Анализ теплопрочностного состояния цилиндрической камеры сгорания, изготовленной с использованием аддитивных технологий

Аддитивные технологии, основанные на послойном и прямом лазерном спекании металлических порошков, дают возможность изготавливать объекты сложной формы с высокой точностью при приемлемых материальных и временных затратах. Однако внедрение аддитивных технологий связано с рядом технических сложностей, обусловленных снижением прочностных характеристик получаемого в результате лазерного спекания материала. Негативная тенденция влияния ухудшения прочностных характеристик материала на работоспособность конструкции наиболее выражена у теплонапряженных узлов, в частности у камер сгорания энергосиловых установок. Предложен и апробирован расчетно-экспериментальный метод оценки напряженно-деформированного состояния регенеративно охлаждаемой цилиндрической камеры сгорания, изготовленной с использованием аддитивных технологий. Приведены экспериментальные данные по снижению прочности материала при лазерном спекании порошка. Выполнена оценка изменения коэффициента запаса прочности цилиндрической камеры сгорания от ее геометрических характеристик и режимов работы. Показана возможность применения разработанного метода при выборе конфигурации камеры сгорания с каналами регенеративного охлаждения.

Литература

[1] Артемов А.Л., Дядченко В.Ю., Лукьяшко А.В., Новиков А.Н., Попович А.А., Рудской А.И., Свечкин В.П., Скоромнов В.И., Смоленцев А.А., Соколов Б.А., Солнцев В.Л., Суфияров В.Ш., Шачнев С.Ю. Отработка конструктивных и технологических решений для изготовления опытных образцов внутренней оболочки камеры сгорания многофункционального жидкостного ракетного двигателя с использованием аддитивных технологий. Космическая техника и технологии, 2017, № 1, с. 50–62.

[2] Григорьянц А.Г., Третьяков Р.С., Фунтиков В.А. Повышение качества поверхностных слоев деталей, полученных лазерной аддитивной технологией. Технология машиностроения, 2015, № 10, с. 68–73.

[3] Тарасова Т.В., Назаров А.П. Исследование процессов модификации поверхностного слоя и изготовления трехмерных машиностроительных деталей посредством селективного лазерного плавления. Вестник МГТУ «Станкин», 2013, № 2, с. 17–21.

[4] Волосова М.А., Окунькова А.А. Пути оптимизации процесса селективного лазерного плавления при помощи выбора стратегии обработки лазерным лучом. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2012, т. 14, № 4–2, с. 578–591.

[5] Ягодников Д.А., Ирьянов Н.Я. Ракетные двигательные установки. Термины и определения. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. 84 с.

[6] Крюков А.Ю. Адаптация внутрикамерных процессов и элементов конструкции прямоточных воздушно-реактивных двигателей на порошковом горючем для конверсионного использования. Автореферат дис. … канд. техн. наук. Пермь, 2004, 18 с.

[7] Воронецкий А.В., Колпаков В.И., Филимонов Л.А., Ходыкин А.А. Математическое моделирование процесса формирования покрытий при сверхзвуковом газопламенном напылении. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2011, № 3, с. 30–37.

[8] Александренков В.П. Эффективность интенсификации теплоотдачи в кольцевых оребренных трактах охлаждения камер сгорания. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2013, № 3(92), с. 111–121.

[9] Александренков В.П. Влияние интенсивности теплообмена в камере жидкостных ракетных двигателей на эффективность тракта охлаждения. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2017, № 4, c. 4–10, doi: 10.18698/0236-3941-2017-4-4-10

[10] Логинов Ю.Н., Степанов С.И., Юдин А.В., Третьяков Е.В. Соотношения механических свойств и плотности для титана, полученного аддитивным методом. Цветные металлы, 2018, № 5, с. 51–55, doi: 10.17580/tsm.2018.05.07

[11] Тутышкина Н.Д., Гвоздева А.Е., ред. Комплексные задачи теории пластичности. Тула, Изд-во ТулГУ, 2015. 408 с.

[12] Завалов Ю.Н., Дубров А.В., Линник Е.П., Дубров В.Д. Использование оптических методов для диагностики процессов консолидации порошка никелевых сплавов в технологии послойного лазерного плавления. Перспективные жаропрочные никелевые деформируемые сплавы и технологии их переработки. Сб. матер. Всерос. науч. практ. конф., Москва, 15 ноября 2018, Москва, ВИАМ, 2018, с. 112–122.

[13] Александров В.Ю., Арефьев К.Ю., Воронецкий А.В. Исследование эффективности регенеративной системы охлаждения сверхзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей на углеводородном горючем. Тепловые процессы в технике, 2014, № 11, с. 489–495.

[14] Ягодников Д.А., ред. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 488 с.

[15] Коротеев А.С., ред. Рабочие процессы в жидкостном ракетном двигателе и их моделирование. Москва, Машиностроение, 2008. 512 с.

[16] Степанов А.С., Титов Н.А. Autodesk Inventor. Разработка чертежа детали. Вестник научных конференций, ООО Консалтинговая компания Юком, 2015, № 3–5, с. 162–164.

[17] Варгафтик Н.Б., Филиппов Л.П., Тарзиманов А.А., Тоцкий Е.Е. Справочник по теплопроводности жидкостей и газов. Москва, Энергоатомиздат, 1990, 352 с.

[18] Трусов Б.Г. Программа термодинамического расчета состава фаз произвольных гетерогенных систем «TERRA». Редакция 3.9., 2003.

[19] ANSYS Basic Analysis Guide section 2.9 “Defining Pretension in a Joint Fastener”. ANSYS Software Revision 5.7.1, ANSYS Inc., 2002.