Разработка технологии нанесения токопроводящего покрытия в каналах малого сечения

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

УДК 621.52

А. А. Бирюков Научный руководитель - В. Г. Сапожников Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ ТОКОПРОВОДЯЩЕГО ПОКРЫТИЯ В КАНАЛАХ МАЛОГО СЕЧЕНИЯ

Рассматривается разработка технологии создания токопроводящего покрытия в волноводах малого сечения.

Освоение высокочастотных радиодиапазонов систем спутниковой связи обусловлено созданием волноводных трактов миллиметрового диапазона. А также «Межведомственный перечень приоритетных направлений развития науки, технологии и техники, критических технологий, реализуемых в ракетно-космической промышленности в интересах создания перспективных космических средств различного целевого назначения на 2008-2012 годы» [1]. Волноводы должны обеспечивать малые потери энергии в интервале рабочих температур (210-370° К), иметь небольшой вес и габариты. В качестве конструкционного материала для трубы волновода выбрана нержавеющая сталь, имеющая высокие удельные характеристики.

К токопроводящему покрытию волновода также предъявляется ряд требования: применение металлов с высокой проводимостью, обеспечивающие минимальные потери. В нашем случае выбрана медь марки М2, так как она обладает хорошим сцеплением с различными металлами, а по электропроводности и теплопроводности медь уступает лишь серебру [2].

Для обеспечения малых потерь внутренние размеры волноводов мм-диапазона должны быть весьма точными. Данным требованиям соответствуют покрытия, полученные в вакууме.

В настоящее время основным методом получения токопроводящего покрытия на внутренней поверхности волновода является гальванический метод. Данный метод из-за присущих ему недостатков, основной из которых невозможность получения равномерного покрытия с заданной толщиной, для волноводов малого сечения является неприемлемым.

Произведенный обзор патентных и литературных источников выявил технические решения, в которых получение токопроводящего покрытия осуществляется в вакууме.

На основании проведенного анализа и предварительных расчётов, предлагается способ изготовления волноводов, заключающийся в нанесении в вакууме токопроводящего слоя на внутреннюю поверхность круглого волновода малого сечения. Способ позволяет получать токопроводящие покрытия, соответствующие практически всем требованиям предъявляемым данным типам волноводам.

В таблице даны примеры механизмов конденсации различных материалов на аморфных подложках.

Следует отметить, что механизм конденсации зависит (в первом приближении) от соотношения температур подложки Тп и температуры плавления Тпл конденсирующихся веществ. При изменении Тп может изменится механизм конденсации. Так как технологический аспект процесса конденсации отражает характер распределения толщины плёнки вдоль поверхности подложки и рассматривает влияние геометрических параметров испарения (размеров и формы испарителей и подложки, их взаимного расположения) и режима металлизации на равномерность толщины покрытия [3].

Испаряемое вещество Температура подложки Характерный механизм конденсации

Ы, Бп, РЬ, Аи, Си, А§, А1 Тп < (2/3)Гпп (1/3)7^ < Тп < Тп (2/3) Тп > (2/3)7пл Тпл < (1/3)Тпл Пар-Кристалл

тп, Мй, са, БЬ Ы, Бп, РЬ, Аи, Си, А§, А1

Пар-Жидкость-Кристалл

За остнаску камеры, после проведённого анализа была принята модель устройство для нанесения покрытий в вакууме [4]. Данное устройство можно использовать для нанесения покрытий на внутренние поверхности прямых изделий цилиндрического сечения.

Устройство для нанесения на внутреннюю поверхность длинномерных цилиндрических изделий содержит осесимметрично установленные катод, анод и подложкодержатель. Катод выполнен в виде семейства прямолинейных гибких элементов, образующих однополосный гиперболоид, концы которых закреплены на фланцах равномерно по окружности, причем один из фланцев выполнен с возможностью перемещения вдоль оси подложкодержателя, а другой - с возможностью поворота, вокруг нее.

На настоящий момент времени производится подготовка к предварительному эксперименту.

Технологический процесс содержит следующие основные этапы:

1. Обработка поверхности опытного образца.

2. Внутри-камерная обработка поверхности.

3. Нанесение токопроводящего покрытия.

