DSpace Collection:
https://er.nau.edu.ua/handle/NAU/40959
2024-03-29T10:06:01ZПідвищення зносостійкості дюралюмінієвого сплаву Д16 армуванням поверхневого шару дискретним електроіскровим покриттям
https://er.nau.edu.ua/handle/NAU/59349
Title: Підвищення зносостійкості дюралюмінієвого сплаву Д16 армуванням поверхневого шару дискретним електроіскровим покриттям
Authors: Токарук, Віталій Володимирович; Tokaruk, Vitalii
Abstract: В дисертаційній роботі вирішувалась науково-технічна проблема підвищення триботехнічних і міцністних характеристик алюмінієвих сплавів та розширення навантажувально-швидкістного діапазону їх роботоздатного стану управлінням структуроутворенням та механічними характеристиками при армуванні поверхневих шарів алюмінієвих сплавів зносостійкими електроіскровими покриттями.
Запропоновано формування дискретного комбінованого електроіскрового покриття зі сплаву ВК8 та міді з наступною поверхневопластичною деформацією для підвищення твердості, зносостійкості та розширення навантажувального діапазону працездатного стану армованої поверхні застосуванням енергозберігаючої технології армування поверхні дюралюмінію Д16.
Одержано емпіричні залежності інтенсивності зношування трибосистем сталь – дюралюміній Д16 (армований/неармований ЕІП) з урахуванням антифрикційних характеристик, здатності матеріалу поглинати механічну енергію процесів деформації або руйнування та інтенсивності механо-деструкційних процесів в поверхневих шарах металу при терті, за якими можливо спрогнозувати ефективність створених зносостійких покриттів.
Практичне значення одержаних результатів реалізовані в розробленому комплексі технологічно–експериментальних методів дослідження триботехнічних властивостей матеріалів з дискретними комбінованими електроіскровими покриттями, що призначені для оптимізації технологічних процесів нанесення покриттів при виготовленні та зміцненні пар тертя ковзання.; In the dissertation work, the scientific and technical problem of increasing the tribotechnical and strength characteristics of aluminum alloys and expanding the load-speed range of their workable state by controlling the structure formation and mechanical characteristics during the reinforcement of the surface layers of aluminum alloys with wear-resistant electrospark coatings (ESC) has been solved.
The scientific novelty of the work consists of the following main statements.
The formation of a discrete combined electrospark coating from VK8 alloy and copper with subsequent surface plastic deformation is introduced in order to increase hardness, wear resistance and expand the load range of the workable state of the modified surface using the energy-saving technology of D16 duralumin surface modification.
For the first time, empirical dependences of the intensity of wear of steel - duralumin D16 tribosystems (unreinforced / reinforced ESC) were obtained, taking into account the antifriction characteristics, the ability of the material to absorb the mechanical energy of the processes of deformation or destruction, and the intensity of the mechano-destructive processes in the surface layers of the metal during friction, which can be used to predict the effectiveness of the created wear-resistant coatings at the stage of laboratory research.
The method of assessing the transition of the tribosystem from normal to catastrophic wear on the basis of the analysis of acoustic emission signals has been furtherly developed: the prerequisites for the onset of catastrophic wear are factors such as an increase in density, averaged power and an increase in the dispersion of acoustic emission signals, which is caused by an increase in the energy of destruction, intensification of plastic deformations, and microseizure of friction pairs.
The mechanism of formation of wear-resistant dissipative structures for tribosystems with a combined discrete electrospark coating of VK8 alloy and copper is determined, which consists of the formation of chemically modified boundary layers, saturation of the surface layers of friction pairs with active elements of sulfur, phosphorus, and oxygen as a result of the activation of mechanochemical oxidation processes during friction and the presence of a lubricant reserve material due to the discreteness of the coating.
The practical values of the obtained results are implemented in the developed complex of technological and experimental methods of researching the tribotechnical properties of materials with discrete combined electrospark coatings, which are designed to optimize the technological processes of applying coatings in the manufacture and strengthening of sliding friction pairs.
