её покачиванием. Применение ключей для разъемов простой конст-
рукции при навертывании гайки запрещается. Для разъемов сложной
конструкции при стыковке и расстыковке используются специальные
технологические приспособления. Все разъемы расстыковываются и
проверяются на отсутствие стружки в резьбах и повреждений в кон-
тактах. Смазка удаляется. Резьбы и контакты разъемов очищаются
пылесосом. Производится прозвонка кабелей. Наносится новая экс-
плуатационная смазка на наружную резьбу штепсельных разъемов с
выполнением требований при смазке.
Выступающие контакты разъемов обезжириваются кисточкой, смо-
ченной в спирте, а гнездовые контакты — хлопчатобумажной салфет-
кой, смоченной в спирте и хорошо отжатой. Гнездовые контакты при
обезжиривании располагаются гнездами вниз для предотвращения по-
падания спирта внутрь гнезд. Изменение порядка обезжиривания за-
прещается. Обезжиренные разъемы состыковываются с приборами и
датчиками в соответствии с их маркировкой.
Монтаж шаробаллонов, приборов, аппаратуры осуществляют, как
правило, по сборочным отверстиям, имеющимся на предварительно
установленных и выверенных кронштейнах и платах.
После завершения всех монтажных работ осматривают установлен-
ное оборудование, приборы, кабели на отсутствие повреждений и
загрязнений. Отсек очищается пылесосом.
В хвостовы;: отсеках наряду с аналогичными работами, выполня-
емыми в приборных отсеках, монтируют тяги, рычаги, рулевые уст-
ройства, потенциометры. Производится прозвонка кабелей и испытания
приводов или системы гидроприводов.
Перед монтажом трубопроводов проверяют наличие пломб на
заглушках. Заглушки снимают непосредственно перед подсоединени-
ем трубопроводов к узлам и агрегатам. Заглушки учитываются и
подлежат сдаче на склад. Трубопроводы осматривают на отсутствие
повреждений и посторонних предметов и продувают чистым сжатым
воздухом при определенном давлении, оговоренном в конструкторской
документации. Монтаж трубопроводов осуществляется в соответствии
с требованиями конструкторской и последовательностью технологи-
ческой документации.
Трубопроводы, имеющие механические повреждения рабочих по-
верхностей и нарушения покрытий, к монтажу не допускаются. Внут-
ренние полости и уплотнительные поверхности трубопроводов перед
монтажом обезжириваются. Уплотнительные поверхности, резьбы и
контровочные отверстия деталей соединения трубопроводов во всех
случаях, кроме оговоренных в конструкторской документации, сма-
зываются тонким слоем ^еМазки. Попадание смазки во внутренние
полости трубопроводов не допускается.
Трубопроводы прокладываются по своим трассам и предварительно
закрепляются в держателях. Производится предварительная стыковка
одного из концов трубопровода с ответным элементом конструкции.
Второй конец проверяется на стыкуемость со своим ответным элемен-
125
том, контролируется несоосность посадочных поверхностей, перекос
фланцев и зазор между фланцами. Контролируемые монтажные не-
точности должны находиться в пределах допустимых значений, ого-
воренных в конструкторской документации. Устранение монтажных
неточностей, значения которых не превышают допустимые, осущест-
вляется технологическими приспособлениями.
Если монтажные неточности превышают допустимые значения,
производится подгонка отдельных трубопроводов по «месту», что дол-
жно быть оговорено в технической документации. При подгонке по
месту обеспечиваются условия, исключающие попадание посторонних
предметов, стружки, пыли во внутреннюю полость трубопровода и
ответные узлы и системы. Перед каждым подсоединением подгоняемого
конца трубопровода к ответному элементу трубопровод протирается
и обезжиривается.
Если технологической документацией подгонка по месту не допу-
скается, то трубопровод с сопроводительной документацией, в которой
указаны величины монтажных неточностей, направляется в цех-изго-
товитель трубопроводов. После подгибки трубопровод проливается,
испытывается на прочность и герметичность и возвращается в сбороч-
ный цех.
Допускается подгибка трубопроводов с ниппельными соединениями
в пределах упругой деформации с наружным диаметром до 10 мм не
более 10% от длины трубопровода, для диаметров от 10 до 20 мм —
не более 5%, для диаметров свыше 10 мм подгибка не допускается.
Соединение трубопроводов с ответными частями конструкции осу-
ществляется двумя способами: сваркой — при сварном варианте кон-
струкции; или затяжкой резьбовых соединений — при разъемном
варианте конструкции, с помощью накидных гаек или фланцевых
элементов трубопроводов.
Перед сваркой, кроме очистки трубопровода от механических частий
и обезжиривания, осуществляется химическая обработка свариваемых
деталей. Сварка производится с помощью технологических приспособ-
лений в автоматическом режиме, как правило, при горизонтальном
расположении продольной оси свариваемых ответных частей в соот-
ветствии с требованиями конструкторской документации и последова-
тельности, оговоренной в технологическом процессе.
Затяжка резьбовых соединений также осуществляется согласно тех-
нической документации. Различают два вида затяжки: нерегламенти-
рованную и регламентированную.
Нерегламентированная затяжка выполняется при отсутствии тре-
бований конструкторской документации к усилию затяжки.
Регламентированная затяжка производится с усилием, оговоренным
в конструкторской документации: моментом, количеством граней от
положения «до упора» и т. п.
Предварительная затяжка резьбового соединения с последующей
(иногда через несколько суток) окончательной моментной затяжкой
осуществляется в наиболее ответственных разъемных соединениях.
При затяжке соединений с накидной гайкой необходимо пользоваться
двумя ключами, один из которых устанавливается на неподвижную
126
www.vokb-Ia.spb.ru - Самолёт своими руками?!
гаечную головку штуцера, второй — на накидную гайку; соединения
с лысками затягиваются тремя ключами, два из которых устанавли-
ваются на гайки, третий — на лыску штуцера. Завинчивание накидной
гайки до упора производят вручную до отсутствия ее осевых переме-
щений и качаний. На одноименных гранях наносят риски красной
краской, обозначающие положение «до упора», после затяжки на
указанное число граней стыки расстыковывают и осматривают на
отсутствие механических повреждений на уплотнительных поверхно-
стях и резьбах. Детали с образовавшимися механическими поврежде-
ниями к дальнейшей сборке не допускаются. Перед окончательной
сборкой стыки должны быть повторно очищены, обезжирены и смазаны
тонким споем смазки, ести применение смазки оговорено в конструк-
торской документации. Попадание смазки во внутренние полости тру-
бопроводов и клапанов, а также в контрольные отверстия накидных
гаек не допускается.
Шпильки устанавливаются шпильковертом или при помощи уни-
версального приспособления.
Затяжку многоболтовых соединений производят поочередно методом
крестообразной подтяжки в диаметрально противоположных местах с
последующей подтяжкой вкруговую и контролем затяжки.
Запрещается при затяжке пользоваться неисправным инструментом,
применять прокладки между губками ключа и гранями гаек, болта,
а также удлинители плеча стандартных ключей.
Не допускаются к монтажу крепежные детали с механическими
повреждениями, повреждениями антикоррозионных покрытий и с за-
грязнениями. Окончательную затяжку соедйнсний и контроль затяжки
осуществляют в соответствии с требованиями конструкторской доку-
ментации.
Окончательное крепление трубопроводов в держателях выполняют,
как правило, при сборке ступени. Все соединения трубопроводов плом-
бируются.
6.4. СБОРКА И СТЫКОВКА СТУПЕНЕЙ РАКЕТЫ
Сборка ступеней включает установку магистрального трубопрово-
да, стыковку приборных и переходных отсеков к бакам, стыковку
двигательных установок и хвостовых отсеков, монтажные и покрасоч-
ные работы и испытания на герметичность.
Магистральный трубопровод осматривают на предмет отсутствия
механических повреждений и устанавливают на тележки для монтажа
(рис. 6.2). Бандажи (рис. 6.2, поз. 3) наматывают из стеклопластиковой
ленты до необходимого диаметра, обеспечивающего плотную посадку
магистрального трубопровода в тоннельном трубопроводе бака горю-
чего. Намотка спиральная типа «кокон». Внутреннюю полость трубоп-
ровода обезжиривают с помощью специального приспособления. Силь-
фон (рис. 6.2, поз. 2) протирают салфеткой, смоченной спиртом. На
фланцы коллектора (рис. 6.2, поз. 5) устанавливают технологические
заглушки, на сильфон и коллектор надевают предохранительные бре-
127
Рис. 6.2. Схема установки магистрального трубопровода: 1 — бак горючего; 2 —
сильфон; 3 — бандаж; 4 — магистральный трубопровод; 5 — коллектор; 6 — подстав-
ка-тележка; 7 — ложементная тележка
зентовые чехлы. Трубопровод вводят в бак, совмещая метки плоскостей
стабилизации, и закрепляют технологическими болтами.
Перед стыковкой отсеки совмещают по отметкам плоскостей ста-
билизации путем вращения их на стыковочных тележках. Точное
совмещение привалочных поверхностей обеспечивается направляющи-
ми штырями. В первую очередь ставят «чистовые» болты (без зазора),
далее — остальные. Перед установкой гаек на резьбовую часть болтов
наносят смазку. Затягивают гайки предельными моментными ключами
попарно, чередуя затяжку гаек в диаметрально противоположных на-
правлениях. Привалочные поверхности отсеков должны плотно при-
легать друг к другу. Неполное прилегание и уступы между контурами
отсеков не должны превышать величин, оговоренных в конструкторской
документации.
Двигательная установка (ДУ) поставляется на стыковку с транс-
портировочным кольцом (рис. 6.3, поз. 5), которое дополнительно
фиксирует положение опорных пят рамы, и кантовочным кольцом.
После размещения ДУ на стыковочной тележке кантовочное кольцо
снимают. Совмещая метки плоскостей стабилизации, ДУ стыкуют к
баку по направляющим штырям и крепят технологическими болтами.
Демонтируют транспортировочное кольцо и технологические болты
заменяют товарными. Зазор между опорными пятами ДУ и торцом
шпангоута бака не должен превышать величин, оговоренных в кон-
структорской документации. После стыковки и закрепления ДУ про-
изводится монтаж топливных трубопроводов. При подготовке к мон-
тажу трубопроводы обезжиривают, на прокладки и торцы фланцев
наносят смазку, если смазка разрешена конструкторской документа-
цией. Прокладки, плоские и цилиндрические поверхности обезжири-
вают путем протирки салфетками, смоченными в спирте, клапаны —
путем полоскания в спирте. В гофры сильфона заливают спирт и
вращают компенсатор вокруг продольной оси. Трубопроводы малого
128
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками
диаметра прополаскивают в спирте с последующей продувкой систем
сжатым воздухом.
При монтаже допускается касание трубопроводов кабелей, если в
местах касания нет острых кромок. Зазор между трубопроводами и
Рис. 6.3- Схема стыковки двигательной установки: 1 — траверса; 2 — двигатель
кантователя; 3 — подвеска траверсы; 4 — подвеска кантователя; 5 — стыковочно-
транспортировочное кольцо; 6 — опорные пяты двигателя; 7 — подьемно-кашовочное
кольцо; 8 — болты, крепящие двигательную установку к кантовочиому кольцу; 9 —
болты, крепящие транспортировочное кольцо к двигательной установке; 10 — техно-
огический болт
5*/2 2—240
129
Рис. 6.4. Схема сборки ниппельного со-
единения: 1 — штуцер трубопровода; 2 —
накидная гайка; 3 — ниппель ответного
трубопровода; 4 — контровочное отвер-
ст ис
бопроводов — до 6 мм, фланцев
элементами конструкции не допу-
скается менее 5 мм, а в желобе —
менее 7 мм. Перекос допускается:
для магистральных трубопроводов
не более 10 мм между крайними
кромками фланцев, трубопроводов
рулевых двигателей — до 7 мм.
заправочных — до 4 мм, сильфо-
нов расходных и заправочных тру-
в плоскопрокладочных соединени-
ях — не болес'0,7 мм. Минималь-
ный зазор между гофрами при
сжатии сильфона должен быть не менее величины, указанной в кон-
структорской документации.
Сборку ниппельных соединений трубопроводов выполняют в опре-
деленном порядке (рис. 6.4). Трубопроводы предварительно закрепляют
в прижимах держателей, стыки протирают, обезжиривают и смазывают,
стыкуют трубопровод со сферой ниппеля и навертывают гайку от руки
до отсутствия люфта и качаний. Аналогично собирают противоположный
стык трубопровода. На гайки соединения красной эмалью наносят про-
дольные риски. Стыки затягивают на указанное число граней, разбирают
и проверяют на отсутствие механических повреждений. Повторно соби-
рают соединения, гайки навертывают до совмещения рисок и затягивают
поворотом на указанное число граней. Трубопроводы окончательно за-
крепляют в держателях.
