автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.04, диссертация на тему:Научные основы технологической подготовки производства радиопрозрачных обтекателей летательных аппаратов из кварцевой керамики

Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт»

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА РАДИОПРОЗРАЧНЬГХ ОБТЕКАТЕЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ИЗ КВАРЦЕВОЙ КЕРАМИКИ

Специальность: 05.07.04 - технология производства

Для служебного пользования

РУСИН Михаил Юрьевич

УДК 629.73.002: 666 775

летательных аппаратов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Харьков 2001

Диссертация является рукописью

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской федерации ОНПП «Технология» и Национальном аэрокосмическом университете им. Н.Е Жуковского «ХАИ» Министерства образования и науки Украины

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Ромашин Александр Гаврилович, ГНЦ РФ ОНПП «Технология», Генеральный директор

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Божко Валерий Павлович, Национальный аэрокосмический университет им. U.E. Жуковского «ХАИ», заведующий кафедрой

доктор технических наук, с.н.с. Титов Вячеслав Андреевич, НИЦ «Авиационные материалы» ОАО УкрНИАТ, заместитель директора

доктор технических наук, профессор Бычков Сергей Андреевич, АНТК «Антонов», главный инженер

Ведущая организация: ГП «Харьковский научно-исследовательский

институт технологии машиностроения» Государственного комитета промышленной политики Украины, г. Харьков

Защита состоится ДЯ ¿лрт^ 2001 г. в /уг-счасов на заседании специализированного ученого совета Д64.062.04 в Национальном аэрокос мическом университете им. Н.Е. Жуковского «ХАИ» по адресу: 61070, г. Харьков, ул. Чкалова, 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального аз рокосмического университета им. Н.Е. Жуковского «ХАИ», 61070, г. Харько! ул. Чкалова, 17.

Автореферат разослан SM't 2001 г.

Ученый секретарь

специализированного ученого совета ~ '-!■ ■ Корнилов Г.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В последние годы в связи с резким увеличением скоростей летательных аппаратов (ЛЛ) возрастают требования к обеспечению теплозащиты, термопрочности и стабильности радиотехнических характеристик обтекателей радиоантенн всех классов ракет и самолетов. В связи с этим применяемые ранее стеклопластиковые обтекатели ЛА не обеспечивают их работоспособности при скоростях полета V >5 М, что привело к созданию обтекателей ЛА из конструкционной керамики. Специфические особенности технологии производства обтекателей ЛА из керамики способствовали выделению этой отрасли авиационно-космической промышленности за рубежом в самостоятельную, в которой работает свыше 70 фирм.

В условиях непрерывного роста обьема выпуска и номенклатуры керамических обтекателей ЛА с различными летно-техническими характеристиками (ЛТХ) весь прежний эмпирический опыт их технологической подготовки и самого производства оказывается недостаточным для организации крупномасштабного мобильного серийного выпуска изделий потребного качества и высокой экономической эффективности, которые потенциально обеспечивает кварцевая керамика. В связи с этим разработка научных основ технологической подготовки производства обтекателей ЛА из кварцевой керамики является актуальной проблемой.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертация выполнялась в рамках Федеральной космической программы, программ: фундаментальных и прикладных НИОКР Миннауки и технологий РФ, «Национальная технологическая база», «Реструктуризация и конверсия оборонной промышленности», а также более 20 поисковых, фундаментальных и прикладных тем, внутренних и зарубежных контрактов.

Целью диссертации является разработка научных основ технологической подготовки, специфического для авиационно-космической отрасли промышленности производства керамических обтекателей ЛА, обеспечи-

вающих создание изделий данного класса, соответствующих современным и перспективным мировым требованиям.

Для достижения этой цели в диссертации решались следующие задачи:

1. Разработать систему прогнозирования эксплуатационных свойств керамических материалов в обтекателях ЛА, реализуемых в процессе их изготовления.

2. Создать теоретическое обеспечение отработки обтекателей Л А из кварцевой керамики на технологичность.

3. Разработать концепцию и принципы формирования рациональных технологических процессов изготовления керамических обтекателей Л А.

4. Разработать принципы и методы создания и совершенствования технологического оборудования и оснащения для производства обтекателей авиационной и ракетно-космической техники (АРКТ) из кварцевой керамики.

5. Создать методологические и научные основы наземных испы таний керамических обтекателей ЛА.

6. Внедрить результаты диссертации в НИИ и на предприятиях в качестве руководящих технических материалов (РТМ), методик и процессов, а также обеспечить серийное производство обтекателей ЛА для нужд авиационного и ракетно-космического комплекса России и Украины.

Объектом исследования является технологическая подготовка производства специфических для АРКТ изделий - радиопрозрачных обтекателей антенн из кварцевой керамики, представляющих собой предмет исследования.

Методы исследования. При синтезе системы прогнозирования эксплуатационных свойств обтекателей из керамики (раздел 2) использованы методы статистического анализа, теории алгоритмов, методы обеспечения надежности технических систем (дерево отказов), механических испытаний образцов, регрессивного, спектрального и дериватографического анализа.

При синтезе теоретических основ отработки керамических обтекателей ЛЛ на технологичность (раздел 3) использованы аналоговый, структурный и аналитический методы, методы математического программирования, вероятностно-статистические методы.

При разработке концепции и принципов рациональных технологических процессов изготовления керамических обтекателей ЛА (раздел 4) использованы методы порошкового материаловедения (измельчения, шлнкер-ного литья, спекания), кинематики частиц твердого тела в жидкой среде, теории шлифования, статистического анализа.

Синтез научных основ создания и совершенствования технологического оборудования и оснащения для производства керамических обтекателей ЛЛ (раздел 5) выполнен с использованием методов тсхнико-чконпмического анализа, квалиметрии и метрологии.

При разработке методологических и научных основ наземных испытаний керамических обтекателей ЛА использован системный подход, неразру-шающие методы контроля, тензометрия, методы тепловых испытаний при импульсном и радиационном нагреве, компьютерные и информационные интегрированные технологии, вибрационные, радиоизмерительные методы.

Научная новнзна диссертации вытекает из поставленных цели и задач исследования и включает в себя следующие основные результаты; • В научно-методологическом аспекте: - впервые разработано новое научное направление в технологии производства ЛА, концептуально основанное на общих принципах и методах системы технологической подготовки производства АРКТ, но отражающее и включающее в себя специфические особенности объекта: новую комплексную систему прогнозирования эксплуатационных характеристик керамических материалов, реализуемых в процессе изготовления обтекателей; модифицированный комплексный критерий технологичности изделий; новые принципы разработки рациональных технологических процессов и оснащения; структурную модель системы наземной отработки.

• В экспериментально-теоретическом и прикладном аспектах:

- впервые разработаны математические модели, реализованные новыми методиками определения: критичного для керамики предела прочности при растяжении; параметров статистического распределения прочности, пористости, плотности, коэффициента направленного теплового излучения; моделирования динамики процесса измельчения шихты в мельницах; прогнозирования временного цикла заполнения формы шликером;

- разработаны теоретические основы новых технологий: гравитаионно-капиллярного метода формования заготовки; ускоренной сушки и обжига керамических оболочек и форм; шлифования заготовок; методов и средств обеспечения РТХ обтекателей; применения чувствительных элементов т оксида олова при наземной отработке изделий: компьютерной регистрации и анализа процесса разрушения обтекателей в реальном режиме времени.

