Аэрокосмическая техника высокие технологии и инновации – 2015

− вибрации от станка передаются на рабочего, в связи

счем у полировщиков наблюдаются виброболезни;

−нестабильное качество войлока и мездрового клея дает низкую стойкость фетровых кругов [1];

−ручной труд не дает стабильных размеров.

Для обеспечения стабильного качества профильной части лопаток ГТД необходимо найти альтернативу накатным войлочным кругам. Круги на эпоксикаучуковой связке не позволяют производить тонкую обработку с точностью 0,04–0,06 мм. При этом при увеличении жесткости круга возникают вибрации и повышается риск получения прижогов на обрабатываемой поверхности [1].

Абразивная лента мелкой зернистости хорошо себя зарекомендовала при полировании в различных отраслях машиностроения. К достоинствам полирования лентой можно отнести:

−постоянную скорость резания;

−эластичность и упругость ленты;

−возможность обработки больших поверхностей;

−отсутствие необходимости балансировки и правки. Абразивные ленты позволяют обрабатывать широкий спектр

материалов с использованием смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ) и без нее [2]. Температура в зоне резания гораздо ниже, чем при обработке накатным войлочным кругом, так как усилия прижатия значительно ниже [3].

Для повышения качества стабильности режимов обработки возможно использование датчиков давления при сохранении ручного труда. Однако при этом цикл обработки можно представить в виде схемы на рис. 1.

При таком цикле человеческий фактор играет важную роль, более того, на некоторых современных лопатках компрессора радиус кромки может достигать 0,2 мм, что практически нереализуемо при ручной обработке.

Перспективным решением задачи финишной обработки является использование программируемых станков или промышленных роботов. Применение многокоординатного шлифоваль-

281

ного станка Metabo 6NC-1000 рассмотрено в статье А.А. Коряжкина [4]. Высокая жесткость станка позволяет достигать высокой точности позиционирования и высокой повторяемости, при этом существуют возможность производить измерения без снятия детали с приспособления. Однако при таком виде обработки велик риск «зарезания» кромки лопатки. Также из-за использования специализированной оснастки затруднен доступ к переходным радиусам перо/полка.

Рис. 1. Цикл обработки при ручном полировании лопаток ГТД

Создание роботизированного комплекса для финишной обработки лопаток ГТД позволит решить проблемы, которые возникают при обработке на лентошлифовальном станке. Условная визуализация обработки лопатки с использованием промышленного робота представлена на рис. 2.

Рис. 2. Визуализация обработки лопатки на роботизированном комплексе

282

Гибкость системы позволяет обработать лопатку со всех сторон, кроме замковой части. При этом за счет возможности обработки спинки лопатки непосредственно лентой, а не роликом увеличивается производительность процесса. Кинематика робота и использование захвата за замковую часть позволяет избежать «зарезания» кромки, которое происходит при обработке на станке. При этом обработка происходит не вдоль пера, а поперек, т.е. как при ручной обработке. Робот позволяет автоматизировать процесс и загружать в его рабочую область не по одной лопатке, а паллетой лопаток. Одним из преимуществ является легкий доступ к переходным радиусам перо/полка.

Робот-манипулятор в отличие от станка имеет нежесткую конструкцию, поэтому точность позиционирования составляет от 0,1 до 1 мм, что недопустимо при обработке лопаток. Для повышения точности позиционирования необходимо использовать дополнительное оборудование – лазерные трекеры и датчики давления.

Датчик давления необходим для определения того, где начинается деталь, а где воздух, он позволит сохранить постоянство режимов резания и избежать прижогов, глубоких рисок и трещин. Робот с лопаткой на безопасном расстоянии будет подходить к ленте, и пока датчик давления не подаст сигнал о том, что началась обработка, рука робота не будет выполнять заданную траекторию. Данное решение позволит компенсировать погрешность позиционирования, при этом повторяемость робота составляет ±0,02 мм, что вполне достаточно для обработки.

Использование абразивной ленты позволяет повысить качество обрабатываемой поверхности и избежать глубоких рисок, применение программируемых станков или роботовманипуляторов – повысить точность обработки. Однако и в случае станка, и в случае робота существуют нерешенные проблемы, что не позволяет окончательно уйти от ручного труда.

283

Библиографический список

1.Макаров В.Ф., Кочепанова Н.К., Титаренко Н.В. Эффективность применения новых полировальных кругов на эпоксикаучуковой связке с демфирующей сердцевиной // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы.

Шлифабразив. – 2003. – С. 24–28.

2.Полирование лентами. Оборудование для полирования лентами. Контактные ролики [Электронный ресурс]. – URL: http://dlja-mashinostroitelja.info/2011/05/polirovanie-lentami/ (дата обращения: 15.10.2015)

3.Макаров В.Ф., Бычина Е.Н., Чуян А.О. Математическое моделирование процесса полирования лопаток газотурбинных двигателей // Авиационно-космическая техника и технология. – 2011. – № 8. – С. 11–14.

4.Коряжкин А.А. Оптимизация процесса ленточного шлифования на многокоординатных станках с ЧПУ // Вестник УГАТУ. – 2011. – Т. 15, № 3. – С. 84–89.

284

УДК 534.612

СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ РАСПОЛОЖЕНИЯ МИКРОФОНОВ В КОЛЬЦЕВОЙ МИКРОФОННОЙ АНТЕННЕ

В.В. Ершов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

e-mail: er.vittore@gmail.com

Описаны математические основы установления оптимального положения микрофонов в кольцевой антенне для определения азимутальных мод в канале с максимально возможным динамическим диапазоном при заданном числе микрофонов. Для решения задачи нахождения оптимального положения микрофонов в кольцевой антенне разработано программное обеспечение, в работе которого задействованы различные методы оптимизации. По результатам расчетов сделаны выводы о достоинствах и недостатках каждого метода.

Ключевые слова: авиационный двигатель, шум вентилятора, кольцевая микрофонная антенна, позиционирование микрофонов, динамический диапазон, методы оптимизации.

Одним из основных источников шума авиационного двигателя современного пассажирского самолета является вентилятор. Для проектирования эффективных звукопоглощающих конструкций крайне важно знать модальный состав звукового поля, создаваемого вентилятором. Для определения азимутальных мод применяют кольцевые микрофонные антенны, которые устанавливают в канал воздухозаборника.

При использовании антенны с N равномерно распределенными микрофонами возможно однозначно определить только N/2 азимутальных мод M в каждую сторону. На высоких режимах работы двигателя такой модальный диапазон является недостаточным. Увеличение числа микрофонов нецелесообразно

285

по экономическим (высокая цена микрофонов) и геометрическим (фиксированный диаметр канала) причинам.

Модальный диапазон при неизменном числе микрофонов можно расширить (M > N), используя микрофонную антенну с неравномерным расположением микрофонов. Однако в этом случае возникают ошибки определения амплитуд, связанные с перетеканием энергии из одной моды в другую. Величина этих ошибок (боковых лепестков спектра) зависит только от положения микрофонов в антенне. Для обеспечения максимального динамического диапазона необходимо найти оптимальное расположение микрофонов (т.е. минимизировать амплитуду боковых лепестков спектра).

Как известно, поле давления выражается формулой

p( ) Ame im k ,

m

где k – положение микрофонов в антенне при k 1, 2, ..., N ;

m– номер азимутальной моды; Am – ее амплитуда. При наличии

взвуковом поле только одной моды, например с номером , ее

амплитуда может быть выражена следующим образом:

Am 1 N ei(m ) k ,

N k 1

что при m дает амплитуду, равную 1, а при m остаток бу-

дет зависеть от положения микрофонов в антенне. Для того чтобы егоминимизировать, можно воспользоватьсявыражением [1]

Данное выражение не зависит от и может быть минимизировано как функция параметра k с помощью различных методов оптимизации.

286

В данной работе рассмотрены три метода оптимизации: покоординатный спуск (с дроблением шага), метод сопряженных градиентов и метод «Минимакс». В расчетах использовались следующие параметры: диаметр канала 1,78 м; число микрофонов N 100 ; минимально допустимое расстояние между микрофонами 25 мм; количество мод M 144 .

Метод покоординатного спуска обладает высокой эффективностью и простотой алгоритма (является методом нулевого порядка). Однако расчетное время очень велико (около 20 мин для точ-

ности 10 4 ). Результат оптимизациипоказан нарис. 1.

Рис. 1. Спектр Am в децибелах (динамический диапазон 21,55 дБ) и соответствующее ему оптимальное положение микрофонов в антенне

На основе данного метода была выполнена оценка влияния точности установки микрофонов в кольцевой антенне на ее динамический диапазон [2].

Метод сопряженных градиентов используют для нахождения локального минимума функции на основе информации о ее значениях и ее градиенте. Метод имеет достаточно сложный алгоритм. Основным его недостатком в данной задаче является необходимость численного нахождения частных производных по многим переменным. При высокой скорости вычислений (около 2 мин) данный метод дает очень низкую точность конечного результата, что можно увидеть на рис. 2.

Наибольшую эффективность показал метод «Минимакс». При высокой скорости расчета (около 5 мин) достигается

287

УДК 621.932.4

НАУКОМЕТРИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОБЛЕМ СВЕРЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

В.В. Ширинкин1, В.Ф. Макаров2, А.Е. Мешкас3

1, 3АО «Пермский завод «Машиностроитель», Пермь, Россия

2Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

e-mail: v-shirinkin@mail.ru

Описаны результаты наукометрического исследования проблем сверления композиционных материалов. Представлен краткий обзор зарубежных публикаций по проблемам сверления композиционных ламинатов. Приведены тезисы основных исследований по сверлению композиционных ламинатов, опубликованных в международных журналах. Отражены основные зависимости влияния входных параметров процесса сверления композиционных материалов на расслоение и осевую силу, представленные в международных публикациях.

Ключевые слова: наукометрическое исследование, проблемы сверления композитов, ламинат, обработка композиционных материалов, обзор.

Основными проблемами обработки композиционных ламинатов, которые представляют интерес для мирового научного сообщества, являются: расслоение композиционных ламинатов, повышение стойкости режущего инструмента, производительности и качества процесса обработки композиционных материалов. Также необходимо отметить существующие особенности технологического процесса получения деталей из полимерных композиционных материалов, позволяющие, как правило, уменьшить объем последующей механической обработки, путем получения сложных профильных поверхностей при формовании деталей, а также при получении тел вращения путем намотки. Одной из проблем технологии намотки является проектирова-

289

ние и изготовление точных оправок. Все технологически проблемы проектирования и получения композиционных материалов оказывают влияние на процессы обработки [1]. Для определения актуальности, а также наиболее ценных источников информации по теме было проведено наукометрическое исследование проблем сверления композиционных материалов.

Условия проведения наукометрического исследования

Исследование проведено при помощи аналитических инст-

рументов сайта www.scopus.com [2].

Поиск осуществлялся по названию, аннотации и ключевым словам за период 2005–2015 гг. Информация по 2015 г. в работе приводится факультативно.

В исследовании рассматривались статьи и материалы конференций.

Научная область, в рамках которой осуществлялся поиск, показана на рис. 1.

Рис. 1. Научная область поиска

Словосочетания и логические условия, по которым осуществлялся поиск

«Drilling of composite materials» «или» «drills for polymeric composite material» «или» «drills for frp», где frp (Fiber Reinforced

290