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.