Description: ЗМІСТ
ВСТУП
РОЗДІЛ 1. СУЧАСНІ МЕТОДИ ФОРМУВАННЯ ЗНОСОСТІЙКИХ ПОКРИТТІВ ТА АНАЛІЗ МЕТОДИК ОЦІНКИ ЇХ ЯКОСТІ 1.1. Аналіз основних теоретичних відомостей про механізми тертя та зношування
1.2. Аналіз методів підвищення задиростійкості і зносостійкості поверхонь фрикційного контакту
1.3. Методики триботехнічних випробувань та критерії оцінки зносостійкості пар тертя 1.4. Трибомоніторинг вузлів тертя акустичними методами контролю
1.4.1. Джерела акусто-емісійного випромінювання під час тертя
1.4.2. Параметри акустичної емісії в трибодіагностиці
Висновки до розділу 1. .
РОЗДІЛ 2. МЕТОДОЛОГІЯ ОЦІНКИ ЯКОСТІ ЕЛЕКТРОІСКРОВИХ ПОКРИТТІВ ТРИБОТЕХНІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
2.1. Застосування алюмінієвих сплавів в якості антифрикційних матеріалів та технології їх армування
2.2. Технологія нанесення електроіскрових покриттів
2.3. Методологія розрахунку напружено-деформованого стану дискретних ЕІП
2.4. Методика трибологічних досліджень контактних поверхонь з електроіскровими покриттями
2.5. Методика реєстрації та обробки сигналів акустичної емісії
2.6. Методи дослідження механо-фізико-хімічних характеристик пар тертя
Висновки до розділу 2
РОЗДІЛ 3. ВПЛИВ ПРОЦЕСІВ КОНТАКТНОЇ ВЗАЄМОДІЇ ЕЛЕКТРОІСКРОВИХ ПОКРИТТІВ НА ЗНОСОСТІЙКІСТЬ ТРИБОСПРЯЖЕННЯ
3.1. Моделювання нанесення електроіскрових покриттів різної щільності
3.2. Вплив щільності електроіскрових покриттів на їх зносостійкість
3.3. Мікрогеометричні характеристики електроіскрових покриттів в вихідному стані
3.4. Аналіз міцністних характеристик електроіскрових покриттів
Висновки до розділу 3
РОЗДІЛ 4. ОЦІНКА ТРИБОТЕХНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИСКРЕТНИХ ЕЛЕКТРОІСКРОВИХ ПОКРИТТІВ З РЕЄСТРАЦІЄЮ ТА ОБРОБКОЮ СИГНАЛІВ АКУСТИЧНОЇ ЕМІСІЇ
4.1. Закономірності зміни триботехнічних параметрів та сигналів акустичної емісії при випробуваннях пари тертя 30ХГСА - Д16 на зносостійкість
4.2. Триботехнічні характеристики контакту та акустична емісія для трибоспряження сталь 30ХГСА та дюралюміній Д16 з електроіскровим покриттям ВК8
4.3. Аналіз триботехнічних характеристик контакту та оцінка сигналів акустичної емісії пари тертя сталі 30ХГСА та дюралюмінію Д16 з дискретним покриттям міді
4.4. Оцінка інтенсивності зношування контактних поверхонь при армуванні дюралюмінію електроіскровими покриттями
Висновки до розділу 4
РОЗДІЛ 5. ПРОГНОЗУВАННЯ ЗНОСОСТІЙКОСТІ ТРИБОСИСТЕМИ ЗА ПАРАМЕТРАМИ АКУСТИЧНОЇ ЕМІСІЇ
5.1. Визначення критеріїв переходу трибосистеми до катастрофічного зношування
5.2. Формування зносостійких дисипативних структур дискретним комбінованим електроіскровим покриттям
5.3. Регресійний аналіз оцінки впливу домінуючих чинників на знос дискретних електроіскрових покриттів
Висновки до розділу 5
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
ДОДАТКИ2023-05-10T00:00:00ZПроектування вакуумних систем видалення відходів пасажирських літаків
https://er.nau.edu.ua/handle/NAU/45912
Title: Проектування вакуумних систем видалення відходів пасажирських літаків
Authors: Медведєв, Сергій Вікторович; Medvediev, Serhii; Медведев, Сергей Викторович
Abstract: Дисертація присвячена проектуванню СВВ вакуумного типу сучасного літака, яка описує поетапний процес і методи розробки системи, розробку математичних моделей, розрахункового комплексу.Запропонована методика проектування системи видалення відходів, яка дозволяє виконати поетапну розробку системи від створення концепції, її вихідних даних, до реалізації на літаку.
