Аэрокосмическая техника высокие технологии и инновации – 2016

СТРТ имеет повышенный уровень энергетических характеристик в сравнении с БП.

Требования к топливу представлены в таблице. Основные требования к СТРТ

	Параметр	Требования тех-	Фактически
		нического задания
	Скоростной параметр при Р = 80, ед.	20	20
	Барический показатель	Не более 0,5	~0,5
	Удельная мощность	Не более 8	~12
	дымообразования, ед.
	Плотность, ед.	1,70–1,80	1,72 ± 0,01

В процессе проектирования заряда был произведен расчет вниутрибаллистических и энергетических характеристик заряда (ВБХ) [2]. Результаты расчета ВБХ стартового двигателя со скрепленным зарядом из разрабатываемого СТРТ приведены на рис. 2.

Рис. 2. Расчетные энергетические характеристики заряда: БГП – быстрогорящая партия; СГП – среднегорящая партия; МГП – медленногорящая партия

Значения баллистических характеристик получены при следующих расчетных параметрах соплового блока: критическое сечение dкp = 10,8 мм, выходное сечение сопла da = 19,5 мм.

Расчет для ВБХ изделий данного типа производился в специальной программе, по общепринятым методикам [3].

271

Он подтвердил правильность выбранной конструкции заряда и разработанного для него топлива.

В АО «НИИПМ» организовано единичное производство стартового заряда комплекса малогабаритного управляемого вооружения для пехотинца, изготовлено 10 зарядов, проведены огневые стендовые испытания, подтверждающие заданные ВБХ.

Спроектированный заряд из высокоэнергетичного малодымного смесевого твердого топлива имеет малые габариты и вес, обеспечивает при среднегорящей партии номинальный полный импульс тяги по оси двигателя, соответствующий требованиям технического задания, и допущен к натурным испытаниям.

Список литературы

1.Управляемая пуля: пат. РФ 2496089 Рос. Федерация МПК

F42B15/01, F42B30/02. / Шипунов А.Г., Кузнецов В.М., Дик-

шев А.И., Рындин М.В. и др.; заявл. 17.12.2012; опубл. 20.10.2013.

2.Соркин Р.Е. Теория внутренней баллистики РДТТ. – М.:

Наука, 1964. – С. 81–110.

3.Шишков А.А. Газодинамика пороховых ракетных двигателей. – М.: Машиностроение, 1968.

УДК 624.078.43

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КЛЕЕВЫХ МЕТОДОВ СОЕДИНЕНИЯ НА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

Д.И. Голубь

Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону, Россия

Клеевые методы соединения рассматриваются как перспектива развития и ориентир с точки зрения достижения наилучшего сочетания затрачиваемых экономических средств, для реализации требуемого качества при заданной адгезионной прочности, зависящей от шероховатости поверхностей соединяемых деталей.

Ключевые слова: адгезия, когезия, прочность клеевого соединения, идеальная адгезия, шероховатость.

272

В условиях жесткой конкуренции спрос на выпускаемую продукцию во многом зависит от стоимости и качества выпускаемых изделий. Как правило, в современном мире стоит задача поиска компромисса между ценой, надежностью, качеством для достижения необходимого спроса.

Склеивание – один из наиболее перспективных способов получения неразъемных соединений, который имеет ряд преимуществ по сравнению с заклепочными, сварными, резьбовыми и другими типами соединений. Это, в первую очередь, возможность соединять самые разнообразные материалы. В ряде случаев это практически единственный приемлемый метод соединения неметаллических материалов между собой и с металлами, что довольно часто встречается в авиастроении, судостроении и других отраслях [1].

Центральными понятиями в теории склеивания являются адгезия и когезия. Они схожи между собой и означают «сцепление». Общая прочность клеевого соединения будет зависеть от прочности соединения на границе «деталь – клеевая основа», характеризующей адгезию, и прочности непосредственно самой клеевой основы, характеризующей когезию.