Рис. 6.5. Схема сборки штуцерно-тор-
цевого соединения: 1 — штуцер; 2 —
прокладка; 3 — конический наконечник
трубопровода; 4 — накидная гайка; 5 —
прижимная втулка
Рис. 6.6. Схема сборки сферически флан-
цевого соединения: 1 — болт; 2 — гайка;
3 — прокладка. 4 — фланец патрубка; 5 —
сферический фланец трубопровода; 6 —
прижимное кольцо; 7 — сферическая шай-
ба, 8 — плоская шайба. 9 — размер, под-
лежащий контролю по перекосу фланцев
130
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Перед монтажом трубопроводы штуцерно-торцевых соединений
(рис. 6.5), применяемых в системе наддува, продувают сжатым воз-
духом с обеих сторон в течение 1—2 мин, стики смазывают. Уста-
навливают технологическую прокладку в посадочное место и навер-
тывают накидную гайку от руки до упора. Гайку затягивают на
\ казанное число граней. Затем стык разбирают, осматривают, прове-
ряют обжатие технологической прокладки, обеспечивающее герметич-
ность. Стык заново собирают с товарной прокладкой и пломбируют.
Фланцево-сферические стыки (рис. 6.6) также предварительно
собирают с технологической прокладкой. После затяжки соединение
разбирают и проверяют обжатие прокладки. Полное обжатие про-
кладки до контакта конической и сферической поверхностей фланцев
не допускается. Окончательно соединение собирают с товарной про-
кладкой.
После прокладки кабелей кабельные сети подвергают прозвонке.
Для этого кабели расстыковывают и подсоединяют штепсельные разъе-
мы (ШР) к технологическим кабелям стенда прозвонки. Окончательная
стыковка кабелей производится в соответствии с их маркировкой и
выполнением требований сборки.
В заключение ступени подвергают контролю на герметичность в
специальных боксах. После завершения монтажных работ и испытаний
в приборные и хвостовые отсеки устанавливают предохранительные
маты, изготовленные из стскломатериалов. Производится проверка
стыкусмости патрубков, заправочных горловин и электрических ко-
лодок с наземным оборудованием, технологическими имитаторами.
Ставят и пломбируют заглушки на патрубках, электрических колодках
и крышках.
Стыковка ступеней заключается в размещении их на тележках
соосно, стыковке привалочных поверхностей, установке технологиче-
ских болтов, замене их на пироболты с последующей затяжкой тари-
рованными ключами, стыковке к пироболтам ШР, подключение ка-
белей и закрытие стыка желобом.
При горизонтальной сборке и стыковке ступеней используются
роликовые монтажно-стыковочные тележки (рис. 6.7) и бандажи
(рис. 6.8). Монтажно-стыковочная тележка имеет электрический при-
вод для обеспечения вращения ступеней и изделия в целом вокруг
продольной оси, а также ручные приводы вертикального и горизон-
тального перемещения ложемента тележки. Горизонтальное переме-
щение тележки может происходить в направлении, перпендикулярном
продольной оси ступени.
Три степени свободы перемещения изделия на тележке использу-
ются при стыковке отсеков и ступеней. Вертикальное перемещение
ложемента осуществляется еще и при удалении тележки из-под из-
делия.
При монтажных и других работах на ступенях, если не требуется
их вращение вокруг продольной оси, применяются ложементные те-
лежки (рис. 6.9). Ложементные тележки нс обеспечивают горизон-
тального и вертикального перемещения изделия.
Тележки устанавливаются попарно по длине ступени и соединяются
3*/2 131
Рис. 6.7. Роликовая монтажио стыковочная тележка: 1 — рельсовые направляющие; 2 — привод вертикального перемещения; 3 —
направляющие вертикального перемещения; 4 — привод поперечного перемещения; 5 — направляющие поперечного перемещения;
6 роликовые опоры; 7 — привод вращения; 8 — ложемент; 9 — тормоз стояночный; 10 — колесная пара
Рис. 6.8. Ьандаж с наладкой: 1 — замок; 2 — съемный рымболт. 3 - шарниры. 4 бандаж; 5 — наладка; 6 — подкладка
www.vokb-la.spb.ru - Самолет своими руками.'!
Рис. 6.9. Ложемснтная монтажно-стыковочная тележка: 1 — рельсовые направляющие; 2 — ложемент; 3 — подкладка; 4 — стояночный
тормоз; 5 — колесная пара; 6 — рама
134
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
жесткой штангой в целях предотвращения их выкатывания из-под
ступени во время транспортировки.
Монтажные работы на боковой поверхности отсеков и ступеней
осуществляются с подставок стремянок, площадок. Стремянки, пло-
щадки и т. п. подводятся к боковой поверхности и устанавливаются
на стопорные устройства, предотвращающие откатывание стремянок
и т. п. от изделия во время выполнения монтажных работ.
Бандажи представляют собой разъемную конструкцию с двумя
шарнирами и замковым соединением. В бандаж вворачиваются рым-
болты, при помощи которых бандаж поднимается мостовым краном
и укладывается на боковую поверхности ступени, рымболты удаля-
ются.
Подвижные створки бандажа соединяются и крепятся между собой.
Наличие наладки позволяет переналаживать бандаж для его установки
на -изделия с разными диаметрами и с различной конфигурацией
выступающих элементов над наружной поверхностью изделия (желоба,
приборные контейнеры и т. п.).
Вторая разновидность бандажа состоит из трех сегментов, с шар-
ниром в верхней части и двумя замковыми соединениями в нижней
части под углом 120° от шарнира. Эта конструкция позволяет исполь-
зовать нижний сегмент бандажа в виде ложемента, лежащего на
застопоренных роликах тележки. Верхние сегменты устанавливаются
на боковую поверхность ступени, крепятся замковыми соединениями
с нижним сегментом, отпускаются стопорные устройства роликов те-
лежки, бандаж выполняет свои функции.
5+’/2
135
ГЛАВА 7
КОНТРОЛЬНО-ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ
7.1. КОНТРОЛЬ ВЫХОДНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ РАКЕТЫ
7.1.1. Контролируемые параметры.
Методы контроля
Выходными геометрическими параметрами (ВГП) называют раз-
меры и геометрические соотношения, полученные в результате окон-
чательной сборки и определяющие соответствующие тактико-техни-
ческие характеристики изделия, а также стыкусмость элементов кон-
струкции корпуса с приборами и агрегатами, наземно-пусковым
оборудованием.
В каждом отсеке, агрегате в процессе сборки возникают отклонения
в расположении базовых поверхностей разъемов и стыков. Суммарные
отклонения могут привести к существенным изменениям некоторых
геометрических параметров ракеты. На положение каждого агрегата,
отсека в собранной ракете оказывают влияние перекосы его торцевых
шпангоутов относительно продольной оси, закрутки торцевых конт-
ролируемых сечений (КС), радиальное смещение центров КС, допол-
нительные углы разворота в стыках и др. Поэтому заключительный
этап сборки включает проверку определяющих геометрических пара-
метров ракеты.
К основным контролируемым параметрам относят длину ракеты,
положение действительной продольной оси ракеты, закрутку торцевых
шпангоутов в КС, положение опор и плат гироприборов, отклонение
от заданного положения оси двигательной установки, а также распо
ложснис заправочных горловин, блоков электрических разъемов и др.
Контролируется также величина массы ракеты и положение центра
масс. Для крупногабаритных носителей его масса и положение центра
масс устанавливаются расчетным путем по измеренным значениям
массы и положения центра масс ступеней.
При проверке ВГП применяют как прямые, так и косвенные методы
контроля. Прямые методы предусматривают непосредственное опреде-
ление размера с помощью универсального или специального мери-
тельного инструмента, например линеек, рулеток, штангенциркулей,
скоб, калибров и т. п. Эти методы весьма трудоемки и не всегда
приемлемы. Косвенные методы контроля предусматривают использо-
вание точных оптических приборов: визирных зрительных труб, ни-
велиров, теодолитов, автоколлиматоров, квадрантов и т. п., а также
различных лазерных устройств. Оптические методы контроля вклю-
136
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
чают визирование, коллимацию, автоколлимацию, авторефлексию и
др. Лазерные методы основаны на создании опорного светового луча
и использовании его как базы отсчета.
Метод визирования основан на том принципе, что линия визиро-
вания зрительной трубы оптического прибора устанавливается в го-
ризонтальной плоскости и служит базой отсчета измерений. Для ви-
зирования используют обычно зрительные трубы и нивелиры.
Нивелир — зрительная труба, устанавливаемая горизонтально и
имеющая возможность вращаться вокруг вертикальной оси. Оптическая
ось совмещена с визирной осью трубы, которая отмечена сеткой нитей,
видимой в окуляр в наблюдаемом поле зрения. Нивелир позволяет
определить разность высот любых заданных точек путем измерения
каждой из них относительно горизонтальной плоскости, где находится
визирная ось зрительной трубы. Точность замера 0,05 мм.
Коллимационный метод позволяет измерить углы наклона контро-
лируемой поверхности (КП) относительно горизонтальной и верти-
кальной плоскостей, а также определить величину смещения КП по
вертикали от заданного положения. При этом используют зрительную
трубу совместно с коллиматором или автоколлиматором.
Коллиматор — оптическое устройство, содержащее объектив и сет-
ку, расположенную в фокальной плоскости и освещенную источником
света. Коллиматор служит для создания пучка параллельных лучей,
воспринимаемых визирной трубой. При смещении КП от заданного
положения проекция сетки коллиматора сдвигается относительно сетки
трубы.
Автоколлиматор совмещает коллиматор и зрительную трубу. Со-
здаваемый в автоколлиматоре пучок параллельных лучей отражается
от зеркала, устанавливаемого на КП, и возвращается обратно. Сме-
шение зеркала приводит к отклонению отраженной сетки относительно
исходной сетки автоколлиматора.
Метод авторефлексии применяют в тех случаях, когда зрительная
труба не имеет приспособлений для автоколлимации. К концу зри-
тельной трубы прикрепляют целевой знак, фокусируют трубу на изо-
бражение этого знака в зеркале, установленном на КП. Смещение
штриха целевого знака относительно штрихов сетки трубы определяет
отклонение КП от заданного положения.
В настоящее время разработан ряд методов выставления объектов
по лазерному лучу, которые отличаются принципами, лежащими в
основе получения информации о положении объекта в трехмерном
пространстве. Эти методы, с одной стороны, характеризуются спосо-
бами создания опорного направления, с другой — способами приема
информации о положении объекта и ее отображения в блоках инди-
кации. Последние могут быть разделены на визуальные, фотоэлект-
рические и фотоэлектронные.
Создание опорного направления для центрирования объектов свя-
зано с выделением в луче зон симметрии, ось раздела которых при-
нимается в качестве реперной оси. В основу центрирования лазерных
центрирующих измерительных систем (ЛЦИС) положен метод обра-
зования реперной оси луча по дифракционной или интерференционной
137
структуре. Положение объекта измерения по отношению к этой оси
определяется с помощью позиционно-чувствительных целевых знаков
(ПЧЦЗ). ПЧЦЗ — фотоприемные устройства, дающие информацию
о пространственном положении реперной оси лазерного луча. Выходной
сигнал таких устройств зависит от положения луча (освещенной зоны)
на'свсточувствителйной поверхности фотоприемника, т. е. от рассог-
ласования положения целевого знака по отношению к реперной оси.
Информация о рассогласовании может содержаться в амплитуде, ча-
стоте и фазе непрерывного сигнала или в длительном и взаимном
расположении импульса дискретного сигнала.
В Л ЦИС также применяют визуальные целевые знаки (ВЦЗ),
которые более просты в конструкции (нс содержат фотоприемных
устройств), надежны и достаточно точны. В зависимости от постав-
ленной задачи ПЧЦЗ и ВЦЗ могут быть конструктивно выполнены
таким образом, чтобы контролировать от двух до пяти координат
наблюдаемого объекта. С помощью Л ЦИС на расстоянии 100 м про-
веряют прямолинейность, плоскостность, соосность и перпендикуляр-
ность крупногабаритных узлов и деталей объекта измерения. Точность
центрирования целевых знаков при сборочных работах достигает
0,01...0,05 мм.
Перед началом контрольно-измерительных работ мерительная ос-
настка, инструменты и приборы должны быть проверены на отсутствие
повреждений и наличие документации, подтверждающей пригодность
их к обмеру.
