Способ обеспечения качества изготовления электромеханического устройства космического аппарата
METHOD FOR ENSURING THE QUALITY OF MANUFACTURING AN ELECTROMECHANICAL DEVICE OF A SPACECRAFT

Изобретение относится к электромеханическим устройствам космических аппаратов (КА) (например, электронасосные агрегаты (ЭНА), электроприводы антенн, электроприводы солнечных батарей и прочее, преимущественно телекоммуникационных спутников), которые должны быть работоспособны – безотказно функционировать в течение не менее 15 лет (ресурс не менее 140000 часов) в условиях эксплуатации КА на орбите.
Анализ данных эксплуатации электромеханических устройств в составе КА показывает, что безотказная работа их в первую очередь зависит от качественного изготовления электроприводов, у которых для обеспечения оптимальных рабочих характеристик, в том числе минимально возможной массы, экранирующую (герметизирующую) гильзу статора (см., например, схему ЭНА, приведенную на рис. 1.8, страница 17 книги “М.В.Краев, В.А.Лукин, Б.В.Овсянников. Малорасходные насосы авиационных и космических систем. М.:Машиностроение,1985” [1]), в настоящее время, выполняют из титанового сплава. И для обеспечения безотказной работы таких деталей в течение требуемого ресурса их технология должна гарантировать их размеростабильность и, тем самым, исключить увеличение осевой и радиальной сил сверх допускаемых, действующих в опорах ротора.
Известен способ обеспечениякачества изготовления титановых деталей проведением в определенной последовательности операций термообработки: отжига, отпуска и старения после черновой, затем чистовой механической обработки титановой детали, согласно п. 1.17 и п. 1.12 (согласно первому абзацу и последнему предложению третьего абзаца пункта) “ОСТ 92-9465-81. Детали из титановых сплавов. Технические требования” [2]. Причем основной операцией является операция отжига, которая обеспечивает снятие внутренних напряжений в металле, возникающих после механической обработки титановых деталей, а иначе, в результате релаксации внутренних напряжений, в дальнейшем, в процессе последующих этапов изготовления, испытаний, хранения и эксплуатации произойдет деформация титановой детали электропривода, что обуславливает возрастание осевых и радиальных нагрузок и, следовательно, повышенный износ опор и преждевременный отказ электропривода и электромеханического устройства.
Анализ источников информации по патентной и научно-технической литературе показал, что наиболее близким по технической сути – прототипом предлагаемого технического решения является способ обеспечения качества изготовления на основе [2].
Согласно [2] операцию отжига осуществляют в среде инертного газа или в вакууме при температуре, например, для деталей из титанового сплава ВТ16 от 550 до 600 °С в течение от 0,5 до 8 часов. При этом о качестве проведенного отжига судят визуально по проявлению на поверхности детали в виде цветов побежалости от соломенного до коричневого.
Анализ опыта изготовления ЭНА телекоммуникационных КА, принципиальная схема которого изображена на фигуре 1 (где 1-винт, 2-втулка, 3-корпус электродвигателя, 4-подшипник качения, 5-обмотка якоря, 6-ротор, 7-экранирующая (герметизирующая) гильза (тонкостенная) статора, 8-датчик положения ротора, 9-рабочее колесо насоса, 10-корпус насоса), показывает, что визуальный контроль не обеспечивает достоверный контроль качества проведенного отжига экранирующей гильзы статора (см. поз. 7 на фигуре 1) электропривода, т.к. в процессе изготовления и наземных испытаний и отработки ЭНА (в составе ЭНА его электропривод установлен штатно) были случаи разрушения конструкции экранирующей гильзы статора в районе датчика положения ротора (поз.8) с потерей герметичности (была проточена гильза в зоне датчика положения ротора) или заклинивания ротора (поз:6) (ротор не извлекался) в экранирующей гильзе статора (поз.7) ЭНА, т.е. отказ ЭНА из-за скрытого брака его электропривода.
Таким образом, известное техническое решение не обеспечивает качественное изготовление электропривода ЭНА КА.
Технической проблемой заявленного изобретения является низкие надежность и качество изготовления ЭНА КА.