Практическая значимость полученных результатов.

• Разработаны и внедрены в производство:

- РТМ, методики, технологические процессы, а также программное обеспечение для реализации новых методик сопровождения основных этапов технологической подготовки и производства керамических обтекателей;

- новое оборудование и оснащение: эффективные футеровки мельниц; формовые комплекты для отливки заготовок обтекателей; новые установки для контроля и обеспечения прецизионного шлифования заготовок; стенды для теполопрочностных испытаний изделий; уникальный стенд для измерения радиотехнических характеристик. Это позволило сократить длительность различных процессов в 1,3...2,5 раза, расход электроэнергии - в 3...3,5 раза, увеличить производительность от 30 до 200%, повысить КПД в 1,5 раза;

- более 20 марок керамических материалов для обтекателей ЛА;

- более 20 типов обтекателей ЛА, внедренных на предприятиях ГНПЦ «Звезда-Стрела», МКБ «Факел», МКБ «Радуга», МКБ «Новатор», МНИИ «Агат», в ракетном комплексе С-300, ряде противорадарных, противокорабельных ракет, выпускаемых серийно. • Налажено серийное производство обтекателей ЛА на заводе «Автостекло» (г. Константиновна, Украина), обеспечившее экономический эффект более Г млн. рублей в ценах конца 80-х годов.

Экономическая эффективность внутренних и международных контрактов на производство керамических обтекателей ЛА, в частности, контрактов с Китаем на разработку новых ОКР и поставку обтекателей ракетных комплексов типа С-300 (более 3 млн. долл. США), составила существенную часть прибыли предприятия и государства.

Личный вклад соискателя составляют решенные им научно-технические проблемы, включающие в себя концепции, принципы и общие математические модели, явившиеся научно-технической основой технологической подготовки производства керамических обтекателей ЛА, на базе которых получены новые конкретные теоретические результаты, опубликованные в 16 статьях без соавторства. В коллективных результатах автору принадлежат идеи, общие подходы в решении конкретных задач, а также осуществление научного руководства и личного участия. В масштабных практических результатах (организация, отладка технологии производства обтекателей ЛА и запуск их в серию, создание испытательных стендов и технологической оснастки и т.д.), полученных коллективом, возглавляемым автором, последним выполнялась роль научного руководителя, консультанта и организатора. Комплекс работ данного направления отмечен премией Правительства РФ за 1998 г.

Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты ; многократно докладывались автором на всесоюзных и международных конференциях «Конструкции и технология получения изделий из неметаллических материалов» (г. Обнинск, ОНПП «Технология» Х-1990 г., Х1-1991 г., ХН-1992 г., Х1И-1994 г., XIV-1995 г., ХУ-1998г.), в

МВТУ им. Баумана (декабрь 1989 г.), в г. Минске (апрель 1990 г.), на IV Европейской конференции «Материалы в экстремальных условиях» (г. С.Петербург, июнь 1993 г.), на 1 международном симпозиуме «Передовые термические технологии и материалы» (г. Москва, январь 1997 г.), на ежегодных НТК Национального аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского «ХАИ» (г. Харьков, 1994-2000 гг.), на 14-й Российской НТК «Неразрушаю-щий контроль и диагностика» (г. Москва, июнь 1996 г.). на 2-й Всероссийской НТК «Прочность и разрушение, материалов и конструкций» (г. Орск, июнь 2000 г.). Международной НТК «Материалы и покрытия в экстремальных условиях» (Кацивели. Крым, Украина. 2000 г.).

Керамические обтекатели и оснащенные ими JIA демонстрировались на специализированных выставкач и авиационных салонах Франции. O/VJ. Англии, Польше, Чехии. Китае, Венгрии, Югославии, Чили. Аргентине и других странах, а также на международных авиакосмических салонах Ле-Бурже (.1998 г.), Фарнборо (2000 г.), МАКС-93. МАКС-95. МАКС-97, МАКС-99.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 18 статьях в сборниках научных трудов изданий перечня ВАК Украины (бюл. №4, 5, 1999 г.), трех статьях приоритетных изданий РФ, 28 авторских свидетельствах, патенте РФ, 18 отчетах о НИР, 12 материалах и тезисах конференций.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 414 страницах, включающих в себя 239 страниц основного текста, 165 иллюстраций, 43 таблицы, список использованных источников из 282 наименований. Работа состоит из введения, 7 разделов, выводов и Приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, ее научная новизна, практическая значимость, личный вклад автора, указаны сведения об апробации, публикациях и структуре диссертации.

В первом разделе проведен анализ состояния проблем технологической подготовки производства (ТГ1П) радиопрозрачных обтекателей радиоантенн ЛА из керамических материалов.

Радиопрозрачный обтекатель, защищающий антенну головки самонаведения от аэродинамического напора и нагрева, является наиболее ответственным элементом головной части современной ракеты и большинства скоростных самолетов. Основные характеристики обтекателей определяются назначением и условиями эксплуатации ЛА. Наличие радиолокационной системы наведения и управления требует изготовления обтекателя из радиопрозрачного материала, обеспечивающего минимальное искажение электрома!-нитного поля. Высокие скорости полета обуслгвливают необходимость стойкости материала к высоким температурам, мощным тепловым потокам и аэродинамическим силам.

Среди неметаллов такими материалами являются керамика и стеклопластик, причем последний может применяться только до скоростей полета ЛА V < 5М . В диссертации приведена общая характеристика и дан анализ керамических материалов и показано, что одним из самых перспективных материалов является кварцевая керамика (рис. 1, б), ю ......

о 5 10 15 20 25 30 Г.с

а б

' -' Рис. 1. Предельные возможности керамических материалов: а - по тепловым и инерционным нагрузкам; б - по радиотехническим характеристикам

30 Г .с

В разделе показано, что система ТПП Л А, являющаяся синтезом многолетнего опыта и результатов фундаментальных исследований ведущих

отечественных ученых в области АРКТ и исследователей, методологически и структурно не должна претерпевать существенных изменений применительно к системе ТПП керамических радиопрозрачных обтекателей ЛА. Однако, сохраняя форму классической, она должна существенно изменить свое содержание, отражающее специфические особенности кварцевой керамики как конструкционного материала, конструкции обтекателей ЛА и технологии их производства.

В диссертации отмечается большой вклад в разработку керамических материалов и технологию их переработки в изделия ученых ИПМ ПАН Украины, МХТУ им. Д.И. Менделеева, а также ГИД «Технология« Ромашина А.Г., Пипинского ЮН. Викулина В В., Русановой Л.И. и других ок-чествен-ных и зарубежных ученых.

Однако комплексная проблема создания научных основ ТПП обтекателей ЛА из кварцевой керамики, несмотря на накопленный опыт и ряд теоретических результатов, относящихся к отдельным ее этапам и аспектам, еще не решена в полном объеме. Для решения этой проблемы в диссертации сформулирована цель и задачи исследования.

Второй раздел посвящен разработке комплексной системы прогнозирования эксплуатационных свойств кварцевой керамики в радиопрозрачных обтекателях ЛА, реализуемых в процессе их изготовления.

В разделе предложен метод оценки совершенства технологического процесса (ТП) изготовления обтекателей ЛА, реализуемый алгоритмом, блок-схема которого приведена на рис. 2.

