Испытания сухих и ферменных отсеков.

Для сухих и ферменных отсеков действуют требования, применимы классификация и виды испытаний рассмотренные выше.

Для вновь разработанных сухих и ферменных отсеков РН и КА изготавливают несколько стендовых отсеков для статических и динамических испытаний, электрических испытаний систем, размещаемых на этих отсеках. Один и тот же стендовый отсек возможно использовать для нескольких испытаний. Для пилотируемых КА делают стендовые сухие и ферменные отсеки для тренировок космонавтов в бассейне. Делают стендовый ГО для проведения испытаний на раскрытие и сброс створок ГО. Проверяют срабатывание и раскрытие замков по продольному и поперечному стыкам ГО, раскрытие и сброс створок ГО.

Специально для сухих и ферменных отсеков летных изделий испытаний не проводят. Летные сухие и ферменные отсеки испытывают уже в составе собранной РН или КА для комплексных испытаний систем, установленных на этих отсеках.

 

21.Изготовление герметичных отсеков РН и КА. Изготовление деталей герметичных отсеков.

Герметичными отсеками РН и КА являются баки, приборные отсеки, жилые отсеки.

Баки, приборные и жилые отсеки во многом похожи – имеются днища, боковая поверхность бака (обечайка), стыковочные шпангоуты, к которым приваривают днища и обечайку и которые служат для соединения со смежными отсеками.

Рассмотрим изготовление герметичных отсеков на примере баков. Баки представляют собой тонкостенные герметичные емкости, подвергающиеся внутреннему давлению. Внутреннее давление создается благодаря наддуву баков специальным газом, обеспечивая подачу топлива к двигателю, а также жесткость и прочность бака.

Баки работают при нормальной, высокой или низкой температуре, часто в контакте с агрессивными средами компонентов топлива. Кроме того, они подвергаются различным внешним воздействиям, динамическим нагрузкам, аэродинамическому нагреву. Часто баки представляют собой силовую основу корпуса, являясь несущими баками.

Классификация и материалы баков, требования к бакам.

В зависимости от назначения, конструкции баков многообразны. По форме внешних обводов баки бывают:

1) цилиндрическими (реже коническими) со сферическими или эллиптическими днищам,

2) сферическими, сваренными из двух полусфер,

3) торовыми («бублик»), которые иногда компонуются в пакеты и блоки торовых баков,

4) эллиптическими, сваренными из двух эллиптических днищ.

По функциям, выполняемым в конструкции РН и КА, баки могут быть:

а) несущими, баки являются корпусом РН или КА, формирующим его обводы и воспринимающим нагрузки, приходящиеся на корпус (у РН применяют в основном несущие баки).

б) подвесными, баки помещаются внутри несущего корпуса РН или КА (в КА подвесные баки значительно распространены).

По конструкции стенок баки могут быть:

1) с гладкими листовыми стенками без силового набора или с силовым набором сборной конструкции,

2) со стенками из монолитных (например, вафельных или только с продольным набором) панелей,

3) из различного типа слоистых панелей, которые иногда выполняют теплозащитные функции.

Кроме того, в баках обычно имеется много различных конструктивных усложнений, затрудняющих изготовление и сборку: промежуточные днища, мембранные вытеснители компонентов для баков КА, демпфирующие перегородки, фланцы, патрубки, кронштейны, датчики уровня, заборные устройства.

Требования к материалам баков

1) обладать высокой прочностью и жесткостью

2) противостоять как высоким, так и криогенным температурам

3) быть коррозионностойкими по отношению к компонентам топлива

4) иметь высокую плотность материала (непроницаемость) для обеспечения герметичности по стенкам,

5) обладать приемлемыми технологическими свойствами, пластичностью (штампуемостью), свариваемостью, хорошей обрабатываемостью резанием.

Наиболее распространенными материалами для баков и емкостей являются деформируемые сплавы (АМг3М, АМг6, АМг6М, АМг6Н, Д16АМ, Д20, АК-6, В95АМ и т.д.), нержавеющие и высокопрочные стали (30ХГСА, 12Х18H9T, 20X13H4Г9, 12X18H10T и др.), титановые (ОТ-4, ОТ4-1, ВТ-6, ВТ-14 и др.), ряд других сплавов. Для баков высокого давления применяют никелевые (ХН60ВТ, ХН77ТЮР), молибденовые и бериллиевые сплавы.

Иногда с целью массового выигрыша в одной конструкции бака применяют комбинации материалов для различных деталей, в этом случае необходимо согласовывать коэффициенты линейного температурного расширения этих материалов.

