Технолгия изготовления и сборки ракет В-В и их элементов.

1. Общие характеристики конструкции планера ракеты.

Ракета, как летательный аппарат в целом и ее конструкция представляют собой сложнейшее техническое устройство, эффективность которого во многом зависит от конструкции планера.

К конструкции планера ракеты предъявляются следующие основные требования: минимальный вес, высокая технологичность, удобство эксплуатации и высокая надежность.

Требования минимального веса. Перетяжеление конструкции планера влечет за собой увеличение общего веса ракеты или уменьшение полезной нагрузки. То и другое удорожает ракету и снижает ее эффективность (дальность, маневренность и т.д.). Кроме этого, увеличение веса ракеты влияет и на вес носителя. Например, на каждый лишний килограмм веса ракеты приходится 7-10 кг приращения веса самолета-носителя.

Требования высокой технологичности. Технологичностью определяют такие свойства конструкции, при помощи которых в процесс производства ракет можно достигнуть наиболее вы

соких производственных показателей, низкой трудоемкости, простоты обработки, коротких сроков освоения производства изделия, высокой степени автоматизации и механизации производственных процессов.

Повышению технологичности способствуют:

1. деление конструкции на агрегаты, узлы, отсеки;

2. простота конструкции, минимальное количество деталей, простые формы деталей, позволяющие применить высокопроизводительные процессы изготовления: штамповку, прокат, сварку, литье и т.п. ;

3. унификация материалов деталей, узлов, приборов; широкое применение деталей и узлов из серийно изготавливаемых изделий;

4. правильный выбор конструкционных материалов с учетом их технологических свойств.

Требования удобства эксплуатации. Для того, чтобы эксплуатация ракеты была безопасной, удобной, нетрудоемкой и не требовала излишне сложной системы наземного оборудования, необходимо предусматривать:

1. минимальное количество узлов и систем, требующих регулировки или настройки в процессе эксплуатации; объединение в отдельные отсеки, агрегаты и системы, к которым предъявляются повышенные эксплуатационные требования;

2. эксплуатационные разъемы и люки должны обеспечивать хороший подход для осмотра и производства всех работ, связанных с монтажом и обслуживанием агрегатов ракеты. Люки по возможности должны иметь легкосъемные крышки с невыпадающими винтами, а эксплуатационные разъемы – ограниченное количество крепежных элементов. При этом все вышеназванные элементы должны обеспечивать пыле влагонепроницаемость;

3. взаимозаменяемость основных узлов конструкции, что обеспечивает технологичность сборки ракеты, транспортирование в разобранном виде и ремонт в эксплуатации.

Требование высокой надежности. Надежность конструкции оценивается вероятностью ее безотказной работы в течение заданного срока службы. Надежность зависит от сложности конструкции, качества изготовления и условий эксплуатации.

Процесс изготовления изделия проходит много этапов, начиная с полуфабриката (заготовки) которая подвергается различным видам обработки и в результате превращается в готовые детали, а после сборки в готовые изделия.

В зависимости от сложности изделия и их назначения детали, узлы или агрегаты, имеющие одинаковое функциональное назначение, могут изготавливать из различных материалов, различных типов заготовок и различными технологическими процессами.

Современная технология производства ракет имеет ряд особенностей продиктованных их назначением и предъявляемыми к ним требованиями. Главными требованиями являются надежность и высокая эффективность. Для обеспечения этих требований ракеты должны иметь достаточную прочность и жесткость, высокую точность элементов, быть удобны в эксплуатации и безотказны в течение всего гарантийного срока службы. Это влечет к применению специальных марок материалов, новых технологических процессов, оборудования и т.д.

К особенностям производства ракет можно отнести:

1. Применение высокопрочных, жаропрочных и нержавеющих сталей, титановых сплавов с пределом прочности 120– 200 кг/мм², для чего требуется внедрение новых технологических процессов механической и термической обработки. При этом трудоемкость изготовления деталей увеличивается в 1,5 раза.

2. Применение рациональных заготовок для снижения трудоемкости и материалоемкости. Все виды литья, точная объемная штамповка, применение спецпрофилей и т.д.

3. Средний класс точности изготовления деталей находится в диапазоне 9–12 квалитетов точности.

4. Обеспечение взаимозаменяемости по местам стыков с установкой с помощью специальной оснастки и методов изготовления.

5. Применение повышенной чистоты обработки поверхностей сильно нагруженных деталей (подводное полирование, виброхимическая и виброаброзивная обработка, алмазное выглаживание, хонингование и т.п.)