Для выражения прочности клеевого соединения как напряжения, необходимого для разрушения, можно воспользоваться следующей формулой [2, c. 31]:

	fm			0 ( s )		,	(1)
	f	M		( s	)
				0 0
где fm – прочность соединения адгезионная;							fM – прочность

соединения когезионная; 0 – коэффициент, отражающий струк-

турную неоднородность прилегающей поверхности, наличие в ней дефектных мест, их форму и их число; – молекулярная когезия; s – коэффициент, отражающий структурную неоднород-

ность клея, наличие в нем дефектных мест, их форму и их число;– коэффициент, отражающий различия в механических свойствах субстрата и клея; – коэффициент, отражающий структурную неоднородность склеиваемых материалов (детали, клей); s0 – внутренние напряжения.

273

Соотношение fm / fM из (1) наглядно отражает качество со-

единения клеевой основой. Чем выше получаемый коэффициент, тем выше окончательная прочность соединения. Данным соотношением часто пользуются для оценки и выбора клеевого соста-

ва [2, c. 32].

Качество и работоспособность любой клееной конструкции зависят не только от того, насколько правильно выбран клей и какие он имеет свойства, но и от того, насколько правильно выбрана и выдержана технология склеивания. Успешное применение клея зависит от того, насколько прочные адгезионные связи он будет образовывать с субстратом. При этом важно, чтобы в процессе всего срока службы клеевого соединения на границе раздела клей–субстрат не образовывался слабый пограничный слой. Для выполнения этого требования склеиваемые поверхности должны быть тщательно подготовлены, клей должен хорошо их смачивать, иметь оптимальную толщину в соединении и быть отвержден по оптимальному для него режиму. Все это достигается при тщательном соблюдении технологии склеивания.

На данном этапе изучения процесса склеивания разработаны рекомендации исходя из механизма адгезии, т.е. наивысшая прочность соединения будет при максимальном контакте поверхностей субстрата с поверхностью клея.

Соотношение для идеальной адгезии между двумя фазами имеет вид [2, c. 23]

Fa			,	(2)
1/2
2(	2	)
1

где Fa – разница свободных энергии субстрата и поверхностного натяжения клея; 1 – коэффициент поверхностного натяжения первой фазы (клей); 2 – удельная свободная поверхностная энергия второй фазы (субстрат); – значение идеальной адгезии.

В условиях промышленного применения идеальная адгезия недостижима, так как подразумевает полное прилегание соединяемых поверхностей. Для обеспечения качественного клеевого соединения необходимо произвести предварительную подготовку соединяемых поверхностей для достижения оптимальных значений параметров, относящихся к макро- и микрогеометрии. Среди

274

параметров микрогеометрии наибольшее влияние на итоговую прочность клеевого соединения оказывает шероховатость.

Исходя из механики адгезии, можно предположить, что максимальная прочность будет при минимальных (близких к нулевым) значениях шероховатости. В таком случае будет обеспечиваться максимальная смачиваемость сопрягаемых поверхностей, что приведет к наибольшей связи клея с субстратом и образованию максимально прочного соединения. Но в реалиях действующего производства, как правило, это не работает, и, к примеру, на шлифованных поверхностях перед склеиванием искусственно повышают шероховатость для лучшей адгезии. Это предположительно можно объяснить следующим фактом: чем ниже шероховатость поверхности, тем сложнее ее очистить от различного рода пленок и загрязнений. С увеличением шероховатости появляются дополнительные полости для посторонних веществ, и процесс промывки перераспределяет их в эти полости, оставляя чистыми и сухими лишь вершины, впоследствии контактирующие с клеевой основой.

При обработке на деталь может попадать, к примеру, СОЖ, которая перед склеиванием должна быть удалена с помощью высокотемпературных промывочных операций с последующей высокотемпературной сушкой. Этими операциями на производстве зачастую пренебрегают, заменяя классической промывкой растворителем.

Теоретическая база одного из самых архаичных методов соединения, как это ни парадоксально, недостаточно полна. Выбор шероховатости происходит экспериментальным путем, и порой методика проведения эксперимента является неверной, так как не все ее этапы соблюдаются либо неверно определены факторы эксперимента.

Недостаточная изученность метода склеивания с точки зрения влияния шероховатости в значительной степени ограничивает его применение в промышленности. Необходимо провести экспериментальное подтверждение теоретической модели идеальной прочности при минимальных показателях шероховатости.