7.1.2. Контроль положения действительной
продольной оси ракеты
Действительная продольная ось ракеты (ДОР) представляет собой
пространственную ломаную кривую, соединяющую геометрические
центры контролируемых сечений агрегатов. Проверку ДОР осущест-
вляют путем замеров отклонения ее от базовой продольной оси ракеты
(БОР) в контролируемых сечениях. Величины и направления откло-
нений ДОР от БОР зависят от погрешностей изготовления отсеков и
агрегатов и погрешностей технологической оснастки.
За базовую ось принимается прямая, соединяющая геометрические
центры двух базовых сечений. Базовыми сечениями выступают, как
правило, плоскости шпангоутов, стыкуемых с двигательными установ-
ками (основные базовые сечения — ОБС). Плоскости стыковки других
отсеков, а также плоскость заднего шпангоута хвостового отсека и
плоскость переднего шпангоута приборного отсека принимают в ка-
честве вспомогательных базовых сечений (ВБС). Считается, что ба-
зовая ось совпадает с теоретической продольной осью ракеты, которая
образуется при пересечении плоскостей стабилизации, т. с. является
осью симметрии.
Контроль заключается в определении отклонений проекций ДОР
на плоскости стабилизации. Геометрическое сложение этих откло-
нений позволяет получить суммарное отклонение. Центры базовых
138
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками;
и контролируемых сечений материализуют реперными знаками. Ре-
перные знаки — вспомогательные метки (риски, точки или плоскости
краски), воспроизводящие центры сечений на наружной поверхности
корпуса, — увязаны между собой допуском относительно плоскостей
стабилизации.
Обмерочный стенд, основанный на оптических методах измерения,
состоит из монтажных тележек, оснащенных роликовыми опорами,
бандажей, набора подвесных линеек с оптическими трубками, ниве-
лира, катетометра, квадрантов, подъемно-чалочных средств и другой
вспомогательной оснастки.
Процесс контроля включает проверку подвесных линеек и катето-
метра, установку ракеты на стенд, выставление ракеты в горизонталь-
ное положение, определение и устранение прогиба ракеты, замер
отклонения ДОР, определение закрутки сечений.
Подвесная линейка (рис. 7.1) состоит из оптической трубки, ци-
линдрической штанги с делительной линейкой. На штанге имеется
Рис. 7 I. Подвесная линейка. Схема контроля-выставления линейки: 1 — оптическая
труба, 2 — штанга с делительной линейкой; 3 — каретка; 4 — фиксирующий винт;
5 — катушка с кольцевой риской; 6 — груз; 7 — стена; 8 — эталонная линейка; 9
подвесная линейка; 10 — нивелир
139
Рис. 7.2. Катетометр. Схема контроля-выставления катетометра: 1 — стойка; 2 —
делительная линейка; 3 — каретка; 4 — визирная трубка; 5 — микровинт наводки
резкости; 6 — винт совмещения уроаней; 7 — микровинт вертикального перемещения
каретки; 8 — рукоятка поворота стойки; 9 — опора; 10 — стопорные винты; 11 —
масштабная сетка; 12 — Окуляр; 13 — штрихи целевого знака; 14 — уровень; 15 —
подвесные линейки; 16 — нчвелир; 17 — катетометр
-0
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
катушка с кольцевой риской и груз. Линейка подвешивается на стоике
и под действием груза принимает строго вертикальное положение.
Каждая линейка перед обмером проходит контрольную проверку.
На капитальной стене стационарно устанавливают эталонную ли-
нейку (рис. 7.1), на расстоянии 1 м от эталонной подвешивают про-
веряемую линейку. На расстоянии 10 м от стены устанавливают
нивелир. Оптическую ось трубки проверяемой линейки совмещают
перемещением каретки с верхним штрихом эталонной линейки, а
горизонтальный штрих сетки оптической трубки нивелира — с нижним
штрихом эталонной линейки. Нивелир плавно поворачивают в сторону
проверяемой линейки, горизонтальный штрих оптической трубки ни-
велира совмещают с кольцевой риской линейки. Несовпадение отсче-
тов, снятых с нижнего штриха эталонной линейки и кольцевой риски
проверяемой линейки, допускается в пределах ±0,1 мм.
Катетометр — оптический прибор (рис. 7.2), состоящий из цилин-
дрической стойки с делительной линейкой, каретки с укрепленной на
ней оптической трубкой и опоры. Стойка может поворачиваться вокруг
вертикальной оси, а каретка — перемещаться по стойке. В трубке
имеются масштабная сетка, штрихи целевого знака и разрезной уро-
вень. Проверка катетометра заключается в установке трех проверенных
подвесных линеек по треугольнику, выставлении их кольцевых рисок
в горизонтальную плоскость с помощью нивелира с точностью ±0,1
мм и снятии показаний (положений кольцевых рисок линеек) кате
томстром. Разность между отсчетами, снятыми по нивелиру и кате
тометру, не должна превышать ±0,1 мм.
В плоскостях базовых сечений на ракете монтируют бандажи.
Ракету помешают на стенд на двух опорах-бандажах, опирающихся
на катки тележек. Напротив базовых и контролируемых сечений на
расстоянии не менее 1 м от реперных точек устанавливают стойки с
подвесными линейками. На расстоянии 10 м от ракеты между базовыми
сечениями помещают катетометр.
В целях установления базы отсчета базовая ось ракеты выставляется
в горизонтальное положение. Выставление БОР в горизонтальное по-
ложение заключается в размещении четырех реперных точек базовых
сечений в горизонтальное положение. На рис. 7.3 представлена схема
выставления БОР в горизонтальное положение (в «горизонт»).
Вращением изделия реперные точки Qz и Qz приблизительно ус-
танавливаются на одном расстоянии от плоскости рельсового пути
(рис. 7.3, б, в). Горизонтальные штрихи оптических трубок, располо-
женных в сечении Qz (рис. 7.3, а), перемещением кареток совмещаются
с реперными точками Qz и Q2. По шкале катетометра снимаются
отсчеты с кольцевых рисок подвесных линеек Т2 и Т2 с точностью
±0,1 мм (рис. 73, б, в) и вычисляется полусумма этих отсчетов:
Вертикальным перемещением оптической трубки катетометра на
его шкале устанавливается размер, равный а. Перемещением подвесных
141
Рис. 7 3. Схема выставления базовой оси ракеты в горизонтальное положение: Qi;
Q1 ; Q2, Qi — базовые реперные точки, —----плоскость нивелирования. — •-------—
плоскость визирования, а — вид в плане, б — исходное положение, в «— выставленное
положение; 1 — подвесная линейка, 2 — бандаж; 3 — катетометр
линеек в вертикальном направлении кольцевые риски этих линеек
совмещаются поочередно с горизонтальным штрихом оптической труб-
ки катетометра. Вращением изделия реперные точки Qz и Q2 совмс
щаются с горизонтальными штрихами оптических трубок подвесных
линеек. По шкале катетометра снимаются повторные отсчеты с коль-
цевых рисок линеек с точностью ± 0,1 мм. В целях удобства дальнейших
расчетов повторным отсчетам присваиваются прежние индексы Tz и
Тг. После проведения вышеуказанных работ реперные точки Qz и
142
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками.'!
Q2 считаются выставленными в горизонтальное положение по отно-'
тению к плоскости нивелирования.
Катетометр плавно разворачивается в сторону сечения Qi, и по
шкале катетометра снимаются отсчеты Ti и Т|. Вычисляется полу-
сумма этих отсчетов и сравнивается с отсчетом Т2 или Т2:
д.ЗЦК-Тг.
На шкале катетометра устанавливается размер, равный д. Коль-
цевые штрихи подвесных линеек выставляются в этот размер. Опу-
сканием или подниманием переднего торца изделия реперные точки
Q1 и Qi совмещаются с горизонтальными штрихами подвесных линеек
Опускание или поднимание изделия осуществляется механизмом ро-
ликовой тележки в сечении Qi. Передний торец опускается, если Д
положительный, и поднимается, если Д отрицательный.
По шкале катетометра снимаются повторные отсчеты Тз и Тз с
точностью + 0,1 мм. Вычисляется их полусумма, которая сравнивается
с отсчетом Т2 или Т2:
д1 = т2.
Разница между полусуммой отсчетов Т3 и Тз и отсчетом Т2 должна
быть равной нулю или отличаться от нуля на величину 0,2 мм. При
невыполнении этого требования производится повторная работа по
выставлению сечения Qi до получения результата Д] < 0,2л.м.
В целях определения угла закрутки переднего торца относительно
заднего вычисляется разность между значениями отсчетов Т2 и Тз:
Д;= Т2- Тз.
Угол закрутки определяется по формуле:
• ^2
а = arc sin — ,
к
где R — радиус изделия.
Знак плюс или минус показывает положение линии Qi Qi отно-
сительно линии Q2Q2 (рис. 7.3). Величина угла закрутки учитывается
в программе полета космического объекта.
На рис. 7.4 представлена схема определения весового прогиба ра-
кеты. Операция заключается в определении исходного положения ре-
перных точек сечений Р4 и Р<>, вычислении прогиба и устранении его
с помощью домкратов. В сечениях Р4 и Рб на стойках устанавливают
дополнительные подвесные линейки. ,
Для определения исходного положения реперных точек указанных
сечений горизонтальные штрихи оптических трубок линеек совмещают
с реперными точками Рб и Рб, по шкале катетометра снимают отсчеты
Тба и Тба и вычисляют их полусумму:
143
I’iic 7 4. Схема определения весового прогиба: I — подвесные линейки; 2 — реперные
знаки; 3 — корпус, 4 — бандажи. 5 — катетометр
I ба 4" 1 6а
2
Аналогичные операции выполняют для сечения IV
Т4а =
V + Ч~4а
2
Так как продольная ось изделия кроме весового прогиба имеет
и монтажный прогиб, который образуется вследствие суммирования
конструкционных и технологических погрешностей при проектиро-
вании, изготовлении и сборке отсеков, то на данном этапе возникает
необходимость учета влияния монтажного прогиба в составе весового
прогиба. Для этого изделие разворачивается вокруг продольной оси
на 180°. Базовая ось изделия повторно выставляется в горизонтальное
положение по значению отсчета Тг или Тг. Повторно снимаются
отсчеты в сечениях Р4 и Р<> с индексом «б» и вычисляется их
полусумма:
Тбб = -№4-Тб6; Ьб =
144
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Весовой прогиб с учетом монтажного прогиба изделия вычисляют
по формулам
пр6 = т2) + (Т№- »2). пр4 = (К - Тг) + (145 - Га)
Нод передний и задний торцы изделия устанавливают домкраты в
районе сечений Р4 и Рь и производят подъем этих торцов на величины
прогибов Пре, и Пр4, если эти величины отрицательны. Если же они
положительны, то осуществляется подъем изделия домкратом, уста-
навливаемым на стыке двух ступеней (рис. 7.5).
Ракета считается выставленной в горизонтальное положение, если
1*14. 7.5. Схема устранения весового прогиба корпуса: I домкраты для устранения
отрицательного прогиба; 2 — домкраты титя устранения положительного прогиба
Гис 7.6. Схема контроля положения действительной продольной оси ракеты с ис-
пользованием ЛЦИС: I — пульт управления; 2 — узел настройки; 3 — лазер; 4
узел распределения луча (пешанризма); 5 — узел координатной раздачи луча; 6 —
фотоллектроприемпик ПЧЦЗ, 7 — контрольно котировочное кольцо; 8 — измерительная
стопка с ПЧЦЗ; 9 — юстировочная плита; 10 — роликовые тележки, 11 — бандажи
145
разница отсчетов расположения реперных точек сечений Р4, Рб, Qi,
Q2 составляет не более 0,2 мм.
Контроль отклонения действительной оси от базовой в любом се-
чении осуществляется аналогично определению весового прогиба из-
делия. Величина отклонения измеряется по перпендикуляру от базовой
оси изделия к контролируемой точке на прогнутой оси.
Контроль положения действительной продольной оси изделия с
помощью лазерных устройств производится по схеме (рис. 7.6).
Лазерный луч, выходящий из генератора, преломляется в узле
распределения лучей и направляется вдоль образующей изделия па-
раллельно горизонтальной плоскости. Параллельность раздвоенного
луча горизонтальной плоскости достигается выставлением узла на-
стройки положения оси и юстировочной плиты.