6. Большой объем испытаний: заводские, типовые, специальные, государственные, которые в свою очередь подразделяются на ряд этапов.

При запуске ракет в производство основными направлениями повышения производительности изготовления являются:

• повышение технологичности конструкции;

• унификация и стандартизация элементов конструкции;

• применение гибких технологических процессов и станков с ЧПУ..

Планер ракеты, любой из аэродинамических схем, строится по общим принципам и состоит из следующих основных частей: головной части корпуса, средней или цилиндрической части корпуса, кормовой части, донного среза и несущих поверхностей (крыльев, рулей и т.п.). В отдельных случаях могут встретиться другие элементы или их комбинации, однако, в большинстве случаев, составные части типичных конструкций охватываются перечисленными выше элементами.

Головная часть – обычно имеет коническую, параболическую или оживальную форму, а иногда представляет собой комбинацию этих форм.

Средняя часть корпуса управляемой ракеты обычно выполняется в виде цилиндра. Тогда при нулевой подъемной силе на эту часть корпуса действует только сопротивление трения. Если средняя часть корпуса имеет переменный диаметр, то ее можно рассматривать, как продолжение головной или кормовой части.

Кормовая часть – часть корпуса с постепенно уменьшающимся диаметром по направлению к донному срезу. Кормовая часть может иметь коническую или оживальную форму. Назначение кормовой части – уменьшить полное сопротивление ракеты. Однако, вследствие того, что с выполнением оживальной части связаны определенные технологические трудности, возможна форма кормовой части в виде цилиндра.

2. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ

Вопросы обеспечения технологичности конструкции решаются конструктором на всех стадиях проектирования.

Повышение технологичности – одна из важнейших составных частей процесса проектирования, и конструкторы должны располагать соответствующими знаниями по основным вопросам технологичности конструкций.

Отработка конструкций на технологичность является непрерывным процессом, который начинается с разработки эскизного проекта и рабочего проектирования продолжается до изготовления опытных образцов и серийного производства конструкции.

При проектировании изделия и отработке его технологичности следует руководствоваться следующими соображениями:

1. Технологичность конструкции зависит от масштаба выпуска и типа производства (массовое, крупносерийное, мелкосерийное, опытные партии, единичное). Высокотехнологичная конструкция для одного масштаба выпуска и серийности может быть нетехнологичной для другого масштаба выпуска. При переходе от единичного и опытного производства к крупносерийному или массовому производству конструкция может быть подвергнута определённым изменениям..

2. Технологичность конструкции должна рассматриваться относительно изделия в целом. Нельзя рассматривать вопрос технологичности отдельно детали или сборочной единицы без учета влияния его на технологичность всего изделия.

3. Технологичность должна рассматриваться с учетом возможности использования стандартных, заимствованных, покупных деталей и сборочных единиц, унификации технологических процессов, а также специфики заводов-изготовителей.

Конструкция, с точки зрения технологичности сборки, должна:

• допускать параллельную и независимую сборку, контроль и испытание отдельных ее узлов;

• обеспечивать сборку без пригонок, а там, где это требуется по условиям эксплуатации, и взаимозаменяемость деталей и узлов;

• обеспечивать доступность к местам монтажа и возможность применения высокопроизводительных методов.

Особое внимание отводится таким показателям технологичности как металлоёмкость и Ким.

Уменьшение металлоемкости при проектировании осуществляется заменой металлов волокнистыми композиционными материалами, применением конструкционных металлов с максимальной удельной прочностью и максимальной удельной жесткостью.

Коэффициент использования материала определяется по следующей формуле

где - масса заготовок (и), необходимая для изготовления одного изделия (или детали),

- масса изделия без массы покупных изделий.

Повышение КИМ при проектировании добиваются благодаря разработке таких конструкций, которые позволяют применять рациональные заготовки (прессованные, сварные профили для фланцев корпусов и днищ, точное литье и штамповки с наличием механически необрабатываемых поверхностей, заготовки штампованные из листа без последующей механической обработки, и др.). Весьма эффективным направлением повышения КИМ является также рациональное членение конструкции на элементы, которые можно изготовить отдельно с высокой технологичностью, а затем соединить в сборочную единицу.

Таким образом, высокая технологичность конструкции характеризуется:

• низкой трудоемкостью изготовления;

• высоким коэффициентом использования материала;

• возможностью организации коротких производственных циклов изготовления на основе рационального расчленения сложных конструкций;

• возможностью кооперирования на основе высокого уровня унификации, стандартизации и нормализации, рационально выбранной схемой членения;

• минимальным количеством выбранных марок материалов;

• низким уровнем затрат на технологическую оснастку, доступных точностей и другими факторами, упрощающими изготовление деталей.