275

Список литературы

1.Зинина И.Н. Технологическое обеспечение качества адгезионных соединений на основе учета влияния микропрофиля поверхностей деталей: дис. ... канд. техн. наук. – М., 2003. – 220 с.

2.Ковачич Л. Склеивание металлов и пластмасс. – М.: Хи-

мия, 1985. – 240 с.

УДК 624.078.43

ВИБРОАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА КАК МЕТОД ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ

КАЧЕСТВЕННОГО АДГЕЗИОННОГО СОЕДИНЕНИЯ Д.И. Голубь, С.А. Новокрещенов, Л.О. Лисицкий

Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону, Россия

[e-mail], [e-mail], [e-mail]

Рассматриваются основные параметры, оказывающие влияние на прочность клеевого соединения. Шероховатость выделяется как важнейший параметр качества поверхностного слоя, рассматриваются методы финишной обработки в качестве подготовительных операций перед выполнением склеивания. Наибольшее предпочтение среди методов финишной обработки уделяется виброабразивной обработке.

Ключевые слова: адгезия, когезия, прочность, шероховатость, финишная обработка, виброабразивная обработка.

Склеивание – один из наиболее перспективных способов получения неразъемных соединений, который имеет ряд преимуществ по сравнению с заклепочными, сварными, резьбовыми и другими типами соединений. Это, в первую очередь, возможность соединять самые разнообразные материалы. В ряде случаев это практически единственный приемлемый метод соединения неметаллических материалов между собой и с металлами [1].

Клеевые соединения находят все большее применение в связи с созданием высококачественных синтетических клеев. Например, в авиации при сборке фюзеляжа самолета ветровые

276

стекла могут присоединяться к кабине методом склеивания (сборка разнородных материалов), так как классические методы соединения не подходят в силу своих недостатков.

Наиболее широко применяют клеевые соединения внахлестку, работающие на сдвиг. Соединения встык для обеспечения прочности изготавливают по косому срезу или с накладками. При необходимости получить особо прочные соединения применяют комбинированные соединения: клеевинтовые, клеезаклепочные, клеесварные.

Важным достоинством соединений на основе синтетических клеев является их атмосферостойкость, способность противостоять коррозии и гниению. В ряде случаев клеевые соединения обеспечивают герметичность конструкций [2].

Центральными понятиями в теории склеивания являются адгезия и когезия. Они схожи между собой и означают «сцепление». Общая прочность клеевого соединения будет зависеть от прочности соединения на границе деталь – клеевая основа, характеризующей адгезию, и прочности непосредственно самой клеевой основы, характеризующей когезию.

Одной из первостепенных задач для достижения адгезионной прочности соединения является поиск оптимальной технологии склеивания, а именно выбор оптимальных параметров качества поверхностного слоя соединяемых деталей. Важнейшим параметром качества поверхностного слоя при выборе оптимальных режимов склеивания является шероховатость.

При заданной площади контакта детали с клеевой основой максимальная адгезия будет при максимальном контакте субстратов. Считается, что некоторое искусственное увеличение шероховатости повлечет за собой увеличение относительной опорной длины профиля на уровне 30 % от средней линии, а, следовательно, и площади соединения, что приведет к увеличению адгезионной прочности. Однако искусственное увеличение шероховатости вызывает перепады толщины клеевой основы, а значит, неравномерную прочность вдоль клеевого шва.

Учитывая вязкость клеевых основ, можно предположить, что при определенной шероховатости многие микронеровности на поверхности детали останутся «сухими», т.е. никак не будут взаимодействовать с клеевой основой.

277

Предположительно, наилучшая адгезия будет при минимальных параметрах шероховатости и при максимальном контакте клеевой основы с поверхностью детали, но при условии, что на поверхностях будут отсутствовать различного рода загрязнения – пленки, к примеру, остатки СОЖ.

Для достижения оптимальной шероховатости существует большее количество методов финишной обработки, таких как шабрение, чистовоешлифование, хонингование, полированиеит.д.

Однако наибольшие преимущества имеет метод виброабразивной обработки. Обрабатываемые детали загружаются в рабочую камеру, заполненную рабочей средой, имеющей требуемые характеристики. В процессе обработки заготовки и частицы рабочей среды перемещаются относительно друг друга, совершая два вида движений: колебания и медленное вращение (циркуляционное движение) [3]. В процессе обработки детали занимают различные положения в рабочей среде, что обеспечивает достаточно равномерную обработку всех поверхностей.