В блоках схемы обозначено:

Пи, Пг1и - количество измерений свойства на стандартных образцах и на дополнительных образцах-свидетелях, соответствующих данному ТП; 5 - допуск (максимальная ошибка) при испытании доверительного объема

выборки с заданной доверительной вероятностью; М0, Ми, ¿>0, 8и - матожидания вы борок для стандартных образцов и образцов-свидетелей изделия и соответствующие им допуски.

Рис. 2. Блок-схема алгоритма оценки совершенства ТП изготовления керамических обтекателей ЛА

Анализ оценки вероятности отказов (риска) в звеньях ГП производится с помошью построения первичного дерева отказов. В конце каждой вегви определяется итоговая вероятность отказа. Анализ уровней июговых вероя!-ностей всех ветвей позволяет, используя аппарат теории риска, исключить часть из них, построив вторичное дерево отказов, информация которого является исходной для анализа параметров ТГ1 изготовления обтекателей.

В разделе предложен новый критерий хрупкого разрушения керамических материалов, постулирующий, что разрушение элемента конструкции происходит при достижении в некотором объеме предельного значения потенциальной энергии упругих деформаций растяжения. На основе этого критерия предложена методика определения предела прочности керамики при растяжении 0"й, являющегося критическим в плане исчерпания несущей способности керамических изделий, по результатам стандартных испытаний образцов на изгиб, а также термостойкости 0 \

е = °««Л-у) т

(I)

в ~ л/6 ' Еа

где Се - предел прочности при изгибе; Е, \\а - модуль упругости, коэффициенты Пуассона и линейного термического расширения; 7^- коэффициент теплопрочности, зависящий от свойств керамики.

Эта методика позволяет при оценке качества ТП изготовления изделий из керамики выявить в интегральном виде влияние несовершенств технологии.

Разработана новая методика определения параметров статистического распределения прочности керамических изделий по результатам стандартных испытаний образцов на изгиб, основанная на математической модели распределения Вейбулла.

Функция распределения для разрушающего напряжения <Х„ имеет вид

Р\(ав) = 1-ехр

': /

О д А ,)'.'/) чг,>

Г Я-/(X.У//.)-сг{

(2)

где К - номинальное напряжение, / {\ А, - функция координат, (70 -минимальное значение прочности дефектного образца; Г'0 - объем обтекателя, находящийся под действием напряжений; сг , - средняя прочность образца; а - показатель степени в распределении Вейбулла.

<Т0, сг и а являются парамеграми распределения Вейбулла, полученными при испытании образцов с эталонным объемом V. Для расчета обтекателей введена гипотеза о том, что интенсивность напряжений 2

<г,{Х,У,г)=—л/(ег, -а2)2 +(а2^3)2 +(а} -а3)2 +б(т+

о-«,

(3)

вносит в разрушение изделия такой же вклад, как и равное ей по величине напряжение в образце.

Это позволяет использовать для расчета вероятности разрушения изделия результаты эксперимента по определению прочности на образцах.

Модифицирована отработанная ранее в ГНЦ РФ ОНПГ! «Технология» методика определения плотности, пористости, модуля упругости ультразвуковым методом, адаптированная к особенностям керамических материалов.

На основе регрессивных моделей обработки больших партий образцов кварцевой керамики, взятых из изделий, получены расчетные зависимости. В табл. 1 приведены значения плотности и модуля упругости для материала НИАСИТ 8 ПП, измеренные на одних и тех же образцах УЗ-методом и по известным методикам.

Таблица I

Сравнительные результаты измерения плотности и модуля упругосги для материала НИАСИТ 8ПП

I п/п

Скорость Плотность, кг/м''

| Скорость! УЗ(С), !

Модуль упругости, МПа

м/с ПМ596. УЗ-метод Раз- м/с ПМ596.¡УЗ-метод Раз-

368 (ПМ 596.1405) ность 368 (ПМ 596.1405) ность

1 3900 1939,6 1943,9 -4,8 4188 34300 33230 1070

2 4160 1957,5 1956 1,5 4309 34400 35670 -1270

3 4300 1964 1964 0,1 4354 34900 36570 -1670

4 4440 1973 1973,2 -0,1 4478 38900 39070 -170

5 4610 1987 1985,9 1,2 4548 39300 40480 -1180

6 4800 1999 2002 -3,2 4669 44800 42910 1890

7 4900 2017,4 2011,3 5,6 4936 49300 48280 1020

Предложенная методика позволяет при существенно меньшей трудоемкости получить более высокую точность измеряемых характеристик по сравнению со стандартными. Регрессионные зависимости для выборки из 27 образцов, частично приведенной в табл. I, для НИАСИТ 8 ПП имеют вид:

р = 2,22-1,83 • 10~4 • с + 2,8 • 10"8 • с2, [г/см5]; Е = 20,12 • с - 51000 , [МПа]. (4)

Разработана новая методика определения коэффициента направленного теплового излучения кварцевой керамики как одной из важных ее паспортных эксплуатационных характеристик, а также программное и аппаратурное обеспечение ее реализации. Методика позволяет в отличие от существую-

щих, требующих использования образцов различной конфигурации, определять искомый параметр при любой толщине образца. Это позволило после апробации на ГНЦ РФ ОНГТП «Технология» рекомендовать ее к широкому использованию в других организациях.

Результаты раздела 2 в комплексе обеспечивают базу данных, необходимую для реализации предложенной системы прогнозирования эксплуатационных свойств кварцевой керамики в обтекателях ЛА, формируемых в процессе их изготовления.

Б третьем разделе изложены теоретические основы отработки керамических радиопрозрачных обтекателей ЛА на технологичность.

Проанализирована общая проблема отработки изделий АРКТ на технологичность, исследованы существующие методы и критерии оценки технологичности вариантов конструкций ЛА в самолетостроительном производстве и вскрыт основной недостаток применительно к производству керамических обтекателей ЛА - отсутствие коэффициента удельного взаимного влияния частных показателей технологичности друг на друга.

На основе проведенного анализа предложен и обоснован модифицированный комплексный критерий оценки технологичности керамических обтекателей ЛА:

¿=1 /,/=}

где -С,, X/ - коэффициенты удельного взаимного влияния (значимости) частных показателей технологичности, - частные показатели технологичности.

Для определения Х,,ДГ; формулируется задача нелинейного математического программирования, в которой целевой функцией является критерий (5) с неизвестными параметрами Х1,Х1, а система ограничений имеет вид:

2^1/ ' Х1 —

1=1

X кт ■ х, < кп

1=1

хг>, 0,/ = 1,...,«; л, > 0./ = я + 1,и + 2, ¿х, = 1.

1=1

Предложенный критерий (5) реализуется после решения пой задачи и позволяет определить оптимальные значения коэффициентов удельного влияния входящих параметров технологичности.

В разделе показано, что важным фактором обеспечения технологичности изготовления керамических обтекателей ЛА является непрерывный контроль на всех этапах ТПП и ТП, начиная от контроля химического состава исходного сырья до измерения технических характеристик изделий на стадии приемосдаточных и типовых испытаний.

