Учёные УГАТУ рассказали о вкладе в разработку нового отечественного авиадвигателя
Учёные и студенты Уфимского государственного авиационного технического университета принимают участие в разработке отечественных двигателей нового поколения. В соответствии со своими компетенциями они выполняют заказы «Объединённой двигателестроительной корпорации». Разбираемся, какие задачи учёные решают с помощью научной базы университета.
Новое поколение материалов
Григорий Дьяконов, старший научный сотрудник НИИ ИФПМ УГАТУ:
В нашей научной группе мы разрабатываем технологию получения ультрамелкозернистой структуры перспективных титановых сплавов для авиационной и космической отрасли. Перед нами стоят задачи по улучшению эксплуатационных свойств узлов и деталей авиационных двигателей.
В одной из последних своих работ мы предложили научно-технические подходы, нацеленные на формирование специфической ультрамелкозернистой структуры и повышение прочностных свойств титанового сплава ВТ8М-1, который используется в конструкции компрессора авиационного двигателя.
Также мы разработали и опробовали способ производства высокопрочных заготовок для штамповки лопаток компрессора из этого сплава. Способ уже запатентован, опытная партия опытных заготовок в виде лопаток изготовлена и испытана на УМПО.
По своим габаритам и геометрии созданные опытные заготовки полностью соответствуют серийным изделиям, работающим в современных авиационных двигателях, но по прочностным характеристикам они превосходят их более чем на 20%.
К примеру, ряд титановых сплавов, которые используются в компрессорах двигателей зарубежных авиационных корпораций, имеют более низкие прочностные характеристики.
На практике использование подобных высокопрочных изделий обеспечит повышение ресурса и надёжности авиационных двигателей, а также сокращение количества ремонтных работ.
Студенты кафедры материаловедения и физики металлов принимают непосредственное участие в научных разработках и опытных экспериментах. У молодых специалистов есть прекрасная возможность попробовать себя в качестве исследователя-изобретателя, а также проверить свои знания не только на этапе экспериментальных работ, но и на этапе обработки и обнародования результатов своих научных достижений.
Современные требования к литейным технологиям
Вадим Смирнов, заведующий лабораторией аддитивных перспективных и литейных технологий, кафедра сварочных, литейных и аддитивных технологий:
Литейные технологии – это то, с чего начинается производство. Самая нагруженная часть авиационного двигателя – лопатка – получается только с помощью литья. Новые литейные технологии дают современному двигателю большие преимущества – лёгкость, низкий расход топлива, экологичность, снижение уровня шума.
Мы специализируемся на технологиях точного литья специальных сталей и сплавов. Речь идёт о труднообрабатываемых материалах с хорошими характеристиками в готовом виде, о сложных геометриях деталей, например, с внутренними полостями.
Также совместно с Центром технологических компетенций титанового литья при УМПО мы занимаемся разработкой технологий литья крупногабаритных сложнопрофильных тонкостенных изделий из титана диаметром до полутора метров и весом до 300-400 килограммов, которые предназначены для производства семейства авиационных двигателей нового поколения – ПД.
Роботизация процесса сварки
Роман Никифоров, доцент кафедры сварочных, литейных и аддитивных технологий:
Одно из направлений нашей научной работы связано с узлом авиационного двигателя. Мы предложили полностью роботизированный процесс сварки плавящимся электродом. Несмотря на то, что уже есть мировой опыт применения этой технологии, в производстве авиационных двигателей до сих пор применялась ручная сварка. А это более трудоёмкий и дорогостоящий процесс.
С нашей стороны работа предполагает создание цифрового роботизированного комплекса, в состав которого входят сварочный робот, источник питания, сборочно-сварочная оснастка. Плюс к этому расчётная цифровая станция, позволяющая импортировать 3D модель заказчика (завода) для последующей отработки на специальном ПО. То есть мы можем полностью смоделировать процесс сварки по 3D-модели, которую предоставил заказчик, посмотреть и оптимизировать режимы сварки, закрепления, для того чтобы в минимальные сроки на минимальном количестве образцов отработать новую технологию сварки. Её отработка проходит уже на производстве с помощью сварочного робота.
Технология сухого полирования
Николай Криони, заведующий кафедрой машиностроения:
На базе нашего студенческого конструкторского бюро мы разработали технологию сухого полирования. Это революционная технология полирования деталей из металлов и сплавов, позволяющая обеспечить высокое качество поверхности, которое не всегда может быть достигнуто другими методами. Метод сухого электрополирования основывается на ионном уносе материала поверхностного слоя без непосредственного отсутствия контакта электролита с поверхностью за счёт электрических процессов взаимодействия поверхности детали с материалами-анионитами при наложении электрического потенциала.
Метод отличается экологичностью и небольшим расходом энергии. В результате обработки деталь не изменяет геометрических размеров и поверхностных характеристик, но полируется до зеркального блеска.
Сейчас мы передаём свои запатентованные наработки в Технопарк авиационных технологий. Далее пройдут исследования на его базе, и в случае успеха мы будем принимать участие в проектировании производственной установки сухого полирования в УМПО – это будет первый опыт использования технологии в нашей авиационной промышленности. Так что мы продвигаем технологию завтрашнего дня.
