Виброиспытание камеры-демонстратора ракетного двигателя малой тяги, изготовленной с использованием аддитивных технологий

В настоящее время продолжается совершенствование конструктивных схем и технологии изготовления ракетных двигателей. В зарубежном и отечественном ракетном двигателестроении особое внимание уделяется разработке и внедрению аддитивных технологий — изготовлению деталей методами лазерного послойного сплавления металлического порошкового материала на 3D-принтерах. Данные технологии находятся в стадии экспериментальной отработки, поэтому проектно-конструкторскими организациями и промышленными предприятиями проводятся комплексные исследования и испытания изделий-демонстраторов, изготовленных методами 3D-печати.

С учетом требований отраслевого стандарта ОСТ 92-4928–90 «Система технологического обеспечения разработки и постановки на производство изделий» необходимо проводить контрольно-испытательные работы [1]. Одним из видов таких работ являются виброиспытания узлов и агрегатов ракетных двигателей, поскольку при работе двигателя возможно возникновение вибрации, вызывающее механические повреждения и нарушение режима работы, которые могут стать причиной поломки или отказа системы. Соответственно, в ходе производства и разработки изделия их необходимо тестировать на воздействие вибрации. Проверка продукции на воздействие вибраций производится с помощью вибрационных установок. Подтверждение работоспособности на всех стадиях эксплуатации изделия добиваются проведением испытаний при имитировании внешних воздействий.

Существует различные типы испытаний изделий на вибропрочность [2]. Мы проводили испытание, в котором на объект воздействуют сигналом, описываемым базовой математической моделью — синус.

Вибропрочность — это свойство узлов, аппаратуры и летательного аппарата (ЛА) в целом противостоять разрушающему действию вибрации в заданных диапазонах частот и оставаться работоспособными после воздействия вибрационных нагрузок.

Для испытаний элементов средней и небольшой массы используются вибростенды на базе электродинамических вибраторов [3].

Данные стенды подходят для моделирования воздействия вибрации на различные образцы: космические аппараты (КА), приборы аэрокосмической промышленности, автомобили, стальные конструкции, механические и электрические изделия — в реальных условиях эксплуатации.

Электродинамический вибростенд состоит:

•  из стенда, на который крепят объект и датчики-акселерометры;
•  усилителя, основная задача которого подвести необходимую мощность к стенду;
•  системы управления вибрацией (СУВ), основная задача которой следить за тем, чтобы сигнал, получаемый с акселерометра, соответствовал заданию пользователя, и корректировать сигнал, подаваемый на усилитель;
•  компьютера, с помощью которого пользователь устанавливает задания и который управляет ходом испытания, отображает результаты испытания — графики измерений, погрешности и т.д.

В данной работе рассматривается методика виброиспытаний камеры-демонстратора ракетного двигателя малой тяги, изготовленной из штатного материала Инконель-718 на 3D-принтере путем лазерного аддитивного сплавления (SLM — технология).  Испытаниям подвергался корпус камеры (нижняя часть без смесительной головки)

Испытания были проведены на вибростенде СУВ ВС-207 [4], так как данная система реализуют все существующие типы испытаний. Поскольку стенд может создавать вибрацию только в одном направлении, то камеру демонстратор закрепляли в двух положениях: вертикальном и горизонтальном.

Для проведения испытаний были разработаны два режима (одинаковые для обоих положений камеры):

1. Начальные испытания на обнаружение резонансных частот в соответствии с требованиями ГОСТ 30630.1.1–99 по методу 100-1 с диапазоном частот 20–2000 Гц, с постоянной амплитудой ускорения 0,5g и скоростью качения частоты не более 2 октав/мин (всего 4–5 м).
2. Испытания на синусоидальную вибрацию (режим Б) в соответствии с требованиями ОСТ 92-0266–73.

В результате испытаний установлено, что корпус камеры-демонстратора, изготовленный методом аддитивной технологии из штатного материала Инконель-718, выдержал вибрационные испытания. Разрушения изделия не произошло. При внешнем осмотре камеры дефектов и нарушений сплошности поверхностей изделия не обнаружено.