На основе обширных теоретических и экспериментальных исследований вскрыты и проанализированы особенности обеспечения технологичности изготовления и сборки керамических обтекателей ЛА, которые позволили выявить новые, специфические для данного класса изделий показатели их технологич ности:

- коэффициенты загрузки технологического оборудования - мельниц, сушильных шкафов и печей обжига:

V V V

1Г _ шихт [/■ _ з I/ _ з

мельн ~ тГ > с ¡и ,г ' печи •-г ' ' '

мельн сш печи

где Ушихт, - объемы рабочего пространства, занимаемого соответственно шихтой и заготовками; , Усш, Упечи - объем рабочего пространства

мельницы, сушильного шкафа и печи для обжига заготовок;

- коэффициенты временных режимов помола, сушки и обжига:

1Г _ ^ГЮМ 1Г ^суш г* _ (,С)Ж _

А Ш1Л1 , , > сил . , > Аоблс . , ' V6'

__1Г тобж

' НОЛ! , , > суш , / ' , /

Мэз • Л/, Л/3

3

где г,юл1, тсуш, Т0{)ж - время цикла помола, сушки и обжига; Л/эз - эквивалентная массе заготовки масса шихты; М3 - масса заготовок, обрабатываемая одновременно за один цикл;

- коэффициент энергетических затрат на единицу массы

.....(9)

И, ¡-Л

где Л', - мощность, затраченная на один цикл соответственно помола, сушки и обжша заготовки.

- коэффициент срока службы оснастки (формы) ксс„. определяемый числом заготовок, которое можно отформовать в данной оснастке;

- коэффициент длительности набора шликера на одно изделие Киш 1(:

- коэффициент брака изделия

где Л'Л/; - число изготовленных обтекателей, подлежащих отбраковке за регламентированный период; А' - общее число обтекателей, изготовленных за этот период.

Полученные в разделе результаты в комплексе формируют теоретические основы отработки керамических обтекателей ЛА на технологичность.

Четвертый раздел диссертации посвящен разработке концепции и принципов формирования рациональных ТП изготовления керамических обтекателей Л А.

Вскрыта и проанализирована общая характеристика шликерной технологии создания керамических обтекателей ЛА как структурной составляющей организационно-технического комплекса.

Выделены типовые процессы ТП (рис.3) и сформулирована основная концепция совершенствования технологии создания керамических обтекателей Л А:'сокращение себестоимости за счет снижения трудоемкости, длительности энергоемкости посредством повышения точности технологических и контрольных операций, в совокупности обеспечивающих высокое качество изделий.

Разработана методика моделирования динамики процесса измельчения кварцевой шихты в шаровых мельницах и оптимизации коэффициента их заполнения, обеспечивающая выбор параметров процесса, ориентированная на повышение его эффективности. Критерием оценки качества расчета при разработке модели служило соответствие траекторий движения шаров, полученных расчетным путем, с реальными траекториями и\ движения в мельнице (рис. А). Для описания параметров движения н пульпе используется система дифференциальных уравнений:

(_ п.Л

_у

(й

Рш/

-----------:-------------- , (11

т

М _ Ц'п ■ V ■ 1ГХ -(11,- р,

>I

~ Ж т

где ~рш, рп - плотность материала мелющих шаров массой т и диаметром

с1ш и пульпы:!//,, - коэффициент гидродинамического сопротивления пульпы.

Методика реализована программным комплексом. Оптимизирован процесс помола, которому соответствуют: коэффициент заполнения барабана мельницы - 0,45; скорость вращения барабана - 44 об/мин и исключаются удары шаров по футеровке (для барабана диаметром 0,55 м и длиной 0,96 м).

Разработан и внедрен новый метод определения тонкой фракции в шликере центрифугированием и обоснованы оптимальные технологические режимы процесса.

В разделе описана новая математическая модель и реализующая ее методика прогнозирования времени заполнения формообразующей оснастки

57(9,

8Юг - ТЮ2

■1к.

ВЫРАБОТКА И ГРАНУЛИРОВАНИЕ СТЕКЛА

Водяная ванна

тг

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ШИХТЫ

Ишальчение, рассев, смешение

и

л

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ВОДНОГО ШЛИКЕРА

Шаровые мельницы

В

ШЛИКЕРНОЕ ЛИТЫ- ЗАГОТОВОК

Гнпсовыс формы для каждого н )дслия

а

ОБЖИГ (СТАБИЛИЗАЦИЯ) КЕРАМИЧЕСКИХ ОКОЛО 1ЕК (Т -1170-130(1 '■'(')

ГЪ ш обжига пша Ць» I. Л-Б-71

га

МНХАНИ' ЕСКЛЯ ОБРАБОТКА ОЮЛОЧГК Ж КЕРАМИКИ СИГАГША

Токръс сганкитапа 1М63, ТОЙ Атшшй рошций икршп-

Ошлга. юмры имрлсальс скобы

га

ИЗМЕРЕНИЕ И ДОВОДКА РТХ

РГскщ.пгап«1<ац» ди кисло «долга

Л

СБОРКА. СО ШПАНГОУТОМ

Стапель, шпангоуты

га

НАНЕСЕНИЕ ЛКП И ГЕРМЕТИЗАЦИЯ

Покрасочная камера, термошкаф

а

ИТтеМОСДАТШЬЕ ИСПЫТАНИЯ

К|хгсжкиоа«та скалы, кам^отьшшаос

Кварцевая керамика р =2000 кг/и-' П к = Я-10%

а =40-6« МПа £'--3.4

А'Г=ит°с

Стеклокерамика р =2300-2600 кг/м' П к = 0.5-5% аи,г=т МПа £ =7-7,5; Ае <5%

ДГ=900°С

Керамика

БЮг ■ТЮг

р =2000-251» кг/м' П к = 0,5-10% «у =40-60 МПа £ -6-9; Ае <5% '8^1200 <100-10-' А Т > юоо ° с

Рис. 3. Основные ТП изготовления обтекателей Л А из керамики

при принудительной подаче шликера под избыточным давлением, а также разноплотности керамической заготовки по ее длине в зависимости от кинематических, структурных и тиксо-троиных характеристик шликера.

Описан новый ТП ускоренной сушки гипсовых форм .щя шл икорного литья крупно , габаритных обтекателей .ПЛ.

Рис. 4. Реальные траектории мелющих тел с наложенными на фотографию расчетными траекториями (относительная скорость - 0,8; коэффициент заполнения - 0,3)

позволяющий сократить длительность на 30...50% при обеспечении высокого качества оснастки.

На основе экспериментальных исследований разработан и внедрен в серийное производство на Константиновском заводе «Авгостекло» (Украина) ТП ускоренной термообработки заготовок обтекателей из кварцевой керамики, обеспечивший сокращение длительности режима в 2...2,5 раза и снижение расхода электроэнергии в 3...3,5 раза, что позволило в 2 раза повысить производительность печей. При этом свойства кварцевой керамики в изделиях, обработанных по ускоренному режиму, соответствуют регламентированным требованиям (см. табл. 2).