Большое количество микроударов, действующих на обрабатываемую деталь в различных направлениях одновременно, способствуют удержанию ее во взвешенном состоянии, исключая грубые забоины и повреждения, а следовательно, улучшая обработанную поверхность и позволяя получить более качественное адгезионное соединение. Метод позволяет снизить шероховатость Rа с 6,3 до 0,32–1,25, уменьшить волнистость в 8–10 раз, увеличить относительную опорную длину профиля на 80–85 % по сравнению с другими методами [3].

Многими исследователями [3–5] достаточно подробно изучен процесс виброабразивной обработки, и, следовательно, за вычетом некоторых вопросов, разработаны зависимости для применения этого метода при обеспечении низкой шероховатости и увеличения параметра опорной длины, соответственно качественных поверхностей под склеивание.

Одна из основных зависимостей [3] для определения шероховатости от времени обработки (1) представлена ниже:

Ra(t) Raисх Raуст e kиt Raуст ,	(1)
278

где Raисх – среднее арифметическое отклонение профиля исходной шероховатости поверхности; Raуст – среднее арифметическое отклонение профиля установившейся шероховатости поверхности; kи – коэффициент интенсивности изменения шероховатости; t – время обработки.

Виброабразивная обработка позволяет обеспечить широкие технологические возможности для обеспечения качества поверхностей деталей перед склейкой. Метод имеет большие экономические преимущества, и вместе с применением перспективных методов склейки, позволит достичь производителю больших преимуществ на мировом рынке.

Список литературы

1.Зинина И.Н. Технологическое обеспечение качества адгезионных соединений на основе учета влияния микропрофиля поверхностей деталей: дис. ... канд. техн. наук. – М., 2003. – 220 с.

2.Ковачич Л. Склеивание металлов и пластмасс. – М.: Хи-

мия, 1985. – 240 с.

3.Бабичев А.П., Бабичев И.А. Основы вибрационной технологии. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 1998. – 624 с.

4.Тамаркин М.А. Теоретические основы оптимизации процессов обработки деталей свободными образивами: дис. ... д-ра техн. наук: 05.02.08. – Ростов н/Д, 1995. – 153 с.

5.Сухов М.В. Оптимизация технологических параметров вибрационной отделочно-упрочняющей обработки: дис. ... канд.

техн. наук: 05.02.08.. – Ростов н/Д, 2004. – 162 с.

279

УДК 533.697.3

ОЦЕНКА СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ДВУХ РЕЗОНАТОРОВ ГЕЛЬМГОЛЬЦА В МОДЕЛЬНОМ КАНАЛЕ КВАДРАТНОГО СЕЧЕНИЯ

А.Н. Аношкин, И.А. Корин, П.В. Писарев, В.В. Пальчиковский

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

@mail.ru, [e-mail]

Данное исследование проводилось в программном пакете конечно-элементного анализа COMSOL Multiphysics для волновода квадратного сечения. Решена тестовая задача, результаты сверены со значениями, полученными аналитически. Проведены расчеты по оценке взаимовлияния ячеек сотовых звукопоглощающих конструкций. Определенны комбинации ячеек, наиболее удовлетворяющие основным требованиям.

Ключевые слова: авиационный двигатель, звукопоглощающая конструкция, метод конченых элементов, акустическое давление.

Одной из важнейших проблем современного авиастроения является проблема снижения шума авиационных двигателей. Уровни шума пассажирских самолетов в настоящее время во многом определяют их конкурентоспособность и являются важной технической характеристикой. Для снижения уровня шума используются специальные звукопоглощающие конструкции (ЗПК), обычно они устанавливаются в канале воздухозаборника и внешнем контуре двигателя. Актуальным становится вопрос оптимизации ЗПК, уменьшения их габаритов и массы.

Цель настоящей работы – повышение эффективности шумоглушения в конструкциях современных авиационных двигателей на основе совершенствования геометрической формы, сочетания призматических резонансных ячеек различного объема [1] и математического моделирования процесса распространения, взаимодействия с резонансной ячейкой и затухания акустической волны.

280