Ракетно-космических систем

Общая характеристика особенностей производства

Технологические методы и процессы, применяемые в производстве ракетно-космических систем, отличают ракетно-космическое машиностроение от других видов машиностроения. Тяжелые и средние ракетоносители выпускаются единично или мелкими сериями. Количество деталей в каждом изделии исчисляется сотнями тысяч. Это приводит к тому, что для изготовления деталей используют универсальное, легко переналаживаемое оборудование с широкими технологическими возможностями.

Конструкция изделий ракетно-космической техники должна иметь минимальную массу при механических и тепловых нагрузках, соответствующих условиям эксплуатации. Это достигается формированием объемов элементов конструкции, равномерно нагруженных по всему объему, и использованием материалов с высокой удельной прочностью и жесткостью. Для этого в конструкциях оболочек топливных емкостей – основного элемента конструкции ракетно-космических систем – используют переменную толщину стенки или ячеистый вафельный фон, обеспечивающий устойчивость формы оболочки топливной емкости при внешних сжимающих нагрузках.

Ракетно-космические системы предъявляют весьма жесткие требования к точности формирования геометрических параметров. К ним относятся точность параметров аэродинамических поверхностей и точность объемов топливных емкостей. От точности геометрических параметров поверхностей зависят точность инерционно-массовых свойств (массы и положения центров масс, величины и компонентов тензоров инерции элементов конструкции). Для обеспечения точности формы, размеров и расположения сложных поверхностей (например, получения переменной толщины стенки оболочки и создания вафельного фона) используют большое число обрабатывающих центров, оснащенных системами с числовым программным управлением.

Свойства материалов конструкции должны быть точными и стабильными во времени. Это нужно, чтобы обеспечивать высокую точность массы элементов конструкции и высокую вероятность безотказной работы ракетно-космической системы после длительного хранения, а также в течение всего срока эксплуатации в специфических условиях полета в космическом пространстве.

В конструкциях ракетно-космических систем применяется большое количество металлических сплавов, полимерных композиционных материалов и металлокомпозитов. Большинство металлических сплавов следует отнести к высокотехнологичным материалам, например, алюминиевые сплавы алюминия, магния, титана, нержавеющие и высокопрочные стали, тугоплавкие, эрозионностойкие, нейтроностойкие материалы. Примером применения таких материалов является вольфрам, из которого изготавливают сопловой вкладыш ракетного двигателя на твердом топливе. Благодаря применению композиционных материалов для высоконагруженных конструктивных элементов удается создавать рациональную для функционирования анизотропию свойств материала, обеспечивающую снижение массы конструкции ракетно-космических систем. Все перечисленные материалы относятся к трудно обрабатываемым известными технологическими методами (горячая и холодная штамповка, механическая обработка и т. д.)

Конструкции ракетно-космических систем обладают большими габаритными размерами и весом, а также малой жесткостью. Поэтому при разработке технологических процессов необходимо учитывать возможность деформирования конструкции под действием собственного веса и технологических факторов (например, сил резания, остаточных напряжений при штамповке или от усадки металла сварного шва).

В конструкциях ракетно-космических систем используется большое количество разнообразных разъемных (болтовые, винтовые, шпилечные) и неразъемных (сварка, пайка, клепка, склеивание) соединений, требования к которым весьма высоки. Эти соединения должны быть прочными и герметичными. Достижению требуемого качества неразъемных соединений способствует применение специального автоматизированного сборочного оборудования. Например, при сварке многочисленных трубопроводов подачи компонентов топлива и систем дренажа и наддува топливных емкостей в ракетах-носителях с жидкостными ракетными двигателями, а также при сварке ферм, используют сварочные автоматы, которые могут осуществлять сварку стыков труб в стесненных условиях монтажа трубопроводов.

Вследствие огромной стоимости ракет-носителей и полезного груза элементы конструкции должны обладать высокой надежностью. Надежность достигается точным соблюдением требований к исходным материалам, комплектующим изделиям, элементам конструкции при их изготовлении. В материалах и соединениях недопустимы дефекты, влияющие на однородность свойств материалов и соединений, приводящие к концентрации напряжений, снижению прочности и нарушению герметичности конструкции. Для оценки соответствия элементов конструкции установленным требованиям в процессе производства проводят широкий круг измерений и технического контроля параметров элементов конструкции, а также разнообразные испытания элементов конструкции и ракетно-космической системы в целом с имитацией условий эксплуатации.

Надежность ракетно-космических систем во многом зависит от условий выполнения технологических процессов. Комплекс организационных мероприятий позволяет добиться стандартов по стабильности состава атмосферы, температуры, давления, влажности и чистоты в производственных помещениях. В соответствии с этими стандартами температура в объеме помещения должна быть 293 °К давление 101324,72 Па, влажность 60 %, количество частиц пыли в 1м³ объема помещений не превышало бы определенных норм: частиц размером до 0,5 мкм было бы не более 3 10⁶; частиц размером до 1 мкм –– не более 0,8 10⁶; а частиц размером до 5 мкм – не более 3 10⁵. Такие параметры в объеме производственных помещений обеспечивают: очистка, вентиляция и кондиционирование воздуха, создание избыточного давления внутри помещения; использование плоских и выпуклых поверхностей стен, полов и технологической оснастки без поднутрений, удерживающих загрязнения; специальные мероприятия по подготовке персонала (специальные одежда и обувь, проход в производственное помещение через специальные шлюзы).