Общими требованиями к бакам являются:

1) высокая прочность и жесткость

2) вибропрочность и сохранение эксплуатационных качеств при циклических нагрузках;

3) минимальная масса;

4) герметичность не только по швам, но и самих материалов;

5) стойкость против агрессивного воздействия компонентов ракетного топлива;

6) сохранение эксплуатационных качеств в широком диапазоне температур, иногда при циклическом температурном воздействии;

7) простота и технологичность конструкции;

8) обеспечение требуемой точности изготовления, назначенного ресурса;

9) на внешних и внутренних поверхностях баков не допускаются повреждения, царапины, заусенцы, острые кромки;

10) внутренние полости должны быть чистыми.

Все эти и другие требования должны обеспечиваться как самой конструкцией баков, так и соответствующей технологией и принятой системой контроля и испытаний.

Детали конструкции баков можно разделить по назначению на две группы:

К первой группе относятся детали, входящие в силовую схему (корпус) бака: обечайки, шпангоуты, днища.

Ко второй группе относятся детали арматуры, установочные и соединительные, служащие для заправки и подачи компонентов ракетного топлива, а также для соединения отдельных элементов силовой схемы и крепления различных коммуникаций, приборов и устройств. Это - фланцы, штуцеры, кронштейны, заборные устройства, уголки, накладки, горловины, люки, крышки, перегородки, воронкогасители, патрубки, кольца, ребра и другие.

Детали второй группы относятся в большинстве случаев к жестким деталям и изготавливаются общемашиностроительными методами. Они обычно изготовляются из тех же материалов, что и детали первой группы. Ряд деталей второй группы изготавливают методами холодной штамповки из листовых и профильных заготовок, большинство же их изготавливают механической обработкой.

Изготовление деталей баков.

Общая схема изготовления баков состоит из этапа изготовления отдельных деталей обеих групп и этапа сборки.

В подвесных баках обечайки имеют меньшую толщину, чем в несущих баках.

Длинные обечайки собираются обычно из отдельных цилиндрических секций (монолитных панелей), число которых может быть значительно, при их сборке одновременно устанавливаются и поперечные силовые элементы, кронштейны, перегородки и т.д., сборка производится в стапелях. Соединение с помощью сварки, которая обеспечивает герметичность. После контроля швов и приварки всех арматурных и установочных деталей обечайка поступает на сборку бака.

Стыковочные шпангоуты баков предназначены для стыковки обечаек с днищами баков и со смежными отсеками. К ним могут предъявляться более высокие требования по точности, герметичности, коррозионной стойкости.

Шпангоуты изготавливаются из стандартных профилей нужного поперечного сечения по обычной схеме изготовления.

По форме обводов днища, применяемые на РН и КА, могут быть сферическими, эллиптическими, параболическими, куполообразными и полуторовыми (половина тора) с бортами различной формы и без бортов.

По диаметру различают малогабаритные (до 300 мм), среднегабаритные (300-1000 мм) и крупногабаритные (более 1000 мм) днища. По составу исходных заготовок различают:

1) простые цельноформованные (штампованные),

2) сложные штампосварные конструкции днищ, сваренные из отдельных сегментов.

На технологию изготовления оказывают существенное влияние относительная толщина стенок (отношение толщины стенки к диаметру днища) и требуемая точность.

Для днищ в большинстве случаев используются листовые заготовки различной толщины (от 0,5 мм до 30 мм и выше). Основой изготовления днищ являются, как правило, методы холодного формообразования. Общие требования к днищам такие же, как и к бакам.

Обобщенная схема изготовления днищ:

1) Листы освобождают от упаковки, протирают смазку и осматривают поверхность: не допускаются царапины, вмятины, трещины и другие поверхностные дефекты; при необходимости производят контроль толщины.

2) Разметка очищенного листа производится с помощью разметочного инструмента, проверяется с помощью шаблона заготовки. Здесь же отрезаются образцы для механических испытаний и химического анализа; производится клеймение листов и образцов.

3) Раскрой заготовок днищ производится на гильотинных или роликовых ножницах, на фрезерных или карусельных станках, иногда газовой или плазменной резкой. Для сложных штампосварных днищ вырезаются треугольные или сегментные заготовки элементов днищ. Для крупных малонагруженных днищ могут применяться сварные (с последующей зачисткой и отжигом швов) листовые заготовки.

4) Если раскрой заготовки производится на ножницах или резкой, то контур ее обрабатывается механически. Кроме того, на этом этапе иногда производится механическая обработка (фрезерование на копировально-фрезерных станках) поверхности заготовок для получения вафельных или другой формы карманов с целью облегчения днища; иногда применяется для этого химическое фрезерование.

5) Заготовки после слесарной доработки тщательно протираются, обезжириваются и подвергаются отжигу (термообработка для снятия внутренних напряжений).

6) После отжига поверхности тщательно очищают, производят травление, промывку, сушку. Если операция формообразования производится со смазкой, то наносится соответствующая смазка.

7) В настоящее время известно много методов формообразования днищ: холодная листовая штамповка, обтяжка, ротационное выдавливание и обкатка, штамповка взрывом, вибрационная штамповка и другие.