Механизмами роликовых тележек целевые знаки фотоэлектриче-
ских приемников лазерного луча, которые расположены на контроль-
но-юстировочных кольцах, совмещаются с лазерными лучами. Конт-
рольно-юстировочные кольца устанавливаются на торцы изделия по
направляющим штырям после совмещения осей стабилизации на коль-
цах и изделии. По обшивке изделия вручную перемещают измери-
тельную стойку с приемником лазерного излучения. Отклонение ла-
зерного пятна на измерительной сетке этого приемника от центрального
целевого знака показывает величину смещения действительной про-
дольной оси изделия От базовой оси с учетом весового прогиба.
После разворота изделия на 180° и повторного горизонтирования
необходимо вычислить величину весового прогиба, которая устраняется
поддомкрачиванием изделия. Контроль выставления действительной
продольной оси изделия относительно базовых лучей производится
совмещением лазерного пятна с центральным целевым знаком по-
движной измерительной стойки.
В качестве нивелировочных средств используют высокочастотные
лазерные нивелиры типа ЛГС-1 или излучатели ЛЦИС. Лазерные
излучения сканируют пентапризмой, позволяющей создать в простран-
стве световую плоскость, относительно которой выверяют расположе-
ние нивелировочных баз. В качестве целевых знаков используют ВЦЗ
и ПЧЦЗ с однокоординатным отсчетом измеряемых параметров.
7.1.3. Выставление опор под гидроприборы
Операция заключается в выставлении плоскости опор, на которые
устанавливается гидростабилизирующая платформа, перпендикулярно
продольной оси ракеты с заданной точностью. Перед регулировкой
опор ракета должна быть выставлена в горизонтальное положение и
устранен весовой прогиб.
На контрольную площадку «А» опоры № 1 (рис. 7.7) устанавливают
квадрант и определяют исходный угол наклона площадки. Набором
прокладок опору № 1 выставляют перпендикулярно продольной оси
изделия в направлении плоскости стабилизации II—IV. Отклонение
угла от 0° должно находиться в пределах ±9'.
146
www.vokb-Ia.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Рис. 7.7. Схема расположения опор под гидростабилизируютую платформу; I —
опора № 1; 2 •— приспособление; 3 — опора № 2; 4 — опора № 4; 5 — опора № 3;
6. X — шайбы; 7 — опора для платформы; 9 — прокладки. 10 — рама приборного
отсека; Л, Б, В — контрольные площадей
На цилиндрической части этой опоры закрепляется приспособление,
и при помощи квадранта, устанавливаемого на контрольную площадку
приспособления, прокладками выставляется указанная опора перпен-
дикулярно оси изделия в направлении плоскостей стабилизации 1—III
с точностью ± 9 .
147
На опорах N° 1...4 размещают технологическое приспособление,
имитирующее гидростабилизирующую платформу. Опоры № 2 и 3
регулируют прокладками при помощи квадранта, установленного на
контрольной площадке «В». Отклонение угла от 0° не должно превы-
шать ♦ 4 . Регулирование опоры № 4 осуществляется по контрольной
площадке «Б» с точностью ±6'.
При выполнении вышеуказанных требований плоскость, проходя-
щая через опоры N° 1...4, считается выставленной перпендикулярно
продольной оси изделия в направлении плоскости стабилизации
II—IV.
Для регулировки опор перпендикулярно оси изделия в направ-
лении плоскости стабилизации )—III изделие разворачивают третьей
плоскостью стабилизации вниз. Заново выставляется базовая ось
изделия в горизонтальное положение и устраняется весовой прогиб.
Опоры № 2...4 выставляются аналогично предыдущему положению
изделия, но прокладки подкладываются под другие пары креплений
опор.
В заключение производится контроль надежности креплений и их
пломбирование.
7.1.4. Выставление опорных пят ракеты.
Контроль расположения заправочных
горловин и блоков разъемов
Опорные пяты ракеты выставляют в одну плоскость, перпендику-
лярную продольной оси ракеты. Выставление опорных пят производится
в соответствии со схемой (рис. 7.8).
Ракету выставляют в горизонтальное положение полуплоскостями
стабилизации II, III вниз (рис. 7.8,а).
В качестве базовой принимают опору А, которая находится между
полуплоскостями I и IV стабилизации. На опору А устанавливают
жесткий калибр, к которому подводят струну. На выставляемой опоре
(и данном случае опоре «С») устанавливают элсктроконтактнос уст-
ройство. В зазор между ножами-контактами этого устройства вводят
струну, натянутую грузом. Касание струны к левому или правому
контакту показывает отклонение устанавливаемой опоры от базовой.
Касание струны контактов сопровождается свечением лампочки на
табло и звуковым сигналом звонка.
Микровинтом элсктроконтактного устройства устраняется касание
струны ножей, и по лимбу винта определяется величина подкладки
под опору. Крепление пяты опоры ослабляется. Вкладывается необхо-
димая подкладка, и производится затяжка крепления. Проверяется
отсутствие касания струны ножей.
Для выставления опор Б и Д в плоскость, перпендикулярную
продольной оси изделия, повторяются все предыдущие операции (рис.
7.8, б, в). При каждом развороте изделия базовая ось выставляется
в горизонтальное положение и устраняется весовой прогиб
Нспсрпсндикулярность плоскости опор изделия продольной оси
14К
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Рис. 7.8 Схема выставления опорных пят: I — стоика; 2 — струна; 3 — калибр; 4 —
опорная пята; 5 — элсктроконтактнос устройство; 6 — груз, а — положение изделия
при выставлении опоры С; б — положение изделия при выставлении опоры Д; в —
положение при выставлении опоры 1>
при выполнении вышеизложенных операций допускается в пределах
3 мин.
Для контроля расположения заправочных устройств на них уста-
навливают технологические заглушки с реперными знаками, а около
каждой горловины — подвесные линейки. Базовая ось изделия должна
быть выставлена в горизонтальное положение, и устранен весовой
прогиб. При помощи подвесных линеек и катетометра определяются
линейные размеры расположения центров реперных знаков на техно-
логических заглушках по отношению к центрам реперных точек,
расположенных в базовом сечении Q2.
Далее определяются углы закрутки реперных точек на изделии, в
плоскости которых находятся заправочные горловины, по отношению
к базовому сечению Q2.
149
Затем с учетом углов закрутки и полученных линейных размеров,
которые переводятся в угловые, определяются углы между горловинами
заправки и плоскостями стабилизации.
Определение положения блоков разъемов осуществляется при по-
мощи технологического приспособления, устанавливаемого на эти бло-
ки, и оптического квадранта. Квадрант размещают на контрольных
площадках технологического приспособления и определяют углы между
контрольными площадками и плоскостями стабилизации.
7.2. ВЗВЕШИВАНИЕ РАКЕТЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ПОЛОЖЕНИЙ ЦЕНТРОВ МАСС
7.2.1. Общие положения
Определение массы и положений центров масс изделий проводят
на площадке сборочного цеха, специально отведенной для этих целей.
Во время проведения измерений не допускаются сквозняки и вибрация
стендов, превышающая установленные нормы. Колебания температуры
в помещении должны быть в установленных пределах.
При выборе весоизмерительных устройств необходимо руководст-
воваться требованиями специального ГОСТа.
Средства измерения должны обеспечивать заданную точность и
единство технологических и измерительных баз.
Применяемые при измерениях стенды, контрольные устройства и
технологическая оснастка должны проходить периодическую проверку
и аттестацию в соответствии с требованиями специальных ГОСТов и
ОСТов.
К работе по определению масс и положений центров масс изделий
допускаются лица, аттестованные по этим видам работ.
Положение центров масс изделий определяется, как правило, двумя
методами: по величине реакций опор и по величине момента дисба-
ланса.
7.2.2. Взвешивание
Взвешивание производится после завершения сборочных работ, гер-
метизации и покраски. Взвешивают каждую ступень отдельно и ракету
в состыкованном состоянии, если позволяют габариты весов.
Ракету или ступень большой длины накатывают передней опорой
базового сечения Qi на весы, которые вмонтированы на уровне рель-
сового пути, и определяют величины реакции..При прохождении задней
опоры Q2 через весы определяют величину второй реакции. Эти опе-
рации повторяются три раза, и вычисляются их средние значения.
Из средних величин реакций вычитаются величины реакций от
веса бандажей и тележек, расположенных на опорах. Оставшиеся
величины реакций суммируются. Эта сумма является весом изделия.
Вес изделия (ступени) должен соответствовать требованиям техниче-
ской документации. Погрешность определения массы изделия нс дол-
жна превышать 0,1% от измеряемой величины.
150
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Вычисление массы изделия
(ступени) производят по форму-
лам
о вер _
Кер —
рзад _
кср -
R?4’ + кГР + R"e₽
3
кГ + + иг*.
3
G = (Rcpp + Rep1) - (G^ + G§g).
Рис. 7.9. Схема определения координаты
центра масс на продольной оси
Взвешивание изделия средней
или малой длины осуществляется
на грузовой платформе, которая
установлена на трех опорах (см.
кальном или горизонтальном положении устанавливается на платфор-
му. Величины трех реакций опор определяются с помощью силоизмс-
ритсльных устройств. Вес изделия вычисляется как сумма средних
значений реакций опор:
рис. 7.17; 7.18). Изделие в верти-
G = Rj + R2 + R3-
7.2.3. Определение координаты центра масс
на продольной оси ракеты большой длины
Посте вычисления реакции опор при взвешивании изделия с учетом
вычтенных весов оснастки на опорах определяют координату центра
масс на продольной оси по схеме (рис. 7.9):
Ra = Rep* - Gg?,; RB = RcpP - GSS;
2ZMb = 0; L*Ra — G*Xht = 0;
v Ra • L
Лцт - ——.
7.2.4. Определение координат центра масс
в радиальных направлениях
ракеты большой длины
На передний и задний торцы изделия крепятся технологические
кольца. Предварительно совмещаются плоскости стабилизации колец
и изделия. Изделие устанавливается на стенд в горизонтальном по-
ложении на две опоры и третью опору, вынесенную в плоскости YOZ
стенда за боковой габарит изделия (рис. 7.10).
Трижды определяют значения реакций по оси OZ, затем изделие
разворачивают на 90° и трижды определяют значение реакций по оси
OY (рис. 7.11). Величины реакций каждой опоры вычисляются как
среднее арифметическое трех измерений.
151
Рис. 7.10. Схема расположения изделия
на стенде: 1, 2, 3 — весы
Рис. 7.11. Схема определения положения центра масс изделия в радиальных направ-
лениях
Координаты положения центра масс изделия определяются по фор-
мулам
Ру R|y + R^ + R^ z Rl’ + R^ + R?
К з - з , * 3 - 3 . ,
ХМо = 0; R? • b - СУцт = 0; Уцт =
ХМо =0; • b - GZUT = 0; ZUT =
Ст
В целях учета влияния веса технологической оснастки в формулы
вводятся реакции от весов технологической оснастки, которые указаны
в паспорте на стенд. Тогда формулы можно записать в виде
v (R$-r$)-b. „ (Из-тз)-Ь
Хцт - —, Z-цт - g .
Этот же стенд позволяет определить вес изделия и координату
продольного центра масс по формулам
152
www.vokb-la.spo.ru
Рис. 7.12. Схема установки изделия на стенд: 1 — реперные знаки на корпусе; 2 —
базовое кольцо стенда; 3 — регулировочные винты; 4 — неподвижная опора; 5 —
весы; 6 — теодолиты
Рис. 7 13. Схема определения координат
при вертикальном положении изделия
центра масс в радиальных направлениях
б 2—240
G = Ri + R2 - n - Г2;
Y (Ri - n) • L
Лцт — a,
где Ri; R2; R3 — показания весов с изделием; ri; гг; гз — показания
весов без изделия; L — расстояние между точками опор весов I и 2;
а — расстояние от точки опоры весов 1 до плоскости YOZ стенда;
b — расстояние от точки опоры весов 3 до оси ОХ.
7.2.5. Определение координат центра масс
в радиальных направлениях
изделий средней длины
Изделиями средней длины, как правило, являются вторые ступени,
для которых целесообразно строить вертикальные стенды (рис. 7.12).
Вертикальный стенд обеспечивает более высокую точность измерений
и способствует уменьшению промежуточных операций.
Взвешенное изделие устанавливается вертикально на базовое кольцо
стенда с предварительным совмещением его плоскостей стабилизации
с аналогичными метками на кольце. Контрольное кольцо выставляется
в горизонтальное положение при помощи квадранта и регулирующих
винтов.
В силу конструктивных и монтажных погрешностей продольная
ось изделия может Иметь отклонение от теоретического вертикального
положения. Контроль ее положения осуществляется теодолитами,
расположенными против второй и третьей плоскостей стабилизации.