В разделе исследован ТП шлифования заготовок керамических обтекателей, являющийся одним из основных в обеспечении требований к РТХ изделия. Разработаны принципы повышения технического уровня механообработки изделий, основанные на снижении колебаний упругих деформаций

системы «станок - приспособление - инструмент - деталь» на длине прохода, стабилизации профиля шлифовального круга и его учета при разработке копира. На основании обработки экспериментальных данных установлены силовые зависимости при внутреннем шлифовании обтекателей алмазным кругом АПП 100x6x20 АСВ 160/125 М1-100% от режимов шлифования:

Ру =14930•51,14 • /°'79 • К,-0'42 . У^1 -Л0'51 - гг2-6 -а-0'15 Н; = 2,95М05- К,0'19 .£/°'58.П-4'5 ОЛ87 Н; (12) = 4031 • .V105 - - -1 ■ - г • 1 н

Таблица 2

Свойства кварцевой керамики, гсрмообработанной

по регламентированному и ускоренному режимам

Наименование параметров Уровень свойств

Требования на 1 «НИАСИТ» по ТУ 1-596195-84 Действующий режим обжига, заготовка №10 Ускоренный режим обжига, заготовка №9

Кажущаяся плотность, кг/м3 1960-2050 1990 1990

Открытая пористость, % 7-11 10,2 10,2

Прочность при изгибе, МПа 35-85 52 53

Коэффициент теплопроводности при 50-900°С, Вт/м-К 0,46-1,63 0,76-1,49 0,77-1,50

Удельная теплоемкость при 50-900°С, кДж/кг К 0,63-1,88 0,71-1,34 0,67-1,26

Прочность на сжатие, МПа 100-300 158 161

Модуль упругости, ГПа 27-55 31,6 32

Диэлектрическая проницаемость при 20°С 3,36-3,53 3,39 3,40

Тангенс угла диэлектрических потерь, Г=20°С не более 0,04 0,0005 0,0005

Тангенс угла диэлектрических потерь, 7=200°С не более 0,01 0,028 0,0025

Решена задача определения времени заполнения формы шликером и набора сырца в усовершенствованном процессе заливки под избыточным давлением Дриз нижней точки. Для обтекателя оживапьной формы с геометрическими параметрами: высота Н =1,2 м, толщина стенки <2=10 мм и радиус основания Я =0,8 м зависимость времени заполнения от Ар и вязкости 7 приведена на рис. 6.

мин 20 |

16

0 .

0,001 0,011 0,021 0,031 0,041 0.051

/\р0 , МПа

Рис. 6. Зависимость времени заполнения формы / от Ар : 1 - 7] = 0,5 Па с; 2-/7 = 1 Па с; 3 - Т] = 1,5 Па-с; 4 - 77 = 2 Па с

Разработана методика учета механизма капиллярного впитывания влаги в гипсовую форму, которая позволила определить время набора черепка с учетом впитывания влаги и доливки шликера:

Г =-

4й-П

(Со-сУ

(13)

Мс0-сг)Г

где а - толщина обтекателя; О - коэффициент диффузии; П - пористость гипса; - боковая поверхность обтекателя и гипсовой формы; С,,Сг

- начальное и остаточное (регламентированное) объемное содержание влаги в шликере.

В разделе теоретически обоснован ТП пропитки изделий и описана усовершенствованная технология их пропитки [фемнийорганическими соединениями, а также предложен новый способ определения глубины пропитки пористой керамики УЗ-методом.

Полученные в разделе результаты в целом реализуют новую концепцию и принципы разработки рациональных ТП изготовления радиопрозрачных керамических обтекателей ЛА.

В пятом разделе исследованы научные аспекты создания и совершенствования технологического оборудования и оснащения для производства керамических обтекателей ЛА.

В результате комплекса экспериментальных исследований рекомендована и внедрена на ГП1Д РФ ОМПП «Технология» и заводе «Автостекло» г. Констант иновка (Украина) футеровка мельниц пластинами из бруса непрозрачного кварцевого стекла, что обеспечило увеличение загрузки на 30%, выхода шликера на 50%, производительности мельницы на 20 . 30% при регламентированном качестве шликера.

В разделе описаны разработанные автором и внедренные на ГНЦ РФ О! IIIII «Технология» новые формовочные комплекты для отливки заготовок, реализовавшие теоретические концепции, обоснованные при исследовании способов повышения эффекгивности ТП заливки, защищенные авторскими свидетельствами и патентом РФ на изобретение (рис. 7).

Усовершенствовано оборудование для обжига заготовок обтекателей, эффективность которого выражается в снижении в 4 раза энергозатрат и существенной экономии производственных площадей участка термообработки.

Разработаны новые установки для контроля и обеспечения высокой точности механообработки обтекателей, на основе которых созданы усовершенствованные схемы шлифования изделий с программным регулированием операций процесса (рис. 8).

Рис. 7. Формовочный комплект в сборе с моделью, формующей внутренний контур гипсовой матрицы

Рис. 8. Блок-схема установки для замера отклонения формы обтекателя в продольных и поперечных сечениях: 1 - шлифовальная головка, 2 - индуктивный датчик, 3 - изделие, 4 - самописец модели 260, 5 - прибор записывающий, 6 - каретка подвижная, 7 - тросик полиспаста, 8 - устройство копировальное, 9 - копир, 10 - шкив

Приведенные в разделе результаты исследований формируют научные основы создания и совершенствования технологического оборудования и оснащения для производства керамических обтекателей ЛА.

Шестой раздел посвящен разработке методологических и научных основ наземных испытаний керамических обтекателей ЛА-.

На базе синтезированной" структурной модели научно-производственной системы разработки керамических обтекателей ЛА, в ядре которой обоснованы место и роль наземных испытаний исследуемого класса изделий в процессе их создания, предложена программа модернизации и развития метрологического и научно-технического обеспечения наземной отработки керамических обтекателей Я А. Ее реализация позволяет не только обеспечить 100% контроль технологических параметров процесса изготовления керамических обтекателей ЛА с определением их несущей способности без разрушения конструкции, высокоэффективное исследование НДС изделий при высоких температурах, значительное сокращение количества циклов испытаний с разрушением опытного образца, но и максимально приблизить техническое оснащение испытательного комплекса по наземной отработке изделий к мировому уровню.

В целях поэтапной реализации предложенной программы разработана, доведена и внедрена в ГНЦ РФ ОНПП «Технология» новая установка для тешгопрочностных испытаний керамических обтекателей, обеспечившая повышение КПД по сравнению со стендами-аналогами в 1,5 раза и позволяющая воспроизводить тепловые режимы всей номенклатуры керамических обтекателей Л А.

В разделе предложена схема и реализующая ее установка воспроизведения тепловой нагрузки за счет задания только температурного поля шпангоута, обеспечивающая отсутствие повреждения изделия, выдержавшего испытания, а также возможность его.дальнейшего использования для испытаний на совместное действие тепловой и силовой нагрузок в целях прогнозирования несущей способности изделия.

Решена задача восстановления теплофизических характеристик керамического обтекателя в зонах расположения термоприемников с применением специальных покрытий с регулируемой степенью черноты на основе высокотемпературных окислов кремния, хрома и алюминия.

В разделе описана разработанная подсистема и методика тензометри-рования керамических обтекателей в реальном масштабе времени в системе компьютеризированного испытательного комплекса. Преимуществом системы является раздельное задание ее структуры и ввод данных для обеспечения регламентированных режимов испытаний, возможность быстрого перепрограммирования структуры в зависимости от технических характеристик исполнительных органов и цепей обратной связи, а также управления несколькими испытательными установками одновременно.

Обоснованы, разработаны и внедрены способ нанесения чувствительных элементов из оксида олова на поверхность керамического изделия, а также схема измерения деформаций, что позволяет обеспечить единство измерений параметров НДС по всей цепочке наземной отработки, в процессе летных испытаний и эксплуатации.

В разделе описана разработанная компьютерная система рег истрации и анализа процесса разрушения обтекателя, обеспечивающая быстродействие 100 кадров в секунду, что позволяет надежно установить место, характер и причины разрушения при силовом, температурном нагружении и их комбинации.