Запропонована методика розрахунку та розрахунковий комплекс який охоплює усі потрібні для проектування розрахунки та рекомендує етапність виконання розрахунків в залежності від стадії проекту.
Розроблено математичну модель, що описує квазістаціонарні гідравлічні процеси течії відходів в трубопроводі системи видалення відходів літака, за допомогою якої визначаються геометричні та газодинамічні характеристики трубопроводу.
Використовуючи програмне забезпечення Ansys CFX проведено дослідження процесів вакуумізації та наповнюваності баку зберігання відходів, що є складовою розрахунку баку відходів.
За результатами чисельних досліджень визначено мінімально допустиме значення товщини повітряного зазору між поверхнею відходів та баком для різних діаметрів баків, при якому концентрація відходів у магістралі вакуумування не перевищить критичних значень.
Результати роботи успішно впроваджені у виробничу практику на ДП «Антонов», що підтверджується актом впровадження.; The dissertation is devoted to the design of the vacuum waste disposal system of a modern aircraft, which describes the step - by - step process and methods of system development, development of mathematical models, calculation complex.
A method of designing a waste disposal system is proposed, which allows to perform a step-by-step development of the system from the creation of the concept, its initial data, to implementation on the aircraft.
The method of calculation and the calculation complex which covers all calculations necessary for designing and recommends step-by-step execution of calculations depending on a stage of the project are offered.
A mathematical model has been developed that describes quasi-stationary hydraulic processes of waste flow in the pipeline of the aircraft waste disposal system, which determines the geometric and gas-dynamic characteristics of the pipeline.
Using Ansys CFX software, a study of the processes of vacuuming and filling the waste storage tank, which is part of the calculation of the waste tank.
Based on the results of numerical studies, the minimum allowable value of the air gap thickness between the waste surface and the tank for different tank diameters, at which the concentration of waste in the vacuum line will not exceed the critical values.
The results of the work have been successfully implemented in the production practice at the State Enterprise "Antonov", which is confirmed by the act of implementation.; Диссертация посвящена проектированию системы удаления отходов вакуумного типа современного самолета, которая описывает поэтапный процесс и методы разработки системы на этапах научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, разработку математических моделей, расчетного комплекса и позволяет на ранних этапах проектирования системы получить качественные характеристики будущей системы.
Тенденции проектирования и эксплуатации современных самолетов привели к созданию на борту новых усовершенствованных систем. Не исключением стала и одна из систем жизнеобеспечения - система удаления отходов, которая обеспечивает необходимые комфортные условия на борту самолета и предназначена для удовлетворения физиологических потребностей организма человека.
Современные требования к комфорту, санитарно-гигиеническим нормам, экологичности, энергосбережения, технологичности, требования к минимизации затрат на обслуживание, повышение эксплуатабельности и т. д., заставляют проектировщика систем, прикладывать немало усилий и ресурсов для создания конкурентоспособного продукта.
Проведенный анализ существующих методов, концепций, и подходов к проектированию систем самолетов, расчетов составных частей системы удаления отходов (СУО) показал, что отсутствует комплексный, научно обоснованного подход к методике проектирования СУО, ее расчета и определения рациональных характеристик системы.
Такие подходы к проектированию системы является служебной или конфиденциальной информации и уникальны для каждой самолетостроительной фирмы или вообще отсутствуют, и на практике конструктор сталкивается с их разрозненностью, половинчатостью, и часто незавершенностью.
Современное проектирование любой системы на борту самолета является сложным, многофакторным, разветвленной задачей и заключается в нахождении оптимального соотношения параметров, при котором основными приоритетами являются безопасность и комфорт пассажиров на борту.