Перекрестия оптических трубок теодолитов наводятся на нижние
реперные знаки. Трубки теодолитов перемещаются к верхним знакам.
Регулировочными винтами стенда осуществляется совмещение верх-
них реперных знаков с перекрестиями теодолитов. Выставление про-
дольной оси изделия в вертикальное положение ориентирует центр
масс изделия в истинное положение относительно плоскости весов.
Поочередно разаррстируются весы II и III, трижды определяются
значения реакций Rn и Riii и вычисляются их средние значения
(рис. 7.13).
Вычисление координат радиального центра тяжести осуществляется
по следующим формулам:
„ Rn + R । + Rn R[h + Rui + Rni
R11 =-----3----; R111 =-----------;
2Miv = 0; R11 • L - GYn = 0; Yu =
О
Ypur = 2 ’ " Yii-
2Mi = 0; Rin • L - GZm = 0; Zni = 5^1;
154
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками'!
Рис. 7.14. Схема стенда для определения центра масс корпусов малой длины: 1
указатель; 2 — шарикоподшипник; 3 — продольная ось изделия; 4 — ось стенда; 5 —
изделие; 6 — поворотное кольцо; 7 — стационарное кольцо; 8 — опорная юбка стенда;
9 — весы; 10 — регулировочный винт; 11 — опоры; 12 — полуоси опор
ZpUT = IL - Zin.
Знаки плюс или минус покажут, в каком квадранте расположены
координаты радиального центра тяжести:
Рцт — ^Урцт -г ZpUT; О. — аге tg
1 DLLT
6*
155
Рис. 7.15. Схема определения координат центра масс в ра-
диальных направлениях для корпусов малой длины
Рис. 7.16. Схема определения координат центра масс на про-
дольной оси-изделий малой длины
156
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
7.2.6. Определение координат центра масс
в радиальных направлениях
изделий малой длины
Для определения координат центра масс изделий малой длины
используется стенд (рис. 7.14).
Особенностью этого метода является смешение продольной оси
изделия относительно вертикальной оси стенда на заданную величи-
ну Ь. Смещение осей используется в двух случаях. В первом — для
увеличения реакции опор, т. к. координаты радиального центра тяжести
ио осям Y и Z могут находиться в непосредственной близости от
продольной оси изделия. Во втором — для определения координат
продольного центра тяжести при наклоне системы 5—6—7 на заданный
угол (1.
Взвешенное изделие устанавливается на поверхность поворотного
кольца. Плоскости стабилизации изделия совмещаются с одноимен-
ными рисками на стенде.
Поворотное кольцо стенда выставляется в горизонтальное положе-
ние при помощи квадранта и регулировочного винта стенда. Изделие
плавно поворачивается с поворотным кольцом вокруг оси стенда, и
определяются реакции опор при прохождении каждой плоскости ста-
билизации около указателя 1. Эта операция повторяется три раза и
вычисляются средние значения реакций:
Rep = ^; i = 0°; 90°; 180°; 270°.
Определение координат радиального центра тяжести осуществляется
по схеме, которая, аналогична для двух осей ОУ и OZ (рис. 7.15).
Вычисление координат производится по формулам
£Ма = 0; Rep • L - GYi = 0; Yi =
ЯЧа = 0; Rcp° • L - GY2 = 0; Y2 =
G
(Y, - b) - (Y2 - b) Yi - Y2 R°p • I. R^° » L
2 2 2G 2G ’
Y= ^(Rcp- R^°);Z= ^(R?P° Rc2p70);
Рцт = VY2+ Z2;
7
ip = arc tg -.
Вычитание реакций позволяет исключить из расчета вес кон-
струкции стенда, который участвует при определении реакций
опор.
157
7.2.7. Определение координаты центра масс
на продольной оси изделий малой длины
Определение координаты центра масс изделий малой длины про-
изводится на стенде (см. рис. 7.14). Изделие совместно с кольцами 6
и 7 наклоняется на угол а при помощи регулировочного винта и
квадранта и плавно разворачивается вокруг оси стенда. При совме-
щении плоскостей стабилизации I и III с указателем I определяются
реакции опор R0 и R180 и вычисляется реакция R по формуле
R° - R180
Определение координаты осуществляется по схеме (рис. 7.16).
Вычисление координаты центра масс производится по формулам
ЕМа = 0; G-БЕ - Rc • L= 0; БЕ =
Из треугольника БДЕ определяется БД:
БД =
БЕ .
COSa’
СД = БД - Ь = — - Ь,
а из треугольника АСД — АС:
tga tga cosa G • Sina
Ь • Ctga;
X-=2^<R°-R180)-b’C^-
7.2.8. Определение координат центра масс
в продольном и радиальных направлениях
ракет средней и малой дальности
Определение координат центра масс осуществляется на стенде
(рис. 7.17).
Перед определением реакций, верхняя плоскость грузовой платфор-
мы без изделия выставляется в горизонтальное положение при помощи
домкратов платформы и уровней. Производится проверка нулевых
показаний весов без нагрузки и под нагрузкой. При нагрузке показания
весов проверяются эталонным грузом, имитирующим изделие.
Изделие устанавливается на грузовую платформу стенда по на-
правляющим штырям после совмещения одноименных плоскостей ста-
билизации изделия и стенда. При помощи домкратов платформа с
изделием опускается на три опоры весов, и определяются величины
реакций. В целях повышения точности расчетов операции по опреде-
лению реакций проводят по три раза. Величины реакций каждой
опоры вычисляются как среднее арифметическое трех измерений.
Для определения координат центра масс в радиальных направлениях
1 «к
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Рис. 7 17 Схема
стенда с тремя опо-
рами: 1 — домкрат
платформы; 2 —
опора весов; 3 —
7 грузовая платформа;
4 — домкрат опоры
весов; 5 — шарик;
_ 6 — плита, 7 — ве-
сы
Рис. 7.18. Схема определения положения центра масс по трем опорам
159
изделие устанавливается на стенд в вертикальном положении. При
определении координаты центра масс в продольном направлении из-
делие устанавливается на стенд в горизонтальном положении с тех-
нологическим переходником.
Координаты центра массы определяются по схеме рис. 7.18 из
уравнений суммы моментов реакций опор:
„ ai (Ri - и) - а2 (R2 - &).
,
v bi (R^J — Л) + b2 (R}> — r^>) — b3 (R3 — г3)
Уцг -
х,п = №-г?2(Ьз + ь2) _ b3+ L
7.2.9. Определение координат центра масс
изделий средней и малой длины
по величине момента дисбаланса
Определение положения центра масс производится на стенде (рис.
7.19).
Верхняя плоскость стенда выставляется в горизонтальном положе-
нии при помощи домкратов стола и уровней. Взвешенное изделие
устанавливается на стенд, совмещаются одноименные плоскости ста-
билизации изделия и стенда. Домкраты стола опускаются. Произво-
дится балансировка стола установлением на грузовые площадки гирь.
Подбираются такие массы, чтобы индикаторы равновесия не показы-
вали наклона стола в какую-либо сторону. Масса каждой гири запи-
сывается по плоскостям стабилизации.
Определение положения центра масс в радиальных направлениях
выполняется по формулам в соответствии со схемой рис. 7 20‘
. i ш. ,
у = (т - т )•!.
с
, IV I
v (т - т ) *1
/цТ~ с
При определении положения центра масс в продольном направлении
изделие устанавливается на стенд так, чтобы продольная ось изделия
была в плоскостях I — III или II — IV стабилизации стенда, т. е.
изделие должно находиться на стенде в горизонтальном положении.
Определение координаты положения центра массы в продольном на-
правлении производится аналогично предыдущим работам, а коорди-
ната вычисляется по формулам
, I ш. .
v (m — m ) » I
Лцт - G
ИЛИ
. IV и, ,
v (m - m ) I
Ацт -
160
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Рис. 7.19. Схема стенда определения положений центров масс по величине дисбаланса:
1 — уровень; 2 — упор; 3 — скоба; 4 — индикатор равновесия; 5 — упор; 6 —
штырь; 7 — домкрат; 8 — кольцо поворотное; 9 — стол; 10 — грузовая площадка;
11 — опора; 12 — домкрат стола; 13 — рама; 14 — груз; 15 — маятник; 16 — штанга
161
Рис. 7.20. Схема определения положений
центров масс по величине дисбаланса
Если конструкция стенда по-
зволяет наклонить стол с издели-
ем на определенный угол а в пло-
скостях стабилизации, то коорди-
ната центра масс в продольном
направлении рассчитывается по
формулам
v' Уцт т« • h in ।
Хцт — - — , — т — т ,
tga G • cosa
v" ZUT „IV „.II.
Хцт — ~ Г' > Ш« — ГТ1 т
u tg« G*cos«
v ^ЦТ + Хцт
Лцт - j •
В практических расчетах из ве-
личин Хцт и Хцт вычитаются рас-
стояние от плоскости стола стенда
до линии качания верхней призмы
и высота переходника, значения
которых указываются в паспорте
на стенд.
7.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТОВ
ИНЕРЦИИ ИЗДЕЛИЯ
7.3.1. Основные положения
Определение моментов инер-
ции (МИ) осуществляется в
целях обеспечения требований
конструкторской документации
к МИ.
При этом должны выполняться требования по обеспечению за-
данных величин погрешностей на стенде: осевых, центробежных,
главных центробежных и в направлении главных центральных осей
инерции.
Определение моментов инерции производится в следующем порядке:
по измеряемым периодам крутильных колебаний рассчитываются шесть
исходных осевых МИ при различных положениях изделия; по значе-
ниям этих шести данных вычисляются осевые и центробежные МИ в
системе координат стенда (СКС); по значениям МИ в СКС и значениям
массы, а также координат центра масс изделия находятся центральные
осевые и центробежные МИ; по значениям центральных МИ рассчи-
тываются главные центральные моменты инерции и направления цен-
тральных осей инерции изделия.
162
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
.3.2. Определение моментов инерции на стенде
Измерения моментов инерции производятся на стендах типа рис.
7.21.
В принцип работы стенда заложен метод унифилярного подвеса.
Вее изделия воспринимается опорным аэростатическим подшипником.
Ось вращения центрируется радиальным аэростатическим подшип-
ником.
Стенд состоит из измерительного стола, переходника-кантователя
с поворотным устройством, эталона моментов инерции, торсиона.
Определение осевых МИ изделия основано на измерении собствен-
ных периодов крутильных колебаний подвижной части стенда, в ко-
торую входят все элементы стенда, совершающие колебания, кроме
изделия или эталона.
Период колебания системы стенд — изделие зависит от крутильной
жесткости торсиона, которая определяется многими факторами: мате-
риалом торсиона, его термообработкой, старением, релаксацией, тем-
пературой в цехе, погрешностями при изготовлении торсиона и т. п.
Многие из этих факторов носят случайный характер, поэтому жесткость
торсиона измеряется каждый раз перед использованием стенда.
Осевой момент инерции определяется по формуле
Рис. 7.21. Схема стенда Измерения моментов инерции: I — торсион; 2 — измерительный
стол; 3 — шток гидропривода; 4 — кантователь; 5 — поворотное устройство; 6 —
переходник; 7 — эталон моментов истины; 8 -г- грузы эталона; 9 — балансовые грузы
163
ДиЗдЧ = KT1J - JoCH>j»
где i — индекс оси, относительно которой определяется МИ; j —
порядковый номер группы измерений Q=l, 2, 3); ЗиздЧ — момент
инерции изделия относительно i-й оси в j-й группе измерения; к —
условная крутильная жесткость торсиона; Jocii'j — МИ оснастки от-
носительно i-й оси в j-й группе; Тц — период колебаний объекта
относительно i-й оси в j-й группе.
Параметры периодов колебаний объекта измеряются системой из-
мерительных приборов. Величины крутильной жесткости и моментов
инерции оснастки рассчитываются при помощи эталона МИ. Перво-
начально определяют периоды колебаний эталона относительно шести
осей путем наклона и разворота изделия, затем к эталону приращивают
малую массу со своими значениями моментов инерции, потом произ-
водят вычисление по формуле
ЛиздЧ = 1ТУ - Т«1 +
Ть - Tin
где AJ3T приращение МИ эталона; Т1Э, Тщ — периоды колебаний
эталона и эталона с приращением МИ относительно продольной оси;
Ti3 — период колебаний эталона относительно i-й оси; J3i — момент
инерции эталона относительно i-й оси.
7.3.3. Определение осевых и центробежных моментов инерции
в системе координат стенда
Система координат стенда образуется осями X , Y, Z (рис. 7.22).