Механическая обработка осталась востребованной
Сергей Фецак, доцент кафедры автоматизации технологических процессов:
Изначально предполагалось, что производство двигателя пятого поколения будет организовано без металлообработки, с применением аддитивных технологий и сварки. Но, как показала практика, без металлообработки не обойтись, это финальная стадия производства. После неё – только сборка. Вот простой пример: есть крепление для корпуса двигателя. Сейчас мы разрабатываем метод снятия остаточного напряжения с этого крепления. Аналогичные вопросы возникали при производстве лопаток – при скручивании наблюдалось остаточное напряжение – мы тоже консультировали разработчиков по этому поводу. Встаёт вопрос и по механической обработке кромок. Так что пока специалисты нашего профиля более чем востребованы в авиа- и машиностроении. Это не моё личное мнение – выпускники нашей кафедры работают в компаниях с мировым именем.
Современный подход к прочности
Юлдаш Хусаинов, доцент кафедры технологии машиностроения УГАТУ:
В нашей научно-исследовательской лаборатории вакуумных ионно-плазменных технологий мы модернизируем методы ионного азотирования и вакуумного нанесения покрытий. Эти технологии повышают механические свойства и эксплуатационные характеристики, а также увеличивают ресурс работы деталей машин и механизмов.
Методы широко применяются в машиностроении, в том числе при упрочнении деталей авиадвигателей. Наша задача – предложить решения по оптимизации этих процессов. К примеру, процесс обработки детали методом ионного азотирования может длиться до 48 часов, что повышает стоимость производства. Мы разрабатываем технологии интенсификации процесса. Также мы можем с помощью этих технологий повышать износостойкость металлорежущих инструментов. По этому направлению мы сотрудничаем с УМПО. Есть опыт, когда износостойкость конкретного инструмента увеличилась в три раза, снизилась себестоимость производства.
Сейчас мы ждём от «Объединённой двигателестроительной корпорации» задание по разработке технологий реноваций для деталей перспективных двигателей гражданской авиации, в частности кожуха термопары.
Высокопроизводительная, прецизионная обработка современных материалов
Лилия Таймасова, инженер кафедры технологии машиностроения:
В современном авиадвигателестроении активно применяются новые материалы, новые сплавы, которые обладают специальными физико-механическими свойствами. Такие материалы трудно обрабатываются традиционными методами лезвийной обработки, поэтому мы предлагаем технологии электрофизико-химических методов обработки, которые обеспечивают высокую точность и качество поверхностного слоя. В отличие от традиционных эти методы недостаточно изучены, поэтому есть большое поле для проведения исследований.
Мы плотно сотрудничаем с предприятиями «Объединённой двигателестроительной корпорации», которым необходимы новые, перспективные технологии для обработки ответственных деталей, которые отличаются высокой производительностью и эффективностью. Если традиционными методами такие детали обрабатываются по 16-18 часов, то мы предлагаем технологии, которые позволяют сократить это время до 2-2,5 часов, при этом обеспечить необходимые параметры точности и качества поверхностного слоя. Проводились НИОКР по обработке лопаток для перспективного двигателя гражданской авиации электрохимическим методом. Метод основан на явлении анодного растворения металла, происходящего при прохождении электрического тока в электролите (водном растворе нейтральных солей). Получили хорошие результаты, после чего детали были отправлены на проведение испытаний.
Наши технологии и оборудование успешно конкурируют с зарубежными аналогами и востребованы не только на российском рынке, но и на рынках Индии, Китая, Германии.
Финишная обработка поверхности
Борис Большаков, научный сотрудник кафедры технологий машиностроения:
Стремление сделать самолёты быстрее, экономичнее и манёвреннее неизбежно приводит к ужесточению требований, предъявляемых к материалам. Детали авиационного двигателя, особенно горячего тракта, работают в жёстких агрессивных условиях, вызывающих постепенную деградацию материалов, из которых они сделаны. Для увеличения срока их безопасной эксплуатации применяют защитные покрытия.
На базе кафедры Технология машиностроения УГАТУ ведётся разработка новых защитных покрытий различного химического состава, технологии их нанесения на сложнопрофильные изделия, в том числе и на детали авиационных двигателей. Так, разработанная технология ионно-плазменного нанесения многослойного защитного покрытия на лопатки компрессора высокого давления повышает стойкость к сульфидно-оксидной коррозии до двух-трёх раз и активно внедряется на предприятиях ОДК не только на авиационных двигателях, но и на двигателях наземного применения.
Учёные УГАТУ отмечают, что вовлечение студентов в научную работу приносит хороший результат. Они могут посмотреть на объект исследования «со стороны», предложить совершенно неожиданный подход, который сначала кажется фантастикой, а затем воплощается в реальность. Студенты, в свою очередь, учатся технологиям будущего. Практика, когда дипломные работы выпускников УГАТУ используют промышленные предприятия, довольно распространена.
Станьте соавтором УУНиТ! Присылайте свои новости в наш чат-бот в Telegram. Не забудьте прикрепить фото- или видео- материалы.