В связи с этим предложена методика проектирования СУО, которая позволяет выполнить поэтапную разработку системы от создания концепции, ее исходных данных, к реализации на самолете, как отдельной функциональной системы, интегрированной и проектируемой в комплексе всего самолета.
Предложена методика расчета и расчетный комплекс, который охватывает все необходимые для проектирования расчеты и рекомендует этапность выполнения расчетов в зависимости от стадии проекта.
Разработана математическая модель, описывающая квазистационарные гидравлические процессы течения отходов в трубопроводе СУО самолета, с помощью, которой определяются геометрические и газодинамические характеристики трубопровода, что позволяет более качественно выполнить моделирование рабочих режимов и сократить время оптимизации системы и выбора трубопроводов по заданным параметрам.
Используя программное обеспечение Ansys CFX, проведено исследование процессов вакуумирования и наполняемости баке хранения отходов, которое показало, что попадание отходов в магистраль вакуумирования происходит из-за значительной интенсификации процесса отрыва частиц отходов при уменьшении толщины воздушного зазора вследствие больших скоростей воздушных потоков, возникающих в процессе вакуумирования.
По результатам многочисленных исследований определено минимально допустимое значение толщины воздушного зазора между поверхностью отходов и баком для различных диаметров баков, при котором концентрация отходов в магистрали вакуумирования не превысит критических значений.
Практическая ценность полученных результатов заключается в предложенных методиках проектирования и расчета системы удаления отходов вакуумного типа для пассажирских самолетов. Методика расчета позволяет за счет комплекса программных и технических средств выполнить весь необходимый объем расчетов для получения характеристик системы; методика проектирования систематизировать процесс проектирования, выполнить оценку объема работ по проекту, выполнить конфигурирование системы и ее элементов. Разработанная математическая модель трубопровода позволяет получить нужные характеристики трубопровода в зависимости от предварительных условий. Предложенная математическая модель процесса наполняемости баке - получить характеристики бака, который соответствует установленным требованиям.
Результаты работы успешно внедрены в производственную практику на ГП «Антонов» и апробированы при разработке системы удаления отходов для самолетов семейства Ан-148-100 и его модификаций (серийно эксплуатируемых), используются при разработке новых систем, что подтверждается актом внедрения.2021-02-01T00:00:00ZНаукові основи проектування та створення енергозалежних систем літаків транспортної категорії
https://er.nau.edu.ua/handle/NAU/44724
Title: Наукові основи проектування та створення енергозалежних систем літаків транспортної категорії
Authors: Шмирьов, Володимир Федорович; Shmyrov, Volodymyr Fedorovych
Abstract: Дисертаційну роботу присвячено розробці наукових основ проектування та створення енергозалежних систем та комплексів сучасних літаків транспортної категорії з оптимізацією за еквівалентною масою, включаючи повітрозбірники. Закладено наукові основи проектування систем протиобмерзання літаків, починаючи від визначення зон захисту, потрібних енергетичних витрат і закінчуючи проектуванням протиобмерзачів і повітряних трубопроводів для всього експлуатаційного діапазону застосування літака.
Наведено приклади використання розроблених наукових основ проектування при виконанні структурного аналізу модифікацій літаків, пов'язаних із заміною двигуна.
Одержаний при проектуванні й вивчений в процесі випробувань і експлуатації енергетичний баланс літака дозволяє обґрунтовано розглядати модифікацію літака як при заміні силової установки, так і при заміні її основних елементів енергозалежних систем літака. Оцінка зводиться до аналізу аеродинамічних особливостей модифікації, пов'язаних з особливостями конструкції мотогондол, зміною елементів захисту від обмерзання, появою нових повітрозабірників в повітряних системах.; Диссертационная работа посвящена разработке научных основ проектирования и создания энергозависимых систем и комплексов современных самолетов транспортной категории с оптимизацией по эквивалентной массе, включая воздухозаборники. В работе заложены научные основы проектирования систем противообледенения самолетов, начиная от определения зон
защиты, необходимых энергетических затрат и заканчивая проектированием
противообледенителей и воздушных трубопроводов для всего эксплуатационного диапазона применения самолета.