Началом координат является точка О , которая лежит на пересечении
оси торсиона стенда — прямой L с перпендикуляром, восстановленным
из центра наклона поворотного устройства, т. е. прямой К. Ось
О X должна совпадать с прямой К.
Рис. 7.22. Схема координат стенда
Рис. 7.23. Схема положения i-й оси
164
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Рис. 7. 24. Схема положения i-x осей Рис. 7.25. Схема системы координат изде-
лия в системе координат стенда
Положение i-й оси определяется углами 0, и <f>, (рис. 7.23), где
0 — угол между i-й осью и осью О X ; <р, — угол между проекцией
i-й оси на плоскость Y О X и осью О Y.
Осевые и центробежные моменты инерции изделия рассчитываются
по значениям шести моментов инерции относительно i-x осей (рис.
7. 24) по системе линейных уравнений шестого порядка:
J1 = Jx • CZ1 + Jy • Р1 + Jz • У i — 2-Jxy • tz i • (i i — 2-Jzx • yi • G i — ;
- 2*Jyz • Д • Yi
Зб = Jx * G(, + Jy • (if, + Jz • у I - 2*JXy • G& • (if — 2-Jzx 9 Yt,* Gb — ',
- 2«Jyz • (if, • ye ,
где О, = cos0: Д = sln0 cos</>,; y, = sln0 sln^; Jz; Jy; Jz;
Jxy; JyZ; Jzx — осевые и центробежные моменты .инерции иделия
в СКС; Ji — моменты инерции относительно i-x осей (i = 1, 2, 3, 4,
5, 6).
7.3.4. Определение центральных осевых
и центробежных моментов инерции
Центральная система координат изделия OXYZ должна быть эк-
вивалентна системе координат стенда (рис. 7.25), что должно обеспе-
чиваться конструкцией стенда.
Центральные и центробежные моменты инерции определяются по
формулам
Jx — Jx - G(YUT + Хцу);
Jy — Jy — Ц(Хцт + Zht);
Jz = Jz - Ц(ХцТ + YyT);
165
Рис. 7.26. Схема положения изделия в
системе координат стенда
Jxy = Jxy _ G-Хцт *Уцт5
Jyz = Jyz - G«YUT *2цт?
Jzx = Jzx — С’Хцт *ZUT;
где Хцт, УцТ и ZUT — координаты
центра масс изделия в системе ко-
ординат стенда.
Хцт рассчитывается по формуле
Хцт = L2 - (Li + Н) (рис. 7.26). Ве-
личины YUt, ZUT берутся из техно-
логического паспорта на изделие.
7.3.5. Порядок работы с изделием на стенде
Переходник-кантователь и эталон моментов инерции в вертикаль-
ном положении устанавливаются на стенд. Переходник-кантователь
выставляется в вертикальное положение гидроприводом через шток,
который отстыковывается. Платформа измерительного стола расфик-
сируется и ручкой угла закрутки поворачивается на заданный угол,
определяемый в процессе тарировки. Периоды колебаний измеряются
двумя частотомерами, автоматически включающимися при закрутке
стенда. Величины продолжительности колебаний записываются до семи
значащих цифр. Затем переходник-кантователь и эталон устанавли-
ваются в наклонное положение, производится закрутка изделия.
Периоды колебаний определяются для каждых пяти угловых по-
ложений <р (0°, 45°, 90°, 180° и 270°), при этом во всех операциях
контролируется угол 0. Угол 0 замеряется квадрантом, угол <р — по
шкале поворотного устройства.
Все измеренные показатели заносятся в протоколы, и выполняются
расчеты моментов инерции эталона. При получении результатов, удов-
летворяющих требованиям технической документации по точности
измерений, на стенд вместо эталона устанавливается изделие и про-
изводятся операции с изделием, аналогичные операциям с эталоном.
Моменты инерции изделия вычисляются по вышеприведенным фор-
мулам.
7.4. ИСПЫТАНИЕ РАКЕТНЫХ СИСТЕМ
7.4.1. Общие положения
Под испытанием объекта понимается экспериментальное определе-
ние количественных и качественных характеристик свойств объекта
испытаний как результат воздействия на него при его функциониро-
вании или моделировании (ГОСТ 16504-81).
166
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Экспериментальное определение характеристик свойств объекта при
испытаниях может проводиться путем использования измерений, ана-
лизов, диагностирования, регистрации событий при испытаниях (от-
казы, повреждения) и т. д.
Характеристики свойств объекта при испытаниях могут оцениваться,
если задачей испытаний является получение количественных и качест-
венных оценок, а могут контролироваться, если задачей испытания
является только установление соответствия характеристик объекта за-
данным требованиям. В этом случае испытания сводятся к контролю.
Важнейшим признаком любых испытаний является принятие на
основе их результатов определенных решений.
Другим признаком испытаний является задание определенных ус-
ловий испытаний (реальных или модельных), под которыми понимается
совокупность воздействий на объект и режимов функционирования
объекта.
Определение характеристик объекта при испытаниях может про-
изводиться как в процессе функционирования объекта, так и при
отсутствии функционирования при наличии воздействий до и после
их приложения.
Испытания и контроль являются важнейшими звеньями в комплексе
работ по созданию летательных аппаратов. Общей их целью является
обеспечение требуемой надежности летательных аппаратов, их спо-
собности выполнить в полном объеме заданные функции в течение
определенного времени как в наземных условиях, имеющих место при
транспортировке, подготовке, запуске, так и в полете. Испытания и
контроль проводятся на всех стадиях создания ракетных систем, на-
чиная с разработки конструкции, включая процесс изготовления и
поставки готовых изделий, и заканчивая их запуском.
Для обеспечения выпуска изделий система испытаний построена
следующим образом. После изготовления в одинаковых условиях пар-
тии изделий их надежность оценивается при испытаниях с предельными
нагрузками на испытательных (контрольных) образцах из числа этих
изделий.
Оценка готовности остальных изделий к полету оценивается в ходе
специальных приемочных испытаний с нагрузками, близкими к экс-
плуатационным. Таким образом, в основе системы испытаний лежит
принцип аналогии летных образцов изделий с контрольными, который
обеспечивается одинаковостью не только конструкции, но и технологии
изготовления и контрольно-технологических испытаний.
Результаты усиленных испытаний контрольных образцов изделий
переносятся на летные образцы, которые этих испытаний не проходили,
что позволяет сохранить их ресурс работы.
Контроль и испытания должны быть построены таким образом,
чтобы имеющиеся дефекты выявлялись на более ранних этапах изго-
товления, на более низких уровнях сборки, т. е. операций контроля
и испытаний целесообразно располагать возможно ближе к тем сбо-
рочным операциям, где могут возникать ожидаемые дефекты.
Испытания на комплексное воздействие факторов эксплуатации
должны проводиться на возможно более высоком уровне сборки.
167
Испытания на функционирование и целостность коммуникаций
бортовой аппаратуры и автоматики должны осуществляться по прин-
ципу последовательно нарастающих повторных испытаний, что позво-
ляет наиболее быстро выявить дефектные элементы и сократить цикл
и стоимость испытаний.
7.4.2. Этапы испытания ракетных систем
В процессе разработки элементов конструкции, агрегатов и из-
делия в целом большое место занимают контрольно-испытательные
работы.
Определение объема, программы и технологии испытаний является
достаточно сложной задачей, решаемой в каждом конкретном случае.
Несмотря на значительные отличия испытаний различных сборочных
единиц и изделия в целом, они составляют определенную систему,
состоящую из отдельных, логически увязанных между собою этапов,
выполняемых по специальным программам при проектировании, из-
готовлении и эксплуатации ракеты.
Проектирование
При разработке конструкции проводятся исследовательские, кон-
структорско-доводочные и чистовые доводочные испытания. Цель ис-
следовательских испытаний — определение возможности реализации
конструкторских идей в новом изделии, выбор варианта конструкции
для дальнейшей его отработки.
Конструкторско-доводочные испытания осуществляются на неболь-
ших партиях топливных емкостей, агрегатов, узлов автоматики и др.
для уточнения отдельных конструктивных решений, проверки функ-
ционирования и их соответствия предъявляемым требованиям.
Чистовые доводочные испытания проводятся в целях окончательного
уточнения конструкции, проверки ее технологичности и соответствия
всем требованиям технической документации, определения ресурса
работы.
Изготовление
После освоения в производстве технологии изготовления узлов,
агрегатов, элементов автоматики и др. выполняются контрольно-тех-
нологические испытания, включая испытания установочной партии,
приемо-сдаточные, контрольно-выборочные, периодические и типовые
испытания.
Испытания установочной партии проводятся при постановке в про-
изводство новых изделий для небольших партий (3...5) испытываемых
объектов одного наименования, изготовленных по разработанной тех-
нологии и прошедших обычные приемные испытания. Программа ис-
пытаний установочной партии включает в себя испытания на проч-
ность, герметичность, вибро- и ударные испытания, испытания на
168
www.vokb-Ia.spb.ru - Самолёт своими
функционирование, циклические испытания на повторную нагрузку,
определение фактического давления разрушения и т. д.
Основной целью испытания является проверка отработанности и
стабильности технологического процесса изготовления и сборки.
При положительных результатах испытаний установочной партии
дается разрешение на производство штатных сборочных единиц из-
делия.
Приемо-сдаточные испытания проводятся для всех изготавливаемых
деталей, сборочных единиц и изделия в целом в целях проверки
соответствия их техническим условиям. Программы испытаний состав-
ляются для каждой изготавливаемой сборочной единицы и изделия в
целом и могут включать в себя следующие виды контроля и испытаний:
контроль выходных геометрических параметров, определение массы,
центра масс, прочностные испытания, контроль герметичности, опре-
деление объемов и невырабатываемых остатков топлива в емкостях,
проверку функционирования, контроль чистоты внутренних полостей,
контроль бортовых кабельных сетей и т. д.
Полностью собранные изделия проходят заводские приемо-сдаточ-
ные испытания на специальном исцытательном участке (контрольно-
испытательная станция — КИС), где производится прозвон цепей
системы управления и телеметрии, а также проверка всех систем на
функционирование.
В ходе испытаний с помощью ЭВМ может фиксироваться только
конечный результат испытаний, например срабатывание каких-либо
механизмов, или ряд промежуточных параметров и характеристик,
число которых может быть очень большим.
Контрольно-выборочные испытания осуществляются в целях пери-
одического контроля стабильности технологического процесса и каче-
ства сборочных единиц и изделия в целом. Эти испытания проводятся
выборочно для небольшого (до 10%) количества узлов от каждой
предъявляемой партии. В случае неудовлетворительных результатов
испытаний их выполняют повторно на удвоенном количестве узлов
(изделий).
При неудовлетворительных результатах испытания партия предъ-
явленных узлов (изделий) бракуется. Изготовление и предъявление
новой партии узлов (изделий) возможны лишь после выявления и
устранения причин возникновения брака.
В отличие от приемо-сдаточных испытаний контрольно-выборочные
испытания проводятся на предельных нагрузках и режимах.
Из партии изделий в целом, прошедшей заводские приемо-сдаточ-
ные испытания, одно изделие подвергается летным испытаниям. Для
получения максимально возможной информации о работе систем ра-
кеты в процессе полета она дооборудуется дополнительным количест-
вом датчиков (телеметрический вариант).
При определенном перерыве в изготовлении рассматриваемых из-
делий и в ряде других случаев, предусмотренных технической доку-
ментацией, проводятся периодические испытания, а при корректировке
конструкторско-технологической документации — типовые.
Периодические испытания — контрольные испытания выпускаемой
169
продукции, проводимые в объемах и в сроки, установленные норма-
тивно-технической документацией, в целях контроля стабильности
качества продукции и возможности продолжения ее выпуска.
Типовые испытания — контрольные испытания выпускаемой про-
дукции, проводимые в целях оценки эффективности и целесообраз-
ности вносимых изменений в конструкцию, рецептуру или техноло-
гический процесс.
Эксплуатация
Окончательно изготовленная ракета-носитель, прошедшая завод-
ские приемно-сдаточные испытания и апробированная (защищенная)
летными телеметрическими испытаниями представителя от партии
этих изделий, поступает на стартовую площадку. В монтажно-сбороч-
ном корпусе стартового комплекса на ракету-носитель устанавливают
космический аппарат или другой полезный груз и производят испы-
тание по специальной программе.
После установки на стартовый стол ракета-носитель проходит пред-
стартовую проверку и контроль по специальной программе, после чего
она считается готовой к старту.