4. Контроль поверхности.

5. Окончательный контроль волноводной секции.

Секция «Проектирование машин и робототехника»

Библиографические ссылки

1. Федеральное космическое агентство космические войска министерства обороны Российской Федерации: Межведомственный перечень приоритетных направлений развития науки, технологий и техники, критических технологий, реализуемых в ракетно-космической промышленности в интересах создания перспективных космических средств различного целевого назначения на 2008-2012 годы.

2. Арзамасов Б. Н., Брострем В. А., Буше Н. А.

[и др.]. Конструкционные материалы : справ. М. : Машиностроение, 1990.

3. : Костржицкий А. И., Карпов В. Ф., Кабан-ченко М. П., Соловьева О. Н. Справочник оператора установок по нанесению покрытий в вакууме. М. : Машиностроение, 1991.

4. Журавлев А. В., Иванов В. М., Дубинин Г. В. Устройство для нанесения на внутреннюю поверхность цилиндрических изделий. А. с. 1543873 СССР, МКИ С 23 С 14/34.

© Бирюков А. А., Сапожников В. Г., 2010

УДК 621.452.32

М. Ю. Вавин, А. Ю. Тисарев Научный руководитель - А. С. Виноградов Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева, Самара

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЯ В СОСТАВЕ ВОЗДУШНЫХ СИСТЕМ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Разработан алгоритм, позволяющий проектировать уплотнения в системе внутреннего воздухоснаб-жения авиационного двигателя и энергетической установки. Алгоритм связывает результаты расчета коэффициентов конвективной теплоотдачи в зависимости от параметров потока с расчетом силовых и температурных деформаций с помощью программного комплекса на основе метода конечных элементов.

Развитие газотурбинных двигателей связано, прежде всего, с увеличением параметров цикла. Однако достигнутые параметры цикла современных двигателей близки своим предельным значениям и повышение эффективности АД и ЭУ связано с совершенствованием отдельных элементов конструкции [1; 2]. Именно поэтому необходимо обратить внимание на другие элементы двигателя, среди которых следует особо выделить уплотнения газовоздушного тракта двигателя и опор.

При проектировании системы внутреннего воз-духоснабжения газотурбинного двигателя и системы охлаждения турбины как наиболее сложной ее части, как правило, рассматривается несколько различных вариантов конструктивного исполнения. После компоновки каждого из таких вариантов нужно оценить параметры системы охлаждения и выбрать наиболее приемлемый ее вариант. В качестве критерия оценки качества системы выступает выполнение требований технического задания по охлаждению деталей горячей части, уровень утечек охлаждающего воздуха в тракт, расход охлаждающего воздуха, и другие.

Такой подход приводит к возникновению необходимости решения обратной задачи: по известной геометрии каналов и значениям газодинамических параметров (как правило - давления и температуры) необходимо определить параметры потоков по всей сети. При этом расчет должен учитывать влияние подогрева потока, поскольку температуры элементов системы обладают значительной неравномерностью.

Метод расчета основан на представлении системы охлаждения в виде графа, из которого выделяются базисные хорды и строится минимальное дерево [3]. Математическая модель описывается соотношениями, вытекающими из законов Кирхгофа, и замыкающим соотношением, характеризующим взаимосвязь между напором, гидравлическим сопротивлением и расходом в ветвях графа. В результате ряда преобразований получается система уравнений относительно приращений на хордах графа. Количество уравнений равно числу линейно независимых контуров, благодаря чему существенно сокращается время расчета. Расчет выполняется методом последовательных приближений с учетом подогрева воздуха в каналах системы охлаждения.

Расчет параметров системы воздухоснабжения можно разделить на несколько этапов:

1. Формирование модели системы охлаждения, определение геометрических параметров элементов системы.

2. Задание граничных условий для свободных узлов (давление и температура).

3. Задание температур стенок каналов для учета подогрева воздуха.

4. Расчет системы.

5. Анализ результатов расчета.

Необходимо указать среднюю температуру стенок каналов. Как правило, на этапе проектирования системы эти значения не известны. Поэтому задача должна решаться методом последовательных приближений (рисунок). В первом приближении температуры задаются по данным прототипа или из опыта