Наибольшее распространение среди методов формообразования днищ находят методы листовой штамповки, наиболее освоенные производством: формовка, которая преимущественно выполняется за один переход и рекомендуется для днищ большой относительной толщины и малой относительной глубины; вытяжка различными способами. При изготовлении днищ из малопластичных материалов (магниевые и титановые сплавы) или из высокопрочных сталей с большой относительной толщиной применяют метод вытяжки с подогревом. Температура нагрева заготовки зависит от свойств материала. В некоторых случаях подогревается сам штамп. Применение штамповки с подогревом позволяет увеличить коэффициент и уменьшить число переходов при изготовлении днищ с большой относительной глубиной.

8) При многопереходном формообразовании днища подвергаются промежуточному отжигу. После операции формообразования днища или элементы сложных днищ проходят окончательную термообработку (отжиг, закалка, отпуск).

9) Формообразованные элементы сложных днищ после термообработки подвергаются механической обработке по кромкам под сварку на специальных кромкофрезерных станках.

10) После механической обработки производится слесарная доработка кромок, зачистка их, обезжиривание и подготовка под сварку.

11) Порядок сборки и сварки элементов днищ определяется их количеством и возможностью установки в одном приспособлении, которое должно обеспечить точное базирование элементов и возможность автоматической сварки по стыкам. После сварки производится отжиг сварных швов и контроль их методами неразрушающего контроля.

12) Сваренное днище поступает на операцию окончательной калибровки и правки. Элементы днищ до сварки проходят индивидуальную калибровку.

13) Для пробивки отверстий в днищах, число которых может быть значительно, применяют пробивные штампы.

14) При изготовлении крупных днищ их часто делают методом химического фрезерования. Эта операция может выполняться до формообразования или сразу после формообразования до сварки и вырубки отверстий.

15) Днища поступают на операцию нанесения покрытий (анодирование, кадмирование и т.д.), иногда наружная поверхность днищ шлифуется или полируется для получения высоких отражательных характеристик, например, чтобы отражать тепловые потоки, тогда покрытие не наносится (чистый металл).

После этого днища поступают на общую сборку бака в стапеле с помощью сварки.

 

22.Изготовление обечаек из монолитных панелей. Сборка герметичных отсеков. Система испытаний герметичных отсеков.

Монолитная панель – это одна единая деталь. Обечайка (боковая поверхность) герметичного отсека собирается сваркой из таких монолитных панелей. Монолитные панели включают в себя обшивку с продольным и поперечным набором (ребра жесткости). Эти ребра жесткости играют роль стрингеров и промежуточных шпангоутов, как у сухих отсеков, но только они входят в состав монолитной панели для обеспечения герметичности панели.

В монолитных панелях ребра жесткости могут быть или только в продольном или в продольном и поперечном направлениях ("вафельного" типа), или расходящимися лучами из одной точки. Применение монолитных панелей вызвано, с одной стороны, постоянным увеличением нагрузок на конструкцию и стремлением в то же время сохранить их массовые характеристики, с другой стороны, развитием технологических методов изготовления монолитных панелей с достаточно тонкими ребрами и обшивкой, позволяющими реализовать этот массовый выигрыш.

Конструктивными преимуществами являются:

1) Меньшая масса при равной прочности

2) Уменьшение трудоемкости проектирования, конструкции за счет уменьшения количества элементов;

3) Увеличение прочности, жесткости, устойчивости за счет уменьшения числа стыков и швов, некоторое увеличение внутреннего объема агрегата,

4) Высокая герметичность конструкции,

5) Высокое качество наружных поверхностей обшивок.

Технологическими преимуществами монолитных панелей являются: уменьшение объема сборочных работ и во многих случаях суммарной механической обработки, уменьшение работ по герметизации, высвобождение производственных площадей и сборочного оборудования, упрощение сборочной оснастки, уменьшение стоимости изготовления панелей.

Недостатками монолитных панелей являются значительная стоимость заготовительной оснастки, низкий коэффициент использования металла, удлинение цикла подготовки и переналадки производства из-за длительности проектирования и изготовления оснастки. В опытном и единичном производстве применение монолитных панелей иногда может привести к удорожанию опытных изделий, технологические преимущества их полностью выявляются при серийном производстве.

Существует много способов изготовления монолитных панелей: механическое фрезерование из плит, прессование, прокатка, горячая штамповка, литье, химическое фрезерование, размерная электрохимическая обработка и другие. Применяют следующие методы изготовления монолитных панелей:

1) Механическое фрезерование монолитных панелей является одним из распространенных методов их изготовления, особенно в опытном и серийном производстве. Прямолинейные плоские панели фрезеруют из плит на копировально-фрезерных станках, позволяющих получать ребра жесткости любого расположения, и станках с программным управлением.