Приведенные этапы составляют единую систему испытаний, обес-
печивающую производство изделий и их эксплуатацию с достаточной
степенью надежности.
7.4.3. Виды испытаний
На всех стадиях изготовления изделий различные виды испытаний
входят как составные части программ их обработки, оценки качества
и надежности. Вид испытания часто определяется местом его прове-
дения, масштабом интервала времени, а также воздействием соответ-
ствующих факторов, проверяемыми параметрами.
Испытания, характеризуемые местом проведения
Лабораторные испытания — испытания объекта, осу-
ществляемые в лабораторных условиях.
Стендовые испытания — испытания объекта, выполня-
емые на испытательном оборудовании.
Полигонные испытания — испытания объекта, прово-
димые на испытательном полигоне.
Натурные испытания — испытания объекта в условиях
соответствующих условиям его использования по прямому назначении
с непосредственным оцениванием или контролем определяемых ха-
рактеристик свойств объекта.
Испытания, характеризуемые масштабом времени
Нормальные испытания — испытания, методы и условш
проведения которых обеспечивают получение необходимого объем;
170
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими
информации о характеристиках свойств объекта в такой же интервал
времени, как и в предусмотренных условиях эксплуатации.
Ускоренные испытания — испытания, методы и условия
проведения которых обеспечивают получение необходимой информа-
ции о характеристиках свойств объекта в более короткий срок, чем
при нормальных испытаниях.
Испытания, .характеризуемые воздействующими факторами
Механические испытания — испытания на воздействие
механических факторов.
Климатические испытания — испытания на воздей-
ствие климатических факторов.
Термические испытания — испытания на воздействие
термических факторов.
Радиационные испытания — испытания на воздействие
радиационных факторов.
Электромагнитные испытания — испытания на воз-
действие электромагнитных полей.
Электрические испытания — испытания на воздейст-
вие электрического напряжения, тока или поля.
Магнитные испытания — испытания на воздействие маг-
нитного поля.
Химические испытания — испытания на воздействие
специальных сред.
Биологические испытания — испытания на воздейст-
вие биологических факторов..
Неразрушающие испытания — испытания с примене-
нием нсразрушающих методов контроля.
Разрушающие испытания — испытания с применением
разрушающих методов контроля.
Испытания, характеризуемые проверяемыми параметрами
Испытания на устойчивость — испытания, проводи-
мые для контроля способности изделия выполнять свои функции и
сохранять значения параметров в пределах установленных норм во
время действия на него определенных факторов.
Испытания на прочность — испытания, проводимые
для определения значений воздействующих факторов, вызывающих
выход значений характеристик свойств объекта за установленные пре-
делы или его разрушение.
7.4.4. Содержание некоторых видов
испытаний
Испытания на прочность занимают важное место в системе испы-
тания изделий. По характеру прилагаемых нагрузок они могут быть
статическими и динамическими.
171
Испытания на статическую прочность могут быть гидравлическими
или пневматическими (для баков, трубопроводов и других сборочных
единиц с замкнутым объемом, работающих под избыточным давле-
нием), а также статическими, при которых нагрузки создаются
специальными силовозбудителями (для любых несущих конструк-
ций).
Динамические испытания в зависимости от характера и вида
силового воздействия подразделяются на вибрационные, ударные
и ДР-
Возможны также испытания на прочность с приложением различных
комбинаций указанных нагрузок, а также с дополнительным воздей-
ствием как повышенных, так и пониженных температур.
Испытания на статическую прочность опрес-
совкой — один из основных видов испытания изделий, работа-
ющих под избыточным давлением. Они во всех случаях входят в
программу приемо-сдаточных испытаний баков, трубопроводов, ша-
робаллонов и других сборочных единиц. Испытания на статическую
прочность (опрессовка) предшествуют, как правило, испытаниям на
герметичность. Давление испытания Р исп = (1,15—1,25) Рраб, где
Рраб — максимальное давление в испытываемом объеме в процессе
эксплуатации.
Испытания проводят жидкостью (гидроиспытания) или газом (пнев-
моиспытания). В качестве жидкости используют дистиллированную
воду (или конденсат) с добавлением 0,1...0,2% двухромокислого калия
(К2СГ2О7), в качестве газа — воздух или азот.
При гидроиспытании объект предварительно осматривают на пра-
вильность монтажа испытательных заглушек и отсутствие повреж-
дений, затем устанавливают на специальный стенд в рабочем по-
ложении и заполняют жидкостью. Для лучшего удаления газовых
пузырьков во время заполнения объект обстукивают снаружи рези-
новым молотком. Заполнение продолжают до момента перелива жид-
кости через штуцер, расположенный в самой верхней точке объекта.
Перед подачей испытательного давления производят предварительную
опрессовку объекта давлением (Рпредв = (0,1—0,2) Рисп (но не более
3 МПа) в течение 2—3 мин для проверки плотностей соединений.
При отсутствии утечек давление доводят до Рисп, выдерживают
объект под этим давлением в течение 10—15 мин, затем понижают
давление до Рраб и производят осмотр. Объект испытания признается
годным, если отсутствует видимое проникновение жидкости через
его стенки и соединения или регистрируемое изменение объема сверх
допустимого по техническим условиям. Испытания завершаются сли-
вом жидкости и сушкой объекта.
Если по конструктивным соображениям или по ряду других при-
чин гидравлическое внутреннее воздействие на объект испытания
нежелательно, опрессовку делают газом. Испытания на статическую
прочность газом производят в специальных боксах, способных пога-
сить в случае разрушения объекта высвобождаемую энергию (МДж),
равную произведению его внутреннего объема (м3) на давление
испытания (МПа).
172
www.vokb-Ia.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При испытании крупногабаритных емкостей для уменьшения внут-
реннего объема, занимаемого газом, используют различного рода за-
полнители (пенопластовые элементы, емкости с водой и т. д.), уста-
навливаемые в испытываемую полость объекта.
Учитывая малую плотность воздуха, требование установки изделия
в рабочем положении не обязательно (т. е. топливные баки могут
испытываться в горизонтальном положении, что недопустимо при гид-
роиспытании). Соотношения Рисп, Рраб и Рпредв такие же, как и при
испытании жидкостью.
В процессе работы изделия и при.гидроиспытании топливных баков
их нижние днища нагружены больше, чем верхние, на величины
давлений соответствующих гидростатических столбов жидкости.
При испытании на прочность газом необходимо обеспечить такое
же соотношение нагрузок. Для этого в полость бака подастся давление
газа, равное аналогичному давлению жидкости у нижнего днища, а
верхнее днище при помощи технологической емкости — заглушки —
разгружается противодавлением газа, величина которого равна гидро-
статическому давлению соответствующего столба жидкости. В осталь-
ном порядок пневмоиспытания аналогичен гидроиспытанию.
Емкости считаются годными, если отсутствует падение давления,
контролируемое манометром, в течение 5 мин (при отключенной
системе наддува), очаги негерметичности, определяемые по звуку
истекающей струи газа, и регистрируемое изменение объема сверх
допустимого по техническим условиям.
Если технически обеспечены безопасные условия труда, прочно-
стные испытания воздухом предпочтительнее гидравлических.
Испытания на герметичность входят почти во все
программы испытаний. Так как они связаны с созданием избыточных
давлений и глубокого вакуума внутри или снаружи испытываемых
объектов, то им предшествуют испытания на статическую прочность.
По виду воздействующего фактора испытания на герметичность можно
отнести к статическим. В главе 5 приведены основные методы испы-
таний на суммарную и локальную негерметичность.
Испытания на статическую прочность с воз-
действием температурных факторов проводятся, ког-
да необходимо создать близкое к эксплуатационному температурное
поле в элементах конструкции. Эти испытания выполняются в спе-
циальных бронскамерах, оснащенных средствами нагрева, охлаждения.
Например, шаробаллоны, работающие на жидком кислороде, испыты-
ваются при криогенных температурах на всех этапах, включая при-
емо-сдаточные испытания. В ходе испытаний шаробаллон заполняют
жидким азотом, помещают в броневанну с жидким азотом. Требуемое
давление создают газообразным азотом или гелием. Испытания про-
водятся в бронекамере.
Испытания на прочность с ил ов озбудител ями
проводятся в специально оборудованных лабораториях, помещения
которых имеют силовой пол и силовые стены, через которые замыкается
силовой поток от нагрузок, приложенных к испытываемому объекту.
Эти испытания позволяют определить фактические деформации и
173
напряжения в элементах и узлах объекта при воздействии на него
заданных нагрузок.
Испытанию могут подвергаться все нагруженные элементы изделия:
баки, переходные отсеки, узлы крепления двигателей, ферменные
конструкции и др. Такого рода проверка производится при отработке
конструкции изделия, испытании установочных партий его сборочных
единиц и при контрольно-выборочных испытаниях.
Испытания на разрушение проводятся в период отра-
ботки конструкции изделия, постановки его на производство и при
контрольно-выборочных испытаниях в целях определения реального
запаса прочности.
Для сборочных единиц, имеющих замкнутые объемы и работающих
под избыточным давлением, разрушение производится либо только
гидравлическим давлением, либо в сочетании с нагружением силовоз-
будителями, как это делается при контрольно-выборочных испытаниях
топливных баков несущей конструкции. Испытания проводятся в бро-
нскамсрах или в специальных боксах, дополнительно оборудованных
системой силовозбудителей.
Изделия с разомкнутым объемом нагружаются силовозбудителями
в специальных лабораториях.
Вибрационные испытания являются одним из самых
распространенных видов динамических испытаний. Для емкостей эти
испытания являются обязательными на всех стадиях испытаний, кроме
приемо-сдаточных. Важность этих испытаний определяется тем, что
ракеты-носители на всех стадиях эксплуатации подвергаются вибра-
ционному воздействию в широком спектре частот.
Целью виброиспытаний является проверка вибропрсчности — со-
хранения работоспособности изделия после воздействия заданных виб-
раций в течение определенного времени — и виброустойчивости —
правильного функционирования отдельных устройств и элементов из-
делий в условиях действующих вибраций. После виброиспытаний дол-
жны проводиться испытания на прочность и герметичность.
Ударные испытания являются одним из видов динамиче-
ских испытаний и проводятся на некоторых этапах, кроме приемо-
сдаточных испытаний, при отработке конструкции ряда сборочных
единиц, например емкостей. Они выполняются на специальных стендах
или сбросом с заданной высоты на поверхность, характеризующуюся
заданными упругими характеристиками.
Заключительные испытания. Процесс изготовления
ракеты заканчивается стендовыми горизонтальными электрическими
испытаниями, имитирующими полет ракеты.
Ступени и космический аппарат в несостыкованнсм состоянии ус-
танавливают в бандажах на монтажно-стыковочные тележки. Удаляют
технологические заглушки с электрических колодок ступеней и кос-
мического аппарата. К штепсельным разъемам ракеты подсоединяют
технологические кабели, которые соединены с пультом управления
испытаниями. После этого производится электрическая стыковка сту-
пеней, и аппарата.
В ЭВМ пульта управления вводят прогпамму полета ракеты и
174
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими
выхода на орбиту космического аппарата. Программа полета ракеты,
имитируя процессы, происходящие на борту ракеты во время полета
и тестовые внешние возмущения ведет диалог с электрической сис-
темой ракеты во времени и проверяет работу автоматики, органов
управления и целостность электрических цепей.
На органы управления первой ступени с пульта подается команда
предварительного наддува. Проверяется срабатывание элсктропневмок-
лапанов системы предварительного наддува во времени и целостность
основных и дублирующих электрических цепей.
При условном пуске ракеты срабатывают системы включения дви-
гательной установки и основного наддува.
Проверяется время условного выхода двигательной установки в
режим и отрыва от пускового наддува.
В конце работы первой ступени подается команда выключения
системы основного наддува. По истечении определенного времени вы-
ключается двигательная установка первой ступени, срабатывают цепи
подрыва разрывных болтов, соединяющих ступени, включается система
отвода первой ступени. Включается двигательная установка и система
наддува второй ступени.
Аналогично проверяется работоспособность электрических цепей и
органов управления второй ступени и .вывода космического аппарата
на орбиту.
Пульт управления испытаниями выдает характеристики работоспо-
собности электрических цепей ракеты во времени, нарушения времени
прохождения команд и срабатывания автоматики на борту ракеты,
если таковые имеются.
При обнаружении нарушений производится дефектация этих узлов
и электрических цепей, устранение нарушений и повторные испытания
в полном объеме.
При отсутствии нарушений от борта ракеты отстыковываются тех-
нологические кабели. Штепсельные разъемы на ракете закрываются
технологическими заглушками. Заглушки пломбируются. Оформляется
сопроводительная документация, подтверждающая работоспособность
ракеты. Ракета подается на погрузку.