Проведен анализ современного состояния научных основ проектирования и создания энергозависимых систем и комплексов современных самолетов транспортной категории. Показано, что для обеспечения конкурентоспособности создаваемых самолетов энергозависимые систем и комплексы
должны иметь высокие показатели топливной эффективности, экологичности, надежности, обеспечивать повышенный комфорт и безопасность для пассажиров, а также иметь низкие эксплуатационные расходы.
Приведены примеры использования разработанных научных основ проектирования при выполнении структурного анализа модификаций самолетов, связанных с заменой двигателя.
Показано, что для современной авиации характерны тенденции на создание более экономичных и безопасных систем самолета, сбалансированных с энергетикой самолета, что обусловливает их сильное усложнение. Важным этапом после выбора двигателя является поиск путей сохранения его мощности, связанных с созданием мотогондолы на достижение минимальных потерь энергетики на внешнюю аэродинамику и по газодинамическому тракту.
Важнейшими системами самолета, энергетически связанными с двигателем, являются система подготовки и распределения воздуха, система кондиционирования, система защиты от обледенения, система энергоснабжения и гидравлические системы.
Рассмотренные в данной работе системы и процессы характеризуются как сложные, при изучении которых требуется системный подход, включающий многокритериальность, многофакторность, адекватный метод описания, эффективность применяемых моделей.
Получение математических моделей сложных систем базируется на принятых предпосылках множественного регрессионного анализа, которые должны выполняться по отношению к моделируемой реальной действительности. Принятые предпосылки многофакторного регрессионного анализа
обусловливают обоснованность полученных результатов и параметров моделей, обеспечивающих решение реальной задачи. Создание методов построения математических моделей по результатам проведения многофакторного численного эксперимента позволяет систематизировать и формализовать
протекающие процессы.
Полученный при проектировании и изученный в процессе испытаний и эксплуатации энергетический баланс самолета позволяет обоснованно рассматривать модификацию самолета как при замене силовой установки, так и при замене ее основных элементов энергозависимых систем самолета. Оценка сводится к анализу аэродинамических особенностей модификации, связанных с особенностями конструкции мотогондол, изменением элементов защиты от обледенения, появлением новых воздухозаборников в воздушных системах, так как для конкретного самолета топография трасс систем остается неизменной и энергетические затраты на самолете потребности, как правило, не меняются.; The dissertation is devoted to the development of Scientific basis for the designing and development of energy-dependent systems and complexes of modern transport aircraft with equivalent mass optimization, including air intakes. It establishes a scientific basis for the designing of aircraft anti-icing systems, starting with determining the protection areas, required power consumption and ending with designing of anti-icers and air ducts for the entire aircraft operating envelope.
Examples of implementation of the developed scientific basis for designing during performance of the structural analysis of aircraft modifications related to engine replacement have been given.
The energy balance of the aircraft obtained during the design and studied during testing and operation allows to reasonably consider the aircraft modification both when replacing the power plant and when replacing its main elements of energy-dependent aircraft systems. The assessment is reduced to the analysis of aerodynamic features of the modification associated with the design features of nacelles, changes in ice protection elements, adding of new air intakes in air systems.2020-11-01T00:00:00ZМетодологія проектування модифікацій військово-транспортних літаків при глибоких змінах у крилі та силовій установці
https://er.nau.edu.ua/handle/NAU/44707
Title: Методологія проектування модифікацій військово-транспортних літаків при глибоких змінах у крилі та силовій установці
Authors: Лось, Олександр Васильович; Los, Aleksandr Vasilevich
Abstract: Для етапу попереднього проектування модифікацій військово-транспортних літаків (ВТЛ) розроблено й апробовано нову методологію формування параметрів ВТЛ, структуру якої утворюють нові поняття, методи й моделі:
– поняття коефіцієнта еліптичності трапецієподібного крила і метод його визначення;
– метод геометричного перекомпонування ізольованого трапецієподібного крила з урахуванням коефіцієнта його еліптичності;
– метод уточнення компонування системи несних поверхонь «крило + агрегати хвостового оперення» з урахуванням геометричного перекомпонування крила;
– як критеріальна база до структури методології входять моделі:
• мінімізації індуктивного опору крила і всієї системи несних поверхонь;
• узгодження модифікаційних змін у крилі та силовій установці на основі показника паливної ефективності.