В разделе описаны разработанные и внедренные в практику наземных испытаний ГНЦ РФ ОНПП «Технология» стенды для измерения РТХ, обеспечивающие автоматическое измерение погрешностей, вносимых обтекателем ЛА, а также коэффициента прохождения радиоволны через изделие.

На основе статистических данных производства обтекателей из кварцевой керамики с 1990 по 1997 гг. проведен анализ входных параметров технологии производства и выходных характеристик материала обтекателей, который позволил установить следующие регрессионные зависимости:

р = 2390 -10,28?7 - 58,46РН +1,92 ц • РН;

<Уиу = 68,54 +0,79^+3,77РЯ -0,05/ + 0,206^ • РЯ + 0,02 РЯ

-т.0,041/;2 - 2,01 РН2;

■ - • • I -

Л/ , = 145,4- 4,95/7-8,55РЯ - 0,076г +0,44?/ • РН + 1,04 • Ю">+

(14)

+0,02РН ■ / + 0,03т?2 -1,23 РЯ2 - 5,23• 10"5/ 2,

еде р - плотность материала в изделии, кг/м'; Мик, - разрушающий изгибающий момент, кНм; Т) - вязкость шликера, с:. РН, -¡кислотность.

Приведенные в разделе исследования в комплексе формируюг методологические и научные основы обеспечения наземных испытаний керамических. обтека гелей Л А в системе ТПП и серийного выпуска изделий.

В седьмом разделе изложен комплекс результатов внедрения диссертации, составляющими которого являются:

- методики определения и (или) контроля характеристик, свойств и параметров керамических материалов на различных стадиях ТПП и производства обтекателей Л А (14 наименований); ., ,

- 10 технологических процессов производства обтекателей;

- 3 комплекса испытательных стендов (рис.9) и 14 основных единиц оборудования для наземной отработки керамических обтекателей ЛА;

- новые составы керамических материалов, обеспечивающих заданное регулирование свойств в зависимости от регламентированных ЛТХ ЛА, комплектующими к которым являются обтекатели;

- 12 типов серийных обтекателей для различных Л А;

- организация и методическое обеспечение подготовки кадров по специальности «Проектирование и производство изделий из ПКМ и керамики» в Национальном аэрокосмическом университете им. Н.Е. Жуковского «ХАИ» (3 учебных пособия и оснащение учебной лаборатории).

Внедрение результатов диссертации на ГНЦ РФ ОНПП «Технология», , заводе «Автостекло» (г. Константиновка, У крайня) и в других организациях позволило существенно усовершенствовать материально-техническую базу

России и Украины и повысить их научным потенциал для выполнения государственных программ в области современной АРКГ, а также эффективно использовать ее для решения конверсионных народнохозяйственных задач на мировом уровне.

Рис. 9. Радиоизмерительный комплекс технологического обеспечения РТХ обтекателей ЛА

ВЫВОДЫ

В результате проведенных исследований в диссертации получены следующие основные результаты.

1. Впервые в области технологии производства керамических обтекателей радиоантенн ЛА научно обоснованы основные, концептуальные проблемы технологической подготовки их производства, адекватные по форме классическим аналогам самолетостроения, но отражающие специфические особенности исследуемого класса изделий и их технологии производства.

2. Научно обоснована и разработана комплексная система прогнозирования эксплуатационных характеристик керамических материалов в обтекателях Л А, реализуемых в процессе их производства, основными составляющими которой являются:

- постулат о предельных значениях континуума паспортных характеристик материала, степень приближения к которым в изделии осуществляется целенаправленным анализом и корректировкой техлологии его производства методами теории надежности технических систем, модифицированными вероятностным контролем дисперсии экспертных оценок, адекватным их полноте;

- новые методики определения физико-механических характеристик керамических материалов при растяжении по результатам стандартных испытаний на изгиб; параметров статистического распределения прочности, пористости, плотности и модуля упругости адаптированным к особенностям керамики ультразвуковым методом, а также коэффициента направленного теплового излучения керамического материала.

3. Предложен, обоснован и реализован модифицированный комплексный критерий технологичности керамических обтекателей ЛА, учитывающий взаимовлияние входящих параметров. Синтезирован комплекс показателей технологичности керамических обтекателей ЛА, обеспечивающий полную базу данных для реализации предложенного критерия. Полученные результаты в комплексе формируют теоретические основы отработки изделий на технологичность.

4. Предложены и реализованы новые концепция и принципы разработки рациональных технологических процессов изготовления керамических обтекателей ЛА, основными составляющими которых являются:

- усовершенствованная шликерная технология как структурная составляющая организационно-технического комплекса;

- новые методики: моделирования динамики процесса измельчения кварцевой шихты в шаровых мельницах и оптимизации коэффициента их за-

полнения; определения тонкой фракции в шликере центрифугированием, синтезирующая оптимальные технологические режимы; прогнозирования времени заполнения формы шликером при избыточном давлении и степени его разноплотности в зависимости от кинематических, структурных и тиксотропных характеристик шликера; определения механических характеристик керамики при растяжении из стандартных испытаний образцов на изгиб;

- разработанные новые технологические процессы: ускоренной сушки гипсовых форм, сокращающий ее длительность на 30. .50%; ускоренной термообработки заготовок обтекателей, уменьшающий режим в 2...2.5 раза, расход электроэнергии в 3... 3,5 раза и повышающий протводи-тельпость печей в 2 раза; шлифования заготовок обтекателей, основанный на обеспечении снижения колебаний упругих элементов СПИД на длине прохода.

5. Разработаны новые и усовершенствованы известные принципы и методы создания технологического оборудования и оснащения для производства керамических обтекателей ЛА, включающие в себя:

- новую эффективную футеровку мельниц, обеспечивающую увеличение загрузки на 30%, выхода шликера на 50%, производительности на 20...30%;

- новые формовые комплекты для отливки заготовок;

- усовершенствованное оборудование для обжига заготовок обтекателей, позволившее снизить в 4 раза энергозатраты и уменьшить производственные площади участка термообработки;

- новые установки для контроля и обеспечения прецизионного шлифования обтекателей.

Эти результаты в комплексе формируют научные основы создания технологического оборудования и оснащения для производства керамических обтекателей ЛА.

6. Синтезированы структурная модель и комплексная программа научно-производственной системы испытаний и наземной отработки обтекателей ЛА, обеспечивающая стопроцентный контроль технологических параметров процесса изготовления керамических обтекателей с определением их несущей способности без разрушения конструкции при высоких температурах, значительное сокращение циклов испытаний с разрушением опытного образца.

В плане реализации предложенной программы разработаны и внедрены:

- новый автоматизированный уникальный испытательный комплекс для теплопрочностных испытаний, имитирующих аэродинамические воздействия, который обеспечивает, высокую точность воспроизведения заданных нагрузок и тепловых режимов широкого спектра обтекателей: воспроизведение тепловой нагрузки за счет задания температурного поля шпангоута, исключающее повреждения изделия, а также возможность его дальнейшего использования для испытаний на одновременное действие тепловой и силовой нагрузок в целях прогнозирования несущей способности изделия;

- новые методики тензометрирования в системе компьютеризированного испытательного комплекса. Преимуществами системы являются раздельное задание ее структуры и ввод данных для обеспечения регламентированных режимов испытаний, а также управление несколькими испытательными установками одновременно;

- компьютерная система регистрации и анализа процесса разрушения обтекателя, обеспечивающая быстродействие 100 кадров в секунду, что позволяет надежно установить место, характер и причины разрушения при силовом и температурном нафужении и их комбинациях;

- уникальный комплекс для измерения радиотехнических характеристик, обеспечивающий автоматическое измерение погрешностей, вносимых

обтекателем ЛА, а также коэффициента прохождения радиоволи через изделие в двух направлениях.

