Розмір шрифту:
Комбіновані лазерні процеси для виготовлення композитних біметалевих елементів авіаційних двигунів
Остання редакція: 2021-05-16
Анотація
В сучасних реаліях важливе значення має отримання нових металів з особливими властивостями. До них з впевненістю можна віднести біметали - матеріали, що складаються з двох чи більше металів або сплавів. Біметалічний прокат дозволяє отримати таке поєднання властивостей, які неможливо отримати в окремо взятому металі або сплаві: високу міцність з корозійною стійкістю, ударну в’язкість із зносостійкість, міцність з високою тепло- та електропровідністю та інші. Структурно-функціональний аналіз (СФА) включає вибір компонентів композитного матеріалу (матричного та армуючого), параметрів односпрямованого шару (коефіцієнту армування, пружних характеристик та міцності), проектування багатошарової структури (послідовності викладення, товщини шарів), виходячи з діючих на неї зовнішніх силових і температурних впливів. Цей етап є найбільш складним при проектуванні будь-яких виробів з композиційних матеріалів.
Суть цієї методології в наступному: створюється шарувата модель проектованого виробу, що складається тільки з квазіізотропних шарів матеріалу, за формою і геометрії відповідна вихідного виробу. Далі ця модель піддається силових дій, аналогічним випробовуваним проектованим виробом. На основі пошарового аналізу в програмному продукті ANSYS Workbench модулем ANSYS Composite Pre/Post визначаються напрямки головних напружень в кожному шарі. Ці напрямки і є основою укладання односпрямованих шарів обраного композиту з подальшим формуванням ортотропної структури. Це перше наближення структури проектованого виробу. Другим наближенням є укладання односпрямованих шарів композиту в напрямку дії головних напружень першого наближення.
В сучасній ракетно-космічній промисловості існує проблема невисокої тривалості експлуатації ракетних сопел. Зазвичай термін експлуатації становить 25-30 хв через дію високо температури, яка може становити близько 3000 °С, що не дає змогу використовувати сопло повторно. Найчастіше сопла виготовляють із композитних матеріалів і вони позбавлені системи активного регенеративного охолодження на відміну від рідинних ракетних двигунів. Враховуючи ці недоліки, ми пропонуємо покривати внутрішню поверхню ракетного сопла жаростійкими багатошаровими металокерамічними сплавами на основі тугоплавких з’єднань: карбідів, боридів, нітридів, силіцидів з додаванням в’язких металів Кобальту і Нікелю. Ці сплави являються найбільш жаростійкими з усіх відомих матеріалів, що безумовно підвищить термін експлуатації ракетного сопла. Проаналізовано можливість застосування комбінованих чи гібридних лазерних процесів для нанесення металокераміки на авіаційні сплави.
Суть цієї методології в наступному: створюється шарувата модель проектованого виробу, що складається тільки з квазіізотропних шарів матеріалу, за формою і геометрії відповідна вихідного виробу. Далі ця модель піддається силових дій, аналогічним випробовуваним проектованим виробом. На основі пошарового аналізу в програмному продукті ANSYS Workbench модулем ANSYS Composite Pre/Post визначаються напрямки головних напружень в кожному шарі. Ці напрямки і є основою укладання односпрямованих шарів обраного композиту з подальшим формуванням ортотропної структури. Це перше наближення структури проектованого виробу. Другим наближенням є укладання односпрямованих шарів композиту в напрямку дії головних напружень першого наближення.
В сучасній ракетно-космічній промисловості існує проблема невисокої тривалості експлуатації ракетних сопел. Зазвичай термін експлуатації становить 25-30 хв через дію високо температури, яка може становити близько 3000 °С, що не дає змогу використовувати сопло повторно. Найчастіше сопла виготовляють із композитних матеріалів і вони позбавлені системи активного регенеративного охолодження на відміну від рідинних ракетних двигунів. Враховуючи ці недоліки, ми пропонуємо покривати внутрішню поверхню ракетного сопла жаростійкими багатошаровими металокерамічними сплавами на основі тугоплавких з’єднань: карбідів, боридів, нітридів, силіцидів з додаванням в’язких металів Кобальту і Нікелю. Ці сплави являються найбільш жаростійкими з усіх відомих матеріалів, що безумовно підвищить термін експлуатації ракетного сопла. Проаналізовано можливість застосування комбінованих чи гібридних лазерних процесів для нанесення металокераміки на авіаційні сплави.
Ключові слова
біметал, композитний матеріал, ракетне сопло, багатошарові металокерамічні сплави
Посилання
1. Жернаков В.С., Первушин Ю.С., Соловьев П.В. Функциональный анализ морфологии структуры и напряженного состояния конструкций из композиционных материалов // Вестник УГАТУ. 2019. Т. 23, No 4 (86). С. 18−25.
2. Орлов Б.В., Мазинг Г.Ю. Термодинамические и баллистические основы проектирования РДТТ. М.: Машиностроение, 1979. 392 с.
3. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1989. 533 с.
2. Орлов Б.В., Мазинг Г.Ю. Термодинамические и баллистические основы проектирования РДТТ. М.: Машиностроение, 1979. 392 с.
3. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1989. 533 с.