Использование механических методов обработки для получения турбулизаторов в камерах сгорания

Язык труда и переводы:
УДК:
621.9.047
Дата публикации:
13 декабря 2021, 15:00
Категория:
Секция 11. Наукоемкие технологии в ракетно-космической технике
Авторы
Рязанцев Александр Юрьевич
АО «Конструкторское бюро химавтоматики», ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
Евченко Ирина Владимировна
АО «Конструкторское бюро химавтоматики», ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
Аннотация:
Представлены возможности применения механической обработки при изготовлении деталей жидкостных ракетных двигателей. Показаны перспективные способы получения искусственной шероховатости на поверхностях жидкостных ракетных двигателей. Рассмотрены преимущества и недостатки существующих технологий применяемых в машиностроении для обработки поверхностей изделий, входящих в состав камеры сгорания жидкостных ракетных двигателей.
Ключевые слова:
искусственная шероховатость двигатель, двигатель, технология, машиностроение
Основной текст труда

В современном машиностроении требования к качеству изготовления деталей и сборочных единиц постоянно ужесточаются. Одной из главных задач в развитии технологий является поиск эффективных методов обработки, обеспечивающих высокую точность и качество продукции. Актуальной из проблем при изготовлении жидкостных ракетных двигателей является получение искусственной шероховатости на оболочках камер сгорания жидкостных ракетных двигателей в соответствии с требованиями нормативной документации. Искусственная шероховатость приводит к турбулизации всего потока охладителя  или значительной его части, что может существенно интенсифицировать теплообмен. В случае неоднородности искусственной шероховатости (выступы будут иметь различные формы, размеры и расположение) невозможно обеспечить равномерное охлаждение камеры сгорания. Поэтому представляет интерес разработка производительных способов обработки теплонагруженных поверхностей оболочки камеры сгорания. При этом должно обеспечиваться требуемое качество поверхности оболочки, для работоспособности изделия в условиях высоких тепловых потоков [1].

В машиностроении известен способ получения искусственной шероховатости с использованием импульсного волоконного лазера. Обработку выполняют в два этапа. Первоначально на прецизионном лазерном комплексе формируют шероховатость на поверхности детали, затем на чистовом режиме выполняют окончательную обработку электрохимическим способом [2].

Известным способом для формирования регулируемых шероховатых поверхностей является способ с использованием электроэрозионной обработки и применением в качестве инструмента электрода [3]. На первом этапе, на грубом режиме электроимпульсным методом на рабочей части электрода-инструмента наносят неровности в виде соприкасающихся углублений, после чего на чистовом режиме электроискровой обработкой электродом-инструментом формируют шероховатость на обрабатываемом участке. Недостатками способа являются относительно большой износ электрода-инструмента (например, величина износа латунных электродов составляет 25...30 % объема металла, снятого с детали), что значительно удорожает этот вид обработки и затрудняет получение необходимой точности, требует больших энергетических затрат, при этом производительность способа сравнительно низка.

В АО КБХА разработан, запатентован и внедрен в производство способ, который используют при нанесении искусственной шероховатости на поверхности деталей [4], например, на прямых участках оболочки камеры сгорания. Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является получение искусственной шероховатости производительным способом на металлообрабатывающем оборудовании с использованием в качестве инструмента ролика, без снижения качества поверхностного слоя изделия, с необходимыми технологическими параметрами.

С целью подтверждения работоспособности технологии в каналах охлаждения оболочки камеры сгорания из сплава БрХЦрТВ выполнялись локальные участки в донной части канала для дополнительного охлаждения. По требованиям технической документации высота выступов 0,5 ± 0,1 мм, ширина 0,9 ± 0,1 мм. Для этих целей ранее применялись электроэрозионный, электрохимический, комбинированный методы обработки. Использование указанных методов весьма трудоемко и требует существенных затрат на приобретение специализированного оборудования и технологическую подготовку перед началом выполнения работ.

Экспериментальные работы показали, что на пятикоординатном фрезерном станке с числовым программным управлением типа ГФ 2171, на рабочей части детали в канале охлаждения формируются участки с высотой неровностей 0,47 мм и шириной 0,91 мм в течение 10 минут. В качестве инструмента использовался ролик, закрепленный в специальной оправке. Для крепления заготовки использовались специальные средства технологического оснащения. Измерение профиля участков показало соответствие требованиям технической документации.

Таким образом, представленное изобретение позволило получить искусственную шероховатость производительным способом на металлообрабатывающем оборудовании с использованием в качестве инструмента ролика, без снижения качества поверхностного слоя изделия, с необходимыми технологическими параметрами [4].

Литература
  1. Ryazantsev A.Yu., Yukhnevich S.S. Use of combined methods of treatment to obtain artificial roughness on the parts surfaces // MATEC Web of Conferences: International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE 2018), Vol. 224, 01058 (2018), DOI: 10.1051/matecconf/201822401058
  2. Авторское свидетельство № 2464137. Российская Федерация, МПКB23Н. Способ получения локального участка охлаждения теплонагруженной детали / В.П. Смоленцев и др. Опубл. 20.10.2012, бюл. № 29.
  3. Ryazantsev A.Yu., Yukhnevich S.S., Shirokozhukhova A.A. Innovative Methods For Obtainig Artificial Roughness On The Surfaces Of Heat-Loaded Parts Of The Liquid Rocket Engines Combustion Chamber // AIP Conference Proceedings 2318. 2021. Art. no. 030004. DOI: 10.1063/5.0035987
  4. Патент 2749414 Российская Федерация, МПК В23С 1/00. Способ получения искусственной шероховатости на поверхности детали механическим методом обработки / А.Ю. Рязанцев, С.С. Юхневич, Н.Н. Короткова, М.А. Гусева. № 2020136276. Заявл. 03.11.2020, опубл. 09.06.2021, бюл. № 16.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.