З урахуванням цих методів і моделей на етапі попереднього проектування сформовано й реалізовано параметри в таких модифікаціях як Ан-132Д, Ан-178 і Ан-188, що забезпечує конкурентоспроможність цих літаків на світових ринках.; Для этапа предварительного проектирования модификаций военно-транспортных самолетов (ВТС) разработана и апробирована новая методология формирования параметров ВТС, структуру которой образуют новое понятие, новые методы и модели:
– понятие коэффициента эллиптичности трапециевидного крыла и метод его определения;
– метод геометрической перекомпоновки изолированного трапециевидного крыла с учетом коэффициента его эллиптичности;
– метод уточнения компоновки системы несущих поверхностей «крыло + агрегаты хвостового оперения» с учетом геометрической перекомпоновки крыла;
– в качестве критериальной базы в структуру методологии входят модели:
• минимизации индуктивного сопротивления крыла и всей системы несущих поверхностей;
• согласования модификационных изменений в крыле и силовой установке на основе показателя удельной топливной эффективности.
С учетом этих методов и моделей на этапе предварительного проектирования сформированы параметры, реализованные в создаваемых модификациях:
– на базе самолета Ан-32 путем глубоких изменений в силовой установке, т. е. использованием двигателей PW150 и увеличением массы топлива в полтора раза, создана модификация легкого ВТС Ан-132Д с увеличенной грузоподъемностью 9,2 т при дальности действия с этим грузом до 3000 км при расходе топлива 222 г/т.км.
Модификация Ан-132Д имеет и другие преимущества:
• переменные обороты воздушного винта nпг = 850... 1200 об/мин;
• «тихое руление» при nпг = 850 об/мин в пределах аэродрома;
• черезвычайный режим работы маршевого двигателя при отказе одного из двух не только при взлете, но и, при необходимости, на маршруте;
• значительно лучше экологические показатели вредных выбросов у маршевого двигателя и шума на местности.
– на базе пассажирского самолета Ан-148 путем глубоких изменений и в геометрии крыла, и в силовой установке создана модификация среднего ВТС Ан-178 с грузоподъемностью 18 т и дальностью действия при максимальной загрузке 1200 км, с расходом топлива 223 г/т.км грузовой люк и грузовая кабина этого самолета полностью приспособлены к перевозки стандартных морских контейнеров, что обеспечивает этой модификации «нишу» использования, не занятую конкурентами-аналогами.
– путем глубоких модификационных изменений в силовой установке, т.е. заменой маршевых двигателей типа Д-436-148Н и двигатели Д-436-148ФМ и в геометрии крыла самолета Ан-77 создан оперативный ВТС Ан-188, обладающий полным превосходством по основным параметрам: грузоподъёмности, дальности действия, крейсерской скорости в том числе и боеготовности всех существующих оперативно-тактических военно-транспортных самолетов.
Такой результат обеспечивает конкурентоспособность легкого ВТС Ан-132Д, среднего Ан-178 и оперативно-тактического Ан-188 на мировых рынках.; For the stage of preliminary designing of МТА modifications, a new methodology for the formation of МТА parameters was developed and tested, the structure of which is formed by new concepts, methods and models:
– the concept of the ellipticity coefficient of the trapezoidal wing and the method for its determination;
– the method of geometric rearrangement of an isolated trapezoidal wing, taking into account the coefficient of its ellipticity;
– a method for refining the layout of the system of bearing surfaces “wing + tail units” taking into account the geometric rearrangement of the wing;
– as a criterion base, the structure of the methodology includes models:
• minimizing the inductive resistance of the wing and the entire system of bearing surfaces;
• coordination of modification changes in the wing and power plant based on the fuel efficiency indicator.
Based on these methods and models, at the preliminary design stage, parameters were generated and implemented in such modifications as An-132D, An-178 and An-188, which ensures these aircraft competitiveness in world markets.2020-11-01T00:00:00Z