3. Технологические процессы изготовления узлов и деталей ракет.

3.1. Основные материалы и типы заготовок применяемых для изготовления деталей.

Современные ракеты представляют собой сложные устройства работающие при воздействии на них больших температур и нагрузок. Существенное влияние на технологичность изготовления оказывают не только принятые конструктивные решения, но и марки применяемых материалов, а также технологические процессы изготовления элементов конструкции.

В зависимости от назначения детали и узлы изделий изготавливают из различных марок материала и типов заготовок. Желательно чтобы заготовки по своей форме приближались к форме готовой детали и требовали минимальной механической обработки.

Существующие методы литья позволяют обеспечить высокие показатели по использованию материала. Наиболее часто применяются такие методы литья как: литьё по выплавляемым моделям, литьё в кокиль и литьё под давлением. Коэффициент использования материала при применении этих методов литья приближается к 0,65.

Основными марками материалов, применяемыми при литьё различными методами, являются: - стали 10Х18Н9БЛ, ВНЛ-3, 08Х14Н5М2ДЛ;

- алюминиевые сплавы Ал-2, Ал-9, ВАЛ-14;

- магниевый сплав МЛ-5

Применение деталей из заготовок, получаемых горячей штамповкой, позволяет обеспечить (коэффициент использования материала) Ким=0,6. Горячей штамповкой получают детали из следующих материалов:

- титановых сплавов ВТ-20, ОТ-4;

- нержавеющей стали 12Х18Н10Т;

- алюминиевых сплавов АК4-1Т.

Все указанные материалы освоены промышленностью и не требуют разработки специальных технологических процессов их обработки.

Наряду с рациональными заготовками широко применяются заготовки получаемые из стандартных профилей: листов, прутков круглых и шестигранных, труб и др.

Механическая обработка заготовок, в зависимости от конструкции детали или узла, осуществляется на универсальных станках, агрегатных (специализированных) или станках с ЧПУ.

3.2. Особенности технологии изготовления корпусов отсеков.

Корпус ракеты служит для размещения в нем оборудования, топлива, целевого груза, определяемого назначением ракеты и для расположения двигательной установки, являющейся, как правило, основным несущим элементом корпуса. В силовом отношении корпус является базой – опорой для крепления поверхностей и органов управления, различного оборудования.

Как правило, корпус ракеты состоит из ряда функциональных отсеков, стыковка которых между собой может производиться различными способами. Конструкция отсеков определяется необходимостью размещения в них требующегося для ракеты различного вида оборудования, обеспечивающего нормальную работу ракеты при минимально возможном весе конструкции и обеспечением максимально возможной прочности.

Наиболее часто применяется сварная конструкция корпусов отсеков различного функционального назначения. В зависимости от типа изделия конструкции отсеков одного и того же назначения могут существенно отличаться друг от друга.

На рис.3.1 и Рис. 3..3 представлен различные конструктивные решения сварного варианта приборного отсека.

Рис.3.1.

Корпус отсека Рис.3.1 состоит из обечайки (1), колец (2, 3 и 4) соединённых между собой контактной точечной сваркой. Кольца изготовлены из листового титанового сплава ОТ4 , как и обечайка. Отличие заключается в том, что кольца разрезные, а обечайка сварная Рис.3.2. Длина развёртки обечайки (периметр) изготавливают с отклонением от номинального размера 0,1мм. и с припуском 2 мм. по длине. Гибку листовой заготовки осуществляют на трёх валковом гибочном станке. Обечайку сваривают аргонодуговой сваркой с последующим контролем качества сварного шва. Для обеспечения требуемой точности диаметра обечайки она подвергается термокалибровке и последующей механической обработке торцевых поверхностей. Биение торцевой поверхности не должно превышать 0,05 мм.

С внутренней стороны обечайки сварной шов, перед установкой разрезных колец (2 и 4), зачищается на ширину этих колец заподлицо с внутренним диаметром.

Рис.3.2

После приварки разрезных колец производится механическая обработка торцевых и посадочных поверхностей, а также отверстий под окантовку лучков и сверление отверстий под крепёж на станке с числовым программным управлением. Остальные элементы, такие как окантовки (6) кронштейны (5), шпангоут (7) и втулки (8) приваривают контактной точечной сваркой.