Вышеуказанные стендовые испытания проводятся перед пуском
ракеты на полигоне.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Технология производства космических ракет непрерывно совершен-
ствуется, однако радикальных новшеств в ближайшее время, по-ви-
димому, не ожидается.
Можно утверждать, что положение стабилизировалось в том, что
касается методов изготовления, сборки и испытаний основных отсеков,
узлов и деталей. Дестабилизирующим фактором может стать крупное
достижение, своего рода прорыв, в области создания новых материалов,
энергетических установок, двигателей. Либо будут сформулированы
принципиально новые требования к носителям в отношении массы
полезного груза, экологической безопасности, что также приведет к
серьезным изменениям сложившихся конструкторско-технологических
решений.
В любом случае будет возрастать роль экономических факторов,
их влияние на технологию. Масштабы производства и использования
космических ракет увеличиваются, 'складывается международный рынок
услуг по запуску спутников и других аппаратов. Стоимость носителей
становится главным показателем конкурентоспособности. Отношение
к ним как к уникальной продукции, требующей громадных дотаций,
меняется в соответствии с законами рынка. Будущее — за техноло-
гиями, которые имеют высокие показатели надежности и экономич-
ности.
176
www.5 0kb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Ахметшин М. А., Ухов Е. И. Технологические пути повышения степени гер-
метичности изделий. — Днепропетровск: ДГУ, 1984. — 84 с.
Беляков И. Г., Борисов К). А. Технологические проблемы проектирования ле-
тательных аппаратов. — М.: Машиностроение, 1978. — 240 с.
Брызгалин Г. И. Проектирование деталей из композиционных материалов
волокнистой структуры. — М.: Машиностроение, 1982. — 84 с.
Влияние параметров процесса контроля герметичности изделий методом вакууми
ровапия /Ф. П. Санин, А. И. Греков. — М-, 1978- — Дсп. в ЦНТИ «Поиск». — Сер.
Б. — № 036—1911.
Г а м р а т - К у р с к Л. И. Экономика инженерных решений в машиностроении. —-
М Машиностроение, 1986. — 258 с.
Гарькавый А. А. Сборка авиационных двигателей. — М.: Машиностроение,
1981. — 223 с.
Гернст М. М., Ротобыльский В. Ф. Определение моментов инерции. —
М.: Машиностроение, 1969. — 247 с.
Горбунов М. II. Основы технологии производства самолетов. — М.: Машино-
строение. 1976. — 260 с.
Григорьев В. 11. Сборка клепаных агрегатов самолетов и вертолетов. — М.:
Машиностроение, 1975. — 344 с.
Камалов В. С. Производство космических аппаратов. — М : Машиностроение.
1982. — 275 с.
Ковальский В. И. Организация и планирование производства на машиностро-
И1СЛЫ1ЫХ предприятиях. — М.: Машиностроение, 1986. — 285 с.
Композиционные материалы. Справочник/Под ред. Д. М. Карпиноса. — К.: Паук,
думка, 1985. — 592 с.
Контроль герметичности конструкций/А. И. Запутный, Л. С. Фельдман, В. Ф. Ро-
галь. — К.: Техшка, 1976. — 152 с., ил.
Мельников Э. Л. Холодная штамповка днищ. — М.: Машиностроение. 1976. —
184 с.’
Крыс ин В. II., Крыс ин М. В. Технологические процессы формования, на-
мотки и склеивания конструкции. — М.: Машиностроение, 1989. — 240 с.
Полежаев 1О. В., Юрьевич Ф. Б. Тепловая защита. — М.: Энергия,
1976. — 392 с.
Проектирование машиностроительных заводов и цехов: В 6 т./Под ред. Е. С. Ям-
польского. — М.: Машиностроение, 1975. — Т. 4. — 326 с.
Технология и оборудование сварки плавлеиием/Под ред. Г. Д. Никифорова. — М.:
Машиностроение, 1978. — 327 с.
Технология самолстостроения/Под реД- А. Л. Абибова. — М: Машиностроение,
1982. — 551 с.
177
Технология сборки самолетов/В. И. Ершов, В. В. Павлов, М. Ф. Каширин, В. С. Ху-
хорев. — М.: Машиностроение, 1986. — 456 с.
Ухов Е. И. Формоизменяющие операции в производстве изделий. — Днепропет-
ровск: ДГУ. 1985. — 84 с.
Ухов Е. И. Основы технологии производства сварных соединений. — Днепропет-
ровск: ДГУ. 1985. — 95 с.
Цыплаков О. Г. Конструирование изделий из композиционных волокнистых
материалов. — Л.: Машиностроение, 1984. — 140 с.
Эффективность использования избирательных средств откачки при контроле герме-
тичности методом вакуумирования/А. И. Греков, Ф. П. Санин. — М., 1981. — Деи.
в ЦНТИ «Поиск». — Сер. Б. — № 035—267.
178
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 ИЗГОТОВЛЕНИЕ КЛЕПАНЫХ ОТСЕКОВ *
1.1. Соединение деталей клёпкой 4
1.2. Типовые детали и узлы клёпаных отсеков 13
1.3. Сборка клёпаных отсеков 17
1.4. Внестапельные работы 20
Глава 2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ БАКОВ И ОТСЕКОВ 22
2.1. Изготовление днищ 23
2.2. Изготовление корпусов баков 34
2.2.1. Изготовление обечаечного корпуса вафельной конструкции 34
2.2.2. Изготовление панелированного корпуса 40
2.3. Сборка баков и топливных отсеков 44
2.4. Изготовление тоннельных и магистральных трубопроводов 47
2.5. Испытания баков на прочность 48
2.6. Тарировка бака 49
2.7. Контроль геометрии бака 50
2.8. Мойка и сушка бака 52
2.9. Монтажные работы 52
2.10. Испытание на герметичность 54
2.11. Отделочные и заключительные работы 56
Глава 3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ИЗ КОМПОЗИЦИ-
ОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 57
3.1. Характеристика композиционных материалов 57
3.2. Полимерные композиционные материалы 62
3.3. КМ с одним или двумя металлическими компонентами 68
3.4. Технология изготовления элементов конструкции из КМ 71 V
3.4.1. Содержание техпроцессов переработки КМ 71
3.4.2. Способы формообразования КМ 73
3.4.3. Термообработка полимерных КМ 78
3 4.4. Механическая обработка КМ 78
3.4.5. Контроль качества 79
3-4.6. Оборудование, оснастка, инструмент 79
3.5. Основные тенденции развития КМ 80
Глава 4. ТЕХНОЛОГИЯ НАНЕСЕНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ 82
4.1. Методы тепловой защиты 82
4.2. Классификация видов ТЗП 87
4.3. Технология нанесения ТЗП 88
4.3.1. Требования, предъявляемые к ТЗП и технологии его нанесения 88
4.3.2. Методы нанесения и способы формообразования ТЗП 89
179
Глава 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ 92
5.1. Основополагающие характеристики 92
5.1.1. Основные понятия и определения 92
5.1.2. Единицы измерения 94
5.2. Методы контроля герметичности 96
5.2.1. Компрессионные методы контроля герметичности 103
5 2.2. Химические методы 104
5.2.3. Масс-спектрометрические методы 105
5.3. Подготовка изделий к испытанию на герметичность 113
5.4. Пути повышения герметичности изделий 115
5-4.1. Повышение герметичности основных конструкционных материалов 115
5-4.2. Повышение герметичности сварных соединений 116
5 4.3. Повышение герметичности монтажных стыков 117
5.4. 4. Применение специальных герметиков 119
Глава 6. ОБЩАЯ СБОРКА 120
6.1. Характеристика общей сборки 120
6.2. Организация общей сборки 121
6.2.1. Организация цеха общей сборки 121
6.2 2. Организация работ 122
6.3 - Сборочно-монтажные работы 123
6.4 . Сборка и стыковка ступеней ракеты 127
Глава 7. КОНТРОЛЬНО-ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ 136
7.1. Контроль выходных геометрических параметров ракеты 136
7 1.1. Контролируемые параметры. Методы контроля 136
71.2. Контроль положения действительной продольной оси ракеты 13В
7-1.3. Выставление опор под гидроприборы 146
7.1.4 . Выставление опорных пят ракеты. Контроль расположения заправочных
горловин и блоков разъемов 148
7.2. Взвешивание ракеты и определение положений центров масс 15Q
7.2.1. Общие положения 150
7.2.2. Взвешивание 150
7.2.3. Определение координаты центра масс на продольной оси ракеты боль-
шой длины 151
7.2.4. Определение координат центра масс в радиальных направлениях ракеты
большой длины 151
7.2.5. Определение координат центра масс в радиальных направлениях из-
делий средней длины 154
7.2.6. Определение координат центра масс в радиальных направлениях из-
делий малой длины 157
7.2.7. Определение координаты центра масс на продольной оси изделий
малой длины 158
7.2.8. Определение координат центра масс в продольной и радиальных на-
правлениях ракет средней и малой длины 158
7.2.9. Определение координат центра масс изделий средней и малой длины
по величине момента дисбаланса 160
7.3. Определение моментов инерции изделия 162
7.3.1. Основные положения 162
7.3.2. Определение моментов инерции на стенде 163
7.3.3. Определение осевых и центробежных моментов инерции в системе
координат стенда 164
7.3.4. Определение центральных осевых и центробежных моментов инерции 165
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
7.3.5. Порядок работы с изделием на стенде
7.4. Испытание ракетных систем
7.4.1. Общие положения
7.4 2. Этапы испытания ракетных систем
7.4 3. Виды испытаний
7.4.4. Содержание некоторых видов испытаний
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
166
166
166
168
170
171
174
177
Е. А. Джур, С. И. Вдовин, Л. Д. Кучма, В. А. Найденов,
Е. Ю. Николенко, Е. И. Ухов.
Т 38 Технология производства космических ракет: Учебник. — Днепропетровск:
Изд-во ДГУ, 1992. — 184 с.
ISBN 5—86400—ОЗС— 2
В учебнике для студентов, специализирующихся по конструированию и производству
носителей космических объектов, рассмотрены основные технологические процессы из-
готовления корпусов ракет-носителей.
Главное внимание уделено сборочно-монтажным и контрольно-испытательным опе-
рациям, используемым в современном ракетостроитслыюм производстве.
2705140400- 037
229(04) - 92
Заказное
ББК 39.63
Учебное издание
ЕВГЕНИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ ДЖУР
СЕРГЕЙ ИВАНОВИЧ ВДОВИН
ЛЕОНИД ДАНИЛОВИЧ КУЧМА
ВАСИЛИЙ АНДРЕЕВИЧ НАЙДЕНОВ
ЕВГЕНИЙ ЮРЬЕВИЧ НИКОЛЕНКО
ЕВГЕНИЙ ИВАНОВИЧ УХОВ
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА
КОСМИЧЕСКИХ РАКЕТ
Учебник
Технический редактор В. А. Усенко
Художественный редактор //. Ф. Меланчук
Корректоры Е. А. Зуева, Е. В. Нсдобой
Сдано в набор 16.11.91. Подписано в печать17.06.92. Формат 60*90'/i6. Бумага типо-
графская. Гарнитура литературная. Печать офсетная Усл. печ. л. 11,50. Усл. кр. отт.
11,64. Уч.-изд. л. 12,92. Заказ №2-240 Тираж 3000 экз. Изд. № 37. Заказное. Цена
договорная.
Издательство ДГУ, 320625, ГСП, г. Днепропетровск-10, пр. Гагарина, 72
Издание подготовлено при участии М.Ф. ’’Алекс”
Киевская книжная фабрика, 252054, Киев-54, ул. Воровского. 24
Издательство Днепропетровского университета в 1992 го-
ду готовит выпуск учебного пособия А. К. Линника «Кон-
струирование корпусов жидкостных баллистических ракет».
В учебном пособии изложены принципы конструирования
и варианты устройства отсеков, узлов и деталей корпуса жид-
костных баллистических ракет. Большое внимание уделено
конструкционным материалам и технологичности. Приведены
методики и примеры выбора параметров конструкций мини-
мальной массы. Даны систематизированные подходы к актив-
ному формированию конструкторских решений.
ББК 39.635—04
,к Л 59
гс УДК 629.762.2.024
Линник А. К.
р‘ Конструирование корпусов жидкостных баллистических ракет:
Учеб, пособие. — Днепропетровск: Изд-во ДГУ, 1992. — 11 п. л. —
5-86400-029-9.
'' 2705140400
амолёт своими руками?!