Панели криволинейной формы одинарной кривизны изготовляют из плит по двум схемам:

а) фрезерование плоской плиты, затем гибка ее по форме отсека,

б) гибка плоской плиты, а затем фрезерование криволинейной плиты.

Преимуществами механического фрезерования монолитных плит являются относительная простота оборудования, простота и дешевизна оснастки, возможность получения панелей различных конфигураций с любым расположением ребер жесткости и с любой толщиной, высокая точность и хорошее качество поверхности. Но такие недостатки, как низкий коэффициент использования металла (много стружки), большая трудоемкость и худшие механические характеристики металла панели, обусловили рекомендацию этого метода только для опытного и единичного производства. В серийном производстве этот метод допустим только в период подготовки более производительного метода.

2) Прессование монолитных панелей является одним из самых производительных способов их изготовления. При этом обеспечивается высокий коэффициент использования металла, более высокие механические свойства заготовок и высокое качество поверхности. Недостатком этого метода можно считать ограничения по форме и размерам панелей: можно получать панели только с продольными ребрами жесткости шириной до 850 мм и с толщиной обшивки не менее 2-3 мм. Для получения панелей с переменным по длине сечением применяется дополнительное фрезерование.

3) Прокатка монолитных панелей: преимуществами этого метода являются возможность получения панелей с толщиной обшивки менее одного миллиметра и панелей вафельного типа. Заготовками для панелей с продольными ребрами служат прессованные панели, которые в результате прокатки удлиняются за счет утонения обшивки и ребер. При прокатке панелей вафельного типа листовая заготовка - плита, сложенная с матрицей, имеющей обратную конфигурацию, прокатывается через гладкие валки, где металл заготовки перетекает в углубление матрицы. Посредством многократной прокатки с постепенным сближением валков получают вафельную панель требуемой формы. Процесс идет при температуре горячей штамповки. Технология обработки таких панелей и подготовки их к сборке в оболочки аналогична технологии изготовления прессованных панелей.

4) Горячая штамповка монолитных панелей на мощных прессах является методом, позволяющим получать панели с любой конфигурацией и переменной толщиной по длине ребер и со стыковыми узлами, что обеспечивает значительный выигрыш в массе и лучшую конструктивную прочность.

«-»: необходимость прессов большой мощности, длительный срок изготовления штампов, невозможность получения стенок малой толщины (менее 5-8 мм), низкая точность и достаточно сложная технология. Горячештампованные панели подвергаются длительной и сложной механической обработке или химическому фрезерованию. Объем такой обработки может быть уменьшен применением операции горячей калибровки. Горячештампованные панели рекомендуется применять в сильнонагруженных конструкциях при серийном, крупносерийном и массовом производстве.

5) Литье монолитных панелей

«+»: возможность получения панелей с различным расположением ребер, с более тонкой обшивкой, большая производительность, уменьшение объема механической обработки, уменьшение периода технологической подготовки производства, отсутствие больших усилий в процессе формообразования, возможность более быстрой переналадки оборудования.

«-»: худшие механические характеристики, они находят применение в малонагруженных агрегатах, когда их преимущества оказываются эффективными.

Метод литья панелей должен удовлетворять следующим условиям: до застывания металла в любом сечении через него должен пройти весь металл, питающий последующие сечения, и излишек металла из последующих сечений; при застывании не должно образовываться усадочных раковин, т.е. застывающие участки должны подпитываться жидким металлом; процесс литья должен обеспечивать удаление шлаков из отливки; желательно обеспечивать более плотную структуру металла в процессе литья. Методами, отвечающими этим условиям, является литье выжиманием, бесшовная заливка под низким давлением, центробежное литье.

6) Химическое фрезерование (размерное контурное травление) монолитных панелей

При химическом фрезеровании на металлический лист наносятся линии специальной мастики (краски). Там где наносят эту защитную краску будут ребра ячеек вафельной панели. Металлический лист опускают в ванну с раствором электролита. Под действием электрического тока в растворе электролита с непокрытых краской мест частицы металла уносятся и образуются углубления (ячейки) вафельной панели.

Преимуществом химического фрезерования по сравнению с механическим фрезерованием является при обеспечении высокой точности (до 0,05 мм) возможность получения панелей самых разнообразных форм и размеров с широкими и узкими пазами. При химическом фрезеровании исключаются деформации панелей. Метод позволяет создавать более равнопрочные конструкции. Химически фрезерованные панели практически не требуют дальнейшей ручной слесарной доработки и после отработки местных усложнений формы (отверстия, пазы и т.д.) передаются на сборку. При этом процессе прочностные показатели поверхностного слоя исходного материала не улучшаются из-за отсутствия поверхностного пластического деформирования (наклепа).

Сборка герметичных отсеков (аналогично сухим отсекам).