Особенности технологии криогенных испытаний узлов летательных аппаратов

Решетневские чтения

Н. В. Батуров, Ю. А. Филиппов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ КРИОГЕННЫХ ИСПЫТАНИИ УЗЛОВ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Рассмотрены особенности технологии криогенных испытаний узлов пневмогидравлических систем и автоматики с целью совершенствования и повышения работоспособности изделий летательных аппаратов.

В процессе изготовления узлов летательных аппаратов большое значение имеет проверка их работоспособности в реальных условиях. Одним из определяющих факторов испытаний узлов летательных аппаратов является имитация условий, в которых будет работать испытываемый узел, в том числе и испытание на воздействие на них криогенных температур. Так для заправки ракет в условиях стартового комплекса производится охлаждение кислорода в резервуарах до температуры 85 К с последующим его термостатированием до температуры Т ~ 70 К, после чего производят заправку ракеты глубоко охлажденным кислородом. Узлы и детали, установленные в баке, и магистрали, по которым производится заправка ракеты в процессе изготовления, подвергаются испытаниям и проверке их работоспособности при криогенных температурах. Одним из наиболее экономичных способов достижения температуры ниже равновесной является вакуумирование парового пространства. Основное преимущество данного метода - простота технологической схемы и оборудования и их надежность [1].

Понижение температуры при откачке паров, находящихся над зеркалом жидкости, обусловлено термодинамическими свойствами двухфазной системы пар-жидкость. В этой области для каждого вещества существует однозначная зависимость Е = / (р), т. е. каждому значению давления паров соответствует строго определенная равновесная температура; при этом меньшим давлениям - меньшее значение температуры и наоборот. В процессе откачки паров над жидкостью в адиабатных условиях давление понижается и происходит интенсивное испарение жидкости, сопровождающееся поглощением теплоты, которая отбирается от оставшейся жидкости, что приводит к понижению ее температуры. В итоге устанавливается новое равновесное состояние Е = /(р) при более низких значениях давления и температуры, но при этом часть жидкости теряется в процессе испарения.

Для равновесного процесса в адиабатных условиях и при отсутствии потерь справедливо следующее уравнение теплового баланса [2]:

Ос^Т = гёО,

где О - масса жидкости; с - удельная теплоемкость жидкости; ёТ - понижение температуры; ёО - масса испарившейся жидкости; г - теплота испарения.

Запишем уравнение (1) в виде

О ёО Т с

IО = 1 с^т.

Оо О То г

После преобразования уравнения (2) получим

1п ( Оо/ О ) = 1( с,¡г ) ёТ,

где О0 и Т0 - начальная масса и температура жидкости; О и Т — текущие значения.

Для расчета по функции (3) с, и г находят в

справочной литературе в зависимости от температуры. При приближенном расчете принимают среднее значение с,, а теплоту испарения аппроксимируют зависимостью

г

/ \0,38

( 1-т ^

1-т

где т = Т/Тр; индекс 1 относится к состоянию

при атмосферном давлении.

Подставив эти значения, в уравнение (3) и

проинтегрировав его, получаем

1п О =

— (л Ч0,38 т0,38

с, (1 - т1 ) Ткр

0,62Т;

/ \0,62 / \ 0

По уравнению (3) можно построить графические зависимости для криогенных жидкостей. По этим графикам легко определить изменение температуры в зависимости от массы испарившейся жидкости Т = ДО/О0).

Рассмотренные зависимости относятся к идеализированному процессу без учета потерь. Реальный процесс вакуумирования происходит при наличии ряда потерь, основные из которых связаны с неравномерностью процесса испарения, гидросопротивлением на линии вакуумирования и теп-лопритоками. В итоге производительность системы уменьшается, и время вакуумирования увеличивается. Влияние неравномерности менее существенно, когда жидкость кипит во всем объеме,

Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли

для этого при вакуумировании жидкого кислорода и азота применяют искусственное разрушение поверхностного слоя жидкости, что значительно уменьшает потери.

Проведенные первичные эксперименты показали, что при применении перемешивания жидкости уменьшается время выхода испытательного оборудования на заданный режим, а так же сокращается расход криоагента (жидкий азота) за счет увеличения интенсивности испарения.

Библиографический список

1. Краев, М. В. Введение в холодильную и криогенную технику : учеб. пособие / М. В. Краев ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2002.

2. Архаров, А. М. Криогенные системы : учебник для вузов по курсу «Криогенная техника» / А. М. Архаров, В. П. Беляков, Е. И. Микулин и др. М. : Машиностроение, 1987.

N. V. Baturov, Y. A. Filippov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

FEATURES OF TECHNOLOGY OF CRYOGENIC TESTS OF NODES FLYING MACHINES

Features of technology of cryogenic tests ofpneumatichydraulic nodes systems and automatics for the purpose ofperfection and increase of working capacity ofproducts offlying machines are considered.

© Батуров Н. В., Филиппов Ю. А., 2009

УДК 621.914

М. Л. Белявский Украинская академия печати, Украина, Львов

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОТВЕСТВЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований возможности повышения производительности механической обработки в условиях аэрокосмической отрасли путем реализации технологии резания с опережающим пластическим деформированием.

В последние десятилетия в развитых странах мира наметилась тенденция ускоренного развития аэрокосмической промышленности, что предопределяет прогресс металлообрабатывающего производства. Перед ведущими машиностроительными предприятиями ставится задача создания и усовершенствования существующих технологий механической обработки с целью повышения конкурентоспособности, надежности и обеспечения высокого уровня эксплуатационных свойств ответственных деталей аэрокосмических аппаратов.

В технологии механической обработки сформировалась тенденция перехода от абразивной обработки к лезвийной.

Сегодня чистовую и получистовую обработку поверхностей проводят инструментом, оснащенным твердым сплавом и очень редко сверхтвердыми материалами, поскольку сверхтвердые материалы не находят широкого применения у отечественных производителей, а связано это с отсутствием производственного опыта и практических рекомендаций по рациональному примене-

нию СТМ. Вместе с тем остаются нерешенные вопросы реализации высокопродуктивного процесса механической обработки алюминия, незакаленных сталей и чугунов и других конструкционных материалов.

Повышение производительности механической обработки ответственных деталей аэрокосмических аппаратов возможно за счет усовершенствования существующей технологии механической обработки, путем реализации процесса резания с опережающим пластическим деформированием.

Принципы реализации метода холодного деформационного упрочнения материала перед обработкой резанием и некоторые его преимущества сформулированы Я. Г. Усачевым в 1915 г. Академик В. Д. Кузнецов в 1956 г. говорил что это небольшая, сжато и ясно написанная работа производит очень сильное впечатление тонкостью эксперимента, глубиной мыслей, смелостью и убедительностью выводов.

До 1950-х годов метод обработки резанием материала, подвергнутого холодному деформаци-