Указанная проблема решается тем, что в предложенном авторами способе обеспечения качества изготовления электромеханического устройства космического аппарата, например электронасосного агрегата, содержащего электропривод, выполненный с возможностью свободного извлечения ротора из полости экранирующей гильзы статора, изготовленной из титанового сплава, включающий проведение её термообработки, в том числе отжига, после операций механической обработки и контроль качества термообработки, проводимый после заключительной термообработки до штатной установки ротора в полость экранирующей гильзы статора для дальнейшего штатного монтажа электропривода в состав электронасосного агрегата, причём при каждом контроле и перед штатной установкой ротор предварительно устанавливают в полость экранирующей гильзы статора с возможностью свободного извлечения ротора из неё, после этого электропривод прикрепляют к технологической подставке и прикладывают к концу вала постепенно увеличивающееся усилие до момента извлечения ротора из полости экранирующей гильзы статора и зафиксируют измеренную максимальную величину силы в процессе извлечения ротора, затем определяют величину суммарной нормальной силы, которая действовала на поверхностях наружных обойм подшипников в процессе извлечения ротора, и сравнивают с величиной допустимой суммарной нормальной силы на поверхностях наружных обойм подшипников в процессе извлечения ротора в случае качественной термообработки экранирующей гильзы статора, которые оцениваются согласно формуле
| F
|  =  | F
| /
)  ≤
| F
|  =  | F
| /
),
N
извл
тр
N
доп
извл.доп
тр
2K2K
| F
|
N
где 2 – суммарная нормальная сила, которая действовала на поверхностях наружных обойм подшипников в процессе извлечения ротора  кгс ;
| F
|
N
доп
2 – допустимая суммарная нормальная сила на поверхностях наружных обойм подшипников в процессе извлечения ротора  в случае качественной термообработки экранирующей гильзы статора на основе опытных данных , кгс ;
| F
|, | F
|
| F
|
| F
|
извл
извл.доп
N
N
доп
– сила извлечения ротора,  направленная против суммарных сил трения, возникающих при его извлечении в контактах поверхностей внешних обойм подшипников  и экранирующей гильзы ротора, соответственно при определении  2и  2 , кгс;
тр
=
K0,3 – коэффициент сухого трения на воздухе  для поверхности из титанового сплава на основе опытных данных,
и по результатам сравнения вышеуказанных величин нормальных сил судят о качестве изготовления электропривода электромеханического устройства. Что и является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками заявленного изобретения.
В результате анализа, проведенного авторами известной патентной и научно-технической литературы, предложенная совокупность существенных признаков заявляемого технического решения в известных источниках информации не обнаружено и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемом способе обеспечения качества изготовления электромеханического устройства КА.
На фигуре 2 изображена принципиальная схема реализации предлагаемого авторами технического решения, где 1-винт, 3-корпус электродвигателя, 4-подшипник качения, 5-обмотка якоря, 6-ротор, 7-экранирующая (герметизирующая) гильза (тонкостенная) статора, 8-датчик положения ротора.
Предлагаемый способ контроля качества изготовления  электропривода включает в себя следующие нижеуказанные основные операции:
1. Изготавливают экранирующую гильзу 7 электропривода из титанового сплава проведением термообработки после операций механической обработки;
2. Изготавливают электропривод в сборе и проводят различные испытания в обеспечение качества его изготовления (цикл изготовления около одного года);
3. При контроле качества изготовления, например, сразу после сборки электропривода, после испытаний на термоциклирование и до штатной установки ротора 6 в полость экранирующей гильзы статора 7 для дальнейшего штатного монтажа электропривода в состав электронасосного агрегата осуществляют сборку схемы контроля качества электропривода согласно фигуре 2 (втулка 2 не установлена);
4. Постепенно повышая величину приложенного к ротору 6 усилия, фиксируют величину силы извлечения ротора (совместно с подшипниками качения 4) из экранирующей гильзы статора 7 - в случае качественно проведенных её отжигов, в частности, перед заключительной механической обработкой, она должна быть, например не более 0,35 кгс, а допустимая суммарная нормальная сила на поверхностях наружных обойм подшипников 4 в процессе извлечения ротора 6, в случае качественной термообработки экранирующей гильзы статора 7, не более 1,17 кгс (на основе опытных данных конкретной конструкции) .
Таким образом, в процессе изготовления электропривода, в результате осуществления предложенного способа  обеспечения  качества изготовления, достигается качественное и надёжное изготовление электропривода без скрытого брака перед штатным монтажом его в состав ЭНА.