Н а Рис.3.3 приведена конструкция приборного отсека изготовленного несколько

Рис.3.3

другим способом. Отличительной особенностью является замена разрезных колец шпангоутами (2 и 3) изготовленными из листового титанового сплава ОТ4. и после гибки сваренными аргонодуговой сваркой. После сварки кольцевые заготовки подвергаются механической обработке в результате которой они приобретают форму приведённую на Рис.3.3. (б,в). В процессе механической обработки точность изготовления сопрягаемых и посадочных поверхностей обечайки достигается более высокая, чем в первом случае. Соединение обечайки и шпангоутов друг с другом производится аргонодуговой сваркой. При сварке необходимо чтобы сварные швы обечайки и шпангоутов были смещены относительно друг друга на 45⁰ . Выполнение данного условия позволяет снизить появление дефектов в перекрещивающихся сварных швах.

Для защиты аппаратуры и приборов, расположенных в отсеке, от кинетического нагрева при эксплуатации осуществляется установкой теплозащиты внутренней поверхности отсека. На Рис.3.4 приведена конструкция теплоизоляции изготовленной прессованием из материала АТМ-6. Материал обладает хорошими теплоизоляционными свойствами и работает в диапазоне от -260⁰С до +430⁰С, а так же имеет нулевые показатели по гигроскопичности, водопоглощаемости и водопроницаемости. Учитывая, что на внутренней поверхности отсека имеются выступающие элементы теплозащита может состоять из нескольких частей склеенных между собой клеем ВКТ-2. Перед установкой теплозащиты все установленные внутри корпуса детали (лючки, окантовки, втулки, пояса и пр.) по контуру промазывают герметиком ВТО-1 для обеспечения пыле, влогонепроницаемости.

Рис.3.4

Рис.3.5 Конструкция сварного корпуса с дополнительными силовыми поясами.

На рис. 3.5 показан вариант сварного корпуса, спроектированный по предыдущей схеме. Для повышения прочности конструкции к окнам приваривают листовые окантовки или накладки, а при необходимости в центральной части корпуса отсека привариваются специально спрофилированные кольцевые пояса, выполняющих функцию дополнительных шпангоутов. Все элементы отсека выполнены из титанового сплава аналогично конструкции представленной на рис. 3.3. Стыковые шпангоуты представляют собой охватывающие шпангоуты клинового стыка.

Другой разновидностью конструкции корпуса отсека рис. 3.6 может служить корпус, изготавливаемый из дюралевой трубы методом ротационного выдавливания с механической обработкой наружной и внутренней поверхностей. Труба изготовлена из материала Д20Т1 с толщиной стенки 12мм.

С внутренней стороны, на передней и задней частях отсека, изготовлены по шесть секторов гребенки внутренней части байонетного стыка с отверстиями для фиксирующих винтов.

Для обеспечения доступа к расположенным внутри отсеков элементам, крепления агрегатов и блоков, в корпусах предусматриваются различного вида отверстия (в том числе упрочненные), окна, втулки и бобышки крепления, накладки, посадочные места, посадочные поверхности различные отверстия, в том числе и резьбовые . Отклонение торцевой поверхности отсека от перпендикулярности относительно оси не должно превышать 0,1 мм.

Рис. 3.6 Конструкция корпуса, изготовленного методом ротационного выдавливания.

Наряду с рассмотренными конструкциями применяются отсеки исходная заготовка которых изготавливается литьём из алюминиевого сплава ВАЛ-14. На рис. 3.7 и рис.3.8 приведены конструктивные схемы рулевых отсеков различных изделий.

Рис.3.7

Рис.3.8

Наружную поверхность корпуса отсека, места установки агрегатов и сопрягаемые поверхности механически обрабатывают. На таком корпусе возможно изготовление необходимых для установки агрегатов приливов, различных карманов, бобышек, гнезд, кронштейнов, что существенно снижает количество отдельно изготавливаемых деталей. Для доступа к функциональным агрегатам и блокам при их установке, отладке и эксплуатации на корпусе отсека предусмотрены вырезы, окна, приливы с гнездами, посадочные поверхности для установки подшипников и крепления отсека, различные крепежные отверстия. В задней части корпуса рис.3.8 изготовлена наружная гребенка байонетного стыка, а в передней части выполнены карманы фланцевого стыка.

Использование того или иного вариантов корпусов отсеков на практике определяется аэродинамической схемой, общей компоновочной схемой ракеты, предусматривающей необходимость выполнения поставленной задачи, ее конструктивно-силовой схемой, габаритно-весовыми характеристиками, возможностью размещения требуемого оборудования.