Повышение качества и надежности ракетного двигателя путём механизации сборочно-сварочных работ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.454.2

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПУТЁМ МЕХАНИЗАЦИИ СБОРОЧНО-СВАРОЧНЫХ РАБОТ

Е. Н. Ярцев, С. А. Миков, В. П. Назаров

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Производство является одной из ключевых стадий создания ракетного двигателя. На данном этапе технологии, применяющиеся при изготовлении двигателя и его элементов, определяют качество выпускаемого изделия, его стоимость, надёжность. Предлагается решение по модернизации технологических процессов сборки-сварки жидкостного ракетного двигателя, направленное на повышение производительности и качества выпускаемой продукции.

Ключевые слова: технологический процесс, автоматизация, робот.

IMPROVING QUALITY AND RELIABILITY OF A ROCKET ENGINE BY USING AUTOMATIC ASSEMBLING AND WELDING OPERATIONS

E. N. Yartsev, S. A. Mikov, V. P. Nazarov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

The production is a key stage of creation of a rocket engine. Technologies, which are used in the production process, determine a quality, total cost, and reliability of a liquid rocket engine. We propose to upgrade assembly-welding of a rocket engine that is aimed at increasing productivity and product quality.

Keywords: workflow, automation, robot.

Современный жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) - это сложное дорогостоящее изделие, состоящее из отдельных узлов и агрегатов, основными из которых являются камера двигателя, тур-бонасосный агрегат, газогенератор, узлы и агрегаты автоматики, трубопроводы, силовая конструкция (рама).

В процессе работы они испытывают воздействие больших давлений, высоких температур, значительных центробежных сил, влияние коррозии от агрессивных компонентов топлива, эрозии, вызванной газовым потоком, движущимся с большой скоростью.

Специфика применения ракетных двигателей предопределяет высокие требования к уровню их надёжности. Надёжность двигателя формируется при проектировании, обеспечивается в производстве и поддерживается в эксплуатации.

Нормативная документация определяет надёжность как свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.

Основная цель, стоящая на сегодняшний день перед современной ракетно-космической промышленностью, заключается в разработке и производстве качественных ЖРД, достигающих требуемой эксплуатационной надёжности при минимальных затратах материальных средств.

Поскольку конструкция жидкостных ракетных двигателей включает в себя большое количество различных элементов, выход из строя хотя бы одного из них приведёт к отказу двигательной установки в целом. В связи этим возрастает значение прогнозирования надёжности проектируемых изделий и разработке мер, направленных на её повышение и обеспечение [1].

Секция «Двигателии энергетические установки летательньш и космических аппаратов»

Одним из ключевых этапов создания ракетного двигателя является производство. На данном этапе именно технологии, применяющиеся при изготовлении элементов и РД в целом, определяют качество выпускаемого изделия, его стоимость, надежность и долговечность в эксплуатации.

Сборочные операции - это наиболее ответственная часть технологического цикла создания ЖРД. Поэтому в современном ракетно-космическом машиностроении необходимо разрабатывать технологию сборки ЖРД, основываясь на принципах конструктивно-технологического членения двигателя на блоки, выбора в качестве базового элемента для всей сборки агрегата или блока РД, типизации технологических операций в процессе сборки, использования объективных методов контроля на соответствие конструкторской и технологической документации выпускаемых изделий, применения средств механизации и автоматизации операций сборки [2].

Последний из приведенных принципов позволяет не только сократить длительность цикла изготовления РД, но и снизить его стоимость за счет сокращения численности персонала, повышения эффективности производственного процесса, при одновременном снижении вероятности брака практически до нуля.

Автоматизация в рамках одного производственного процесса позволяет подготовить базу для внедрения систем управления производством и систем управления предприятием [3].

Одной из основных проблем, препятствующих внедрению автоматизации сборочного процесса, является неполная унификация деталей, что неизбежно влияет на увеличение номенклатуры применяемого инструмента и препятствует типизации операций. Немаловажным является также принципиально иной подход к разработке технологии сборки ракетного двигателя, основанной на автоматизации процессов производства [4].

В современном производстве реализация автоматизированного выполнения технологических процессов возлагается на роботизированную технику. Благодаря широко внедряемым гибким решениям автоматизации, роботы и манипуляторы пришли на смену дорогим специальным машинам.

Современные технологические процессы, в которых применяется подобное оборудование, могут предложить снижение общей потребности в квалификации исполнителей, но требует соответствующего уровня оператора и поддержки обучения персонала.

В настоящее время разработчики двигательных установок закладывают жёсткие требования к использованию автоматизированного оборудования в процессе производства ракетного двигателя, особенно на заключительных этапах.

Современный сборочный цех должен быть укомплектован рядом автоматических комплексов для сварки, сборки и испытаний (см. рисунок):

- манипуляторами-кантователями, обеспечивающими необходимую плавность хода и точность позиционирования;

- системами для проведения пневмоиспытаний на герметичность, которые обеспечивают автоматическую подачу в полость испытываемых изделий рабочего тела, а также автоматическую регистрацию уровня негерметичности;

Модель роботизированной сварочной ячейки

- современными пультами для проведения электроиспытаний окончательно изготовленного изделия, в которых участие человека ограничивается лишь подключением испытательной схемы;

- роботизированным сварочным комплексом, включающим в себя универсальный сварочный источник для выполнения различных сварочных работ, двумя или тремя роботами и несколькими одно- или двухосевыми манипуляторами, обеспечивающими управляемое вращение свариваемого изделия.

Этого достаточно для механизации и автоматизации большинства выполняемых операций при окончательной сборке жидкостного ракетного двигателя.

Воспроизводимое качество продукта часто трудно достичь с помощью ручных методов сварки, в частности, когда используются современные материалы и сложные конфигурации соединений. Повышение уровня автоматизации может значительно улучшить производительность и сократить расходы на контроль сварных соединений.

Библиографические ссылки

1. Гахун Г. Г., Володин В. В., Краев М. В. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей : учебник. М. : Машиностроение, 1989. 424 с.

2. Технология производства жидкостных ракетных двигателей : учебник / В. А. Моисеев, В. А. Тарасов, В. А. Колмыков и др. / под ред. В. А. Моисеева и В. А. Тарасова. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. 381 с.: ил. (Технологии ракетно-космического машиностроения).

3. KUKA Robotics RUS [Электронный ресурс]. URL: http://www.kuka-robotics.com/russia/ru/ (дата обращения: 23.03.2016).

4. Ярцев Е. Н., Журавлев В. Ю., Бакулин Я. Ю. Возможности автоматизации технологического процесса сборки ракетного двигателя // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : сб. XI Междунар. науч.-практ. конф. творческой молодежи. Красноярск, 2015.

© Ярцев Е. Н., Миков С. А., Назаров В. П., 2016