7. Результаты диссертации в виде методик, руководящих технических материалов, технологических процессов, оснащения, новых марок керамических материалов, испытательного оборудования, серийных обтекателей ЛА различных классов внедрены на предприятиях ГНП1Д РФ «Звезда -Стрела», МКБ «Факел», МКБ «Радуга», МКБ «Новатор», МНИИ «Агат» и ряде других, а также на заводе «Автостекло» (Украина). Внедрение результатов диссертации позволило существенно усовершенствовать материально-техническую базу России и Украины и повысить их научный потенциал для выполнения государственных программ в области современной ракетно-космической техники, а также эффективно использовать их для решения конверсионных народнохозяйственных задач на мировом уровне. Экономическая эффективность результатов исследования является частью прибыли предприятия и государства от выполнения внутренних и международных контрактов, в частности, контрактов с Китаем на разработку новых обтекателей и их поставку для ракетных комплексов типа С-300, составившей более 3,0 млн. долл. США.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Суздальцев Е.И., Шаталин A.C., Русин М.Ю. Ускоренный обжиг деталей из кварцевой керамики // Авиационная промышленность. - 1989,- № 5. -С. 70. ДСП.

2. Ромашин А.Г., Карпов Я.С., Русин М.Ю. Конструкции и проектирование обтекателей летательных аппаратов из неметаллических материалов: Учеб. пособие. - Харьков: Харьк. авиац. ин-т, 1989. - 104 с. ДСП.

3. Русин М.Ю., Пашутина Т.А. Использование кварцевой керамики для защиты обтекателей И Оборонная техника. - 1990. - № 7. - С. 64 - 66. ДСП.

4. Гайдачук В.Е., Карпов Я.С., Русин М.Ю. Механика волокнистых композиционных материалов: Учеб. пособие. Харьков: Харьк. авиац. ин-т, 199,1.-97 е.. ., ......

5. Липовцев Ю.В., Русин М.Ю. Критерий хрупкого разрушения образцов и элементов конструкций из керамики // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов: Сб. науч. тр. Нац. аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». - Харьков. - 2000. - Вып. 22(5).-С. 6-15. , .

6. Русин М.Ю. Исследование технологии обеспечения радиотехнических характеристик радиопрозрачных обтекателей летательных аппаратов в условиях их разработки и производства // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов: Сб. науч. тр. Нац. аэрокосмического ун-та им. Н Е. Жуковского «ХАИ». - Харьков. - 2000. - Вып. 23(6). -С.6-16.

7. Русин М.Ю. Конструирование высокотемпературных слоистых обтекателей летательных аппаратов с учетом критериев хрупкого разрушения /У Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов: Темат. сб. науч. тр. Харьк. авиац. ин-та им. Н.Е. Жуковского. -Харьков.- 1995.-С.46-52.

8. Русин М.Ю. Методика определения коэффициента направленного теплового излучения и дериватографический анализ керамических материалов конструкционного назначения в широком диапазоне температур // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов: Сб. науч. тр. Гос. аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». -Харьков- 1998. - Вып. 15. - С. 51-56.

9. Русин М.Ю. Упрочнение полимерами кварцевой керамики для изготовления обтекателей радиоантенн летательных аппаратов // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов: Сб. науч. трудов Гос. аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». -Харьков.- 1998.-Вып. 16(3).-С. 126-133.

10.Русин М.Ю. От технического задания на разработку - к экспорту обтекателей//Наука производству. - 1999.-№9(22).-С. 14- 16.

11. Русин М.Ю, Особенности обеспечения технологичности изготовления обтекателей летательных аппаратов из кварцевой керамики // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов: Сб. науч. трудов Гос. аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». -Харьков. -1999. - Вып. 17(4). - С. 42 - 59.

12.Гайдачук A.B., Русин М.Ю. Концептуальный подход к анализу совершенства технологии производства изделий из материалов с управляемыми свойствами // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: Сб. науч. тр. Гос. аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». - Харьков. - 1999. - Вып. 5. - С. 38 - 44.

13.Русин М.Ю. Методика исследования технологических параметров процесса подачи шликера в форму при изготовлении керамических обтекателей радиоантенн летательных аппаратов // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: Сб. науч. тр. Гос. аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». - Харьков. - 2000, - Вып. 6. -С. 107-114.

14.Русин М.Ю. Исследование процесса шлифования керамических обтекателей летательных аппаратов // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов: Сб. науч. тр. Гос. аэрокосмического ун-га им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». - Харьков. - 2000. - Вып. 18( I). - С. 92 - 100.

15.Русин М.Ю., Корнуков Ю.П. Анализ эффективности применения голо-графической интерферометрии для дефектоскопии изделий из керамики // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов: Сб. науч. тр. Гос. аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ»,- Харьков. - 2000. - Вып. 19(2). - С. 53 - 61.

16.Русин М.Ю. Методики определения теплофизических характеристик керамических материалов для обтекателей радиоантенн летательных аппаратов // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов: Сб. науч. тр. Гос. аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ»,- Харьков. - 2000. - Вып. 20(3). - С. 45 - 53.

17.Русин М.Ю. Методика определения начального уровня надежности радиопрозрачных обтекателей летательных аппаратов по результатам предварительных наземных испытаний // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. Сб. науч. тр. Гос. аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ».-Харьков. - 2000. - Вып. 7. - С. 52 - 58.

18.Русин М.Ю. Малоцикловая усталость конструкционных керамических материалов // Pecypc03Öepirai04i технологи виробництва та обробки тиском мaтepiaлiв у машинобудуванш: 36. наук. пр. Схшюукрашського нац. унту. - Луганськ. - 2000. - С. 237 -245.

19.Русин М.Ю. Некоторое статистические1 öcneirrw.прочности керамических материалов // ЕНсник Схщноукрашського нац. ун-ту,- Луганськ. - 2000. -№9(31).-С. 16-20.

20. Русин М.Ю. Прочность керамических конструкционных материалов // В1сник Схщноукрашського нац. ун-ту- Луганськ. - 2000. - № 8(30). - С. 111-115.

21. Русин М.Ю. Выбор оптимальных режимов и характеристик алмазных кругов при механической обработке шлифованием керамических антенных обтекателей летательных аппаратов // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: Сб. науч. тр. Нац. аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ».- Харьков. - 2000. - Вып. 8. - С. 79-87.

22.Кириченко В.В., Макеев А.И., Русин М.Ю. Динамический модуль упругости конструкционных материалов // Авиационно-космическая техника и технология: Сб. науч. тр. Гос. аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». - Харьков. - 2000. - Вып. 17. - С. 201 - 207.

23.Русин М.Ю. Совершенствование схем шлифования антенных обтекателей летательных аппаратов // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов: Сб. науч. тр. Гос. аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ»,- Харьков. - 2000. - Вып. 21(4). - С. 6 - 16.

24.Пат. № 2123928. Устройство для формования керамических изделий из водных шликеров / Платонов В.В, Русин М.Ю. (Российская Федерация); RU2123028C1. 97105946. Заявл. 14.04.98 г. Опубл. 27.12.98. Бюл. № 36. - 8 с.

25-52. A.c. 98165, 142421, 149849, 159881,163748, 165720, 173182,

174505, 177231, 181395, 187639, 188913, 190643, 195831,201191, 209182,211745,220016, 227917,245876, 1311184, 1324439,275083, 295521,298304,298332,311107,317762.

АННОТАЦИЯ

Русин М.Ю. Научные основы технологической подготовки производства радиопрозрачных обтекателей летательных аппаратов из кварцевой керамики. Диссертация является рукописью, представленной на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.07.04 - технология производства летательных аппаратов. Национальный аэрокосмический

университет им. Н.Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт», Харьков, 2001 г.

Диссертация посвящена разработке научных основ технологической подготовки производства радиопрозрачных обтекателей летательных аппаратов (ЛА) из кварцевой керамики. Содержит теоретические и практические результаты, включающие в себя:

- систему прогнозирования эксплуатационных свойств материалов на основе кварцевой керамики, реализуемых в процессе изготовления обтекателей. Система прогнозирования включает в себя новый концептуальный подход к анализу совершенства технологии производства изделий из керамики, а также новые методики определения: физико-механических характеристик керамики при растяжении, параметров статистическою распределения прочности изделий по результатам испытаний образцов; плотности и модуля упругости материала обтекателя УЗ-методом; коэффициента направленного теплового излучения керамики в диапазоне 20,..1500°С;

- теоретические основы отработки обтекателей на технологичность, содержащие модифицированный комплексный критерий оценки технологичности керамических обтекателей ЛА и специфические для данного класса изделий частные показатели технологичности;

- концепции, принципы и методики разработки рациональных технологических процессов изготовления керамических обтекателей, включающие основные этапы: измельчения кварцевой шихты в шаровых мельницах, заполнения формы шликером, сушки гипсовых форм для шликерного литья крупногабаритных обтекателей, термообработки заготовок изделий, их механообработки шлифованием, пропитки обтекателя кремнийорганиче-скими соединениями;

- научные основы создания и совершенствования технологического оборудования и оснащения для производства обтекателей ЛА, включающие усовершенствованные высокоэффективные мельницы с футеровкой пла-

станами из бруса непрозрачного кварцевого стекла, новые формовочные комплекты для отливки заготовок, оборудование для обжига заготовок обтекателей, установки для контроля и обеспечения высокой точности механообработки шлифованием с программным регулированием операций процесса;

- методологические и научные основы наземных испытаний керамических обтекателей, включающие структурную модель научно-производственной системы наземных испытаний, новые высокоэффективные установки для теплопрочностных испытаний изделий, подсистему и методики тензомет-рирования обтекателей в реальном масштабе времени в системе компьютеризированного испытательного комплекса, метод нанесения чувствительных элементов, компьютерную систему регистрации и анализа процесса разрушения, стенды для измерения радиотехнических характеристик обтекателей ЛА.

Результаты работы внедрены на ГНЦ РФ ОНПП «Технология», ГНПЦ «Звезда-Стрела», МКБ «Факел», МКБ «Радуга», МКБ «Новатор», МНИИ «Агат», заводе «Авгостекло» (г. Констаитиновка, Украина), в учебный процесс Национального аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского «ХАИ».

Экономический эффект является существенной частью прибыли предприятия от выполнения международных контрактов, в частности, с Китаем на разработку, ОКР и поставку керамических обтекателей ЛА, и составил более 3,0 млн. долл. США.

Ключевые слова: технологическая подготовка производства, радиопрозрачный обтекатель, технологический процесс, система прогнозирования свойств, испытательные стенды, технологичность.

АНОТАЦШ

Русин М.Ю. Науков1 основи технолопчно1 шдготовки виробництва радюпрозорих обт1чниюв л^тальних апарапв 13 кварцово1 керам1ки. Дисер-тащя е рукописом, поданим на здобутгя вченого ступеня доктора техшчних

наук за спсщальшстю 05.07.04 - технология виробництва лпалышх апарап'в. Нащональний аерокосм1чний ушверситет i\i. M.G. Жуковського «Харювський автцшний шституг», XapKie, 2001 р.

Дисертацто присвячено розробщ наукових основ технологично!' подготовки виробництва радюпрозорих обпчниюв л1тальних апарат1в (ЛА) 13 кварцово} керам1ки. Мг'стигь теоретнчш i практичш результата, що включа-ють в себе: систему прогнозування експлуатащйних властивостей MaTepianiB на ocuoBi кварцово! керамки в обттчниках ЛА, що реашзуються в процеа i'x виготовлення; теоретичш основи шдпращовання обпчниюв на техно-лопчшсть; концспцп i принципи розробки ращ'ональних технолопчних про-ueciB виготовлення керам!чних обт1чниюв; myKoei основи створення i вдо-сконалення технолоп'чного обладнання та оснащения для виробництва об^чниюв ЛА; методолопчш i HayKOBi основи наземних випробувань ке-рам1чних обттчниюв.

Результата роботи впроваджено на ДНЦ РФ ОНВП «Технология», ДНВЦ «Звезда-Стрела», МКБ «Факел», МКБ «Радуга», МКБ «Новатор», МНД1 «Агат», завод1 «Автоскло» (м. Коспштшпвка, Украша), в навчальний процес Национального аерокосмшного уиверситету ¡м. М.С. Жуковського «ХА1».

Ключгнп слова: технолопчна пщготовка виробництва, радюнрозорий обт!чник, тexнoлoгiчний процес, система прогнозування властивостей, ви-пробувальн! стенди, технолопчшсть.

SUMMARY

Rusin M.J. Scientific basis of production tooling for the aircraft radio parent fairings of quartz ceramic.

The thesis is a manuscript for an academic degree of a doctor of engineering sciences on speciality 05.07.04 - production technology of the aircrafts. National aerospace university named after Zhukovsky N.E «KhAI» of Education ministry of Ukraine, Kharkov, 2001.

The thesis is devoted to the development of scientific basis of production tooling for the aircraft radio parent quartz ceramic fairings. It contains the theoretical and practical results, involving: forecasting system of material service^ properties on the basis of quartz ceramics in aircraft fairings, realizing in the process of their fabrication; theoretical basis an of technological effectiveness tests; concepts and principles of development the efficient technological processes of ceramic fairing fabrication; scientific basis of creation and improving the technological equipment and tooling for the production of the aircraft fairings; methodological and scientific basis of ceramic fairing ground tests.

The results of work were introduced on SNC RF OSPP «Technologiya». SSPC RF «Zvczda-Strela», MDB «Fakel», MDB «Raduga», MDB «Novator». MR1 «Agat», Plant «Avtosteklo» (Konstantinovka, Ukraine), in educational process of National aerospace university named after N.E. Zhukovsky «KhAI».

Keywords: production tooling, radioparent fairing, technological proccss, system of properties forecasting, test stand, efficiency.

Ответственный за выпуск Кириченко В.В. : Подписано к печати 16.02.01 г. Усл. печат. лист. 2 Заказ № 116 Тираж 100 экз.-Бесплатно ; Отпечатано Издательский центр ХАИ ■..