Отображение реальных поверхностей

ФУНКЦИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОНСТРУКЦИЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Свойства поверхностей РКС имеют важное значение для успешного функционирования различных элементов конструкций.

Так свойства геометрии наружной поверхности РКС определяют характер аэродинамического и теплового воздействия на конструкцию, а также влияют на компоновку агрегатов внутри РКС при старте. Геометрией внутренней поверхности топливных баков определяется объем топлива в ракетных блоках. Свойства геометрии поверхностей деталей и сборочных единиц, соединяемых при сборке, существенным образом влияют на точность их пространственного расположения в конструкции, уровень остаточных напряжений и многие другие показатели качества сборки. В конструкциях турбонасосного агрегата и исполнительных органах управления РКС имеется значительное число деталей с сопряженными поверхностями, которые выполняют вспомогательные функции, ограничивая объем детали конструкции, влияют на распределение объемов, массы и геометрии масс ее элементов.

В современных конструкциях геометрия поверхностей элементов чрезвычайно сложна. В частности это относится к таким конструкциям, как корпус ракет и ракетных блоков, фюзеляж или крыло крылатых ракет, лопатки турбин и насосов, криволинейные трубопроводы, сопла ракетных двигателей и т.п.

Вследствие этого на стадии конструкторской разработки сложнопрофильных поверхностей элементов РКС объем информации о поверхностях должен быть достаточным с одной стороны, для однозначного отображения геометрии поверхностей элементов конструкции, позволяющего оценить массу и геометрию масс, а с другой (при технологической подготовке производства) – для назначения способов отображения реальной геометрии в целях определения погрешности изготовлениия.

При параллельном выполнении конструкторского и технологического проектирования в процессе технической подготовки производства должны применяться единые информационные технологии.

ОТОБРАЖЕНИЕ РЕАЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Реальные поверхности элементов конструкции ракетно-космической системы отличаются от абстрактных, заданных в конструкторской документации. Для дальнейших рассуждений введем понятие «номинальная поверхность».

Номинальная поверхность – это идеальная гладкая поверхность с номинальными параметрами формы и размеров. Все точки номинальной поверхности определены в ее собственной системе координат. Основной объем аэрогидродинамических, тепловых, прочностных расчетов проводят по номинальным параметрам поверхностей.

Реальными поверхностями называют поверхности, полученные при формообразовании заготовок, после размерной обработки, сборки. Эти поверхности отличаются от номинальных по форме, размерам и положению в пространстве. Причиной несоответствия является множество факторов: погрешности формообразования, упругие деформации под действием термических или сборочных напряжений в материале деталей и т.д.

Несовпадение точек реальных поверхностей с точками номинальных поверхностей называют погрешностью формы поверхностей. Эта погрешность оказывает существенное влияние на результат сборки и работоспособность сопрягающихся поверхностей конструкции. Для ракетно-космического машиностроения принят термин «отклонения от теоретического профиля». Эта погрешность представляет собой расстояние между точками номинальной и реальной поверхностей. В технической документации (чертежи, геометрические модели, технические условия на приемку и т.п.) указывают допустимые погрешности положения формы и размеров поверхностей, при которых конструкция будет работоспособной.

При анализе свойств и положения реальной поверхности по результатам технических измерений используют понятие «отображающие (отсчетные) поверхности», к которым относят прилегающие, средние и номинальные поверхности.

Прилегающая отображающая поверхность имеет форму и размер номинальной поверхности, расположена вне материала элемента конструкции, соприкасается с реальной поверхностью так, что наибольший зазор между прилегающей и реальной поверхностями минимален. Положение прилегающей отображающей поверхности относительно номинальной зависит от выполнения условий прилегания.

Средняя отображающая поверхность имеет форму номинальной поверхности, а ее размер и положение в пространстве определяют из условия минимума суммы квадратов расстояний между точками реальной и средней отображающих поверхностей.

Номинальная отображающая поверхность – это идеальная гладкая поверхность с номинальными параметрами формы и размеров. Ее положение в пространстве определяют из условия минимума суммы квадратов расстояний между точками реальной и номинальной отображающей поверхностей.

У каждой из отображающих поверхностей есть своя область применения. Форма отображающих поверхностей соответствует форме номинальной поверхности. Размер (масштаб) у средней отображающей и номинальной не совпадает, а у прилегающей и номинальной – совпадает.

Оценка погрешностей формы реальных поверхностей с помощью прилегающих отображающих поверхностей сводится к контролю зазора между реальной поверхностью и пространственными эталонами поверхности или плоскими шаблонами контролируемых сечений. Существенным недостатком прилегающих отображающих поверхностей является неоднозначность их положения, обусловленная правилом их определения. Может существовать несколько положений прилегающей отображающей поверхности. Другой недостаток прилегающих отображающих поверхностей состоит в том, что для определения их положения с помощью плоских шаблонов или пространственных эталонов необходимо, чтобы эти шаблоны охватили контролируемую поверхность снаружи или соприкасались с ней изнутри. Этому могут препятствовать размеры прилегающей отображающей и реальной поверхностей.

Средняя и номинальная отображающая поверхности расположены среди точек реальной поверхности и пересекаются с материалом элемента конструкции. Для определения их положения в пространстве необходимо измерить координаты точек реальной поверхности. Эти координаты измеряют с помощью координатно-измерительных машин в их собственной системе координат. Средняя отображающая поверхность соответствующей формы и размера (масштаба) «вписывается» в массив точек реальной поверхности с помощью специальных программ компьютера, встроенного в координатно-измерительную машину. По аналогичной схеме в массив точек реальной поверхности может быть вписана номинальная отображающая поверхность. Отличие заключается лишь в том, что номинальная поверхность имеет единственный размер. И средняя, и номинальная отображающая поверхности занимают единственное положение в массиве точек.