Эскизный проект космического корабля с ядерным двигателем будет готов в 2012 г

Эскизный проект космического корабля с ядерным двигателем будет готов в 2012 г

Эскизный проект космического корабля с ядерной энергоустановкой мегаваттного класса будет завершен к концу 2012 года, проектирование ядерного реактора для него — уже в 2011 году, заявил во вторник на авиасалоне МАКС-2011 генеральный директор государственного научного центра имени Келдыша Анатолий Коротеев.

«В 2011 году закончен эскизный проект реакторной установки, а в 2012 году в соответствии с планом мы должны закончить проект полностью по всему изделию — как по ядерному двигателю, так и по самому космическому аппарату», — сказал академик Коротеев.

Центр имени Келдыша представил на авиасалоне МАКС-2011 линейку электроплазменных двигателей, а также электрокомпозитных материалов для турбин и сопел «корабля будущего».

«Здесь, на МАКСе, мы демонстрируем линейку электроплазменных двигателей, разработанных в разные годы, и делаем выводы, что на их основе мы вполне в состоянии выйти на требуемый уровень мощности для будущего проекта», — сказал академик.

«Кроме того, на этой выставке мы впервые представляем линейку электрокомпозитных материалов, предназначенных для разработки высокотемпературных турбин и сопел», — сказал Коротеев.

По его словам, в 2012 году центр имени Келдыша должен завершить физико-математическое модулирование космического комплекса с ядерным двигателем.

«Наиболее сложным вопросом на сегодняшний день является разработка холодильника-излучателя. Это очень напряженный блок работы ядерной энергоустановки. Мы очень сильно продвинулись в данном направлении: помимо облика холодильника-излучателя на стадии эскизного проекта мы выбрали, наконец, особую жидкость, способную работать в условиях открытого космоса. Я не могут выговорить ее название — это очень сложное слово, но суть состоит в том, что это органо-жидкостная композиция, обеспечивающая радиационную стойкость в условиях космического полета», — сказал академик Коротеев.

Глава центра имени Келдыша напомнил, что наземную отработку космического корабля с ядерным двигателем планируется начать в конце 2014 года с тем, чтобы завершить в 2015 году.

«Кроме того, в рамках проекта уже в 2011 году будет готова модель электрогенератора с бесконтактным ротором. Модели турбокомпрессора должны быть также готовы в этом году», — отметил Коротеев.

Отвечая на вопрос, хватает ли центру имени Келдыша выделяемых на проект средств, академик сказал: «Хотя в прошлом году было тяжело — были выделены очень небольшие средства по линии Роскосмоса — всего 70 миллионов, из них 40 миллионов мы отдали РКК «Энергия» на разработку ее части программы. Но с этого года финансирование проекта увеличено. С деньгами сейчас все в порядке», — заключил академик Коротеев.

Самолет-истребитель И-16. СССР

Экипаж — 1 человек

Мощность — 750 л.с.

Размах кры­ла — 9,0 м

Площадь крыльев – 14,54 кв. м

Масса пустого самолета – 1382 кг

Масса максимальная взлетная – 1715 кг

Масса полной нагрузки – 500 кг

Максимальная скорость на высоте / у земли — 440 / 389 км/ч

Практический потолок – 8270 м

Максимальная дальность – 800 км

Вооружение: 4×7,62-мм пулемета ШКАС; 6 НУРС РС-82

Максимальная бомбовая нагрузка — 200 кг.

Параллельно с разработкой истребителя И-15 конструкторская бригада № 2 под руководством Н.Н. Поликарпова в инициативном порядке приступила к проектированию еще одного самолета И-16, одного из самых известных советских истребителей, не похожего на другие самолеты и не являвшегося подражанием кому-либо из них. К концу 1932 года был готов его предварительный эскизный проект. Весной 1933 году в связи с выявленными недостатками истребителя И-14 конст­рукции П.О. Сухого и его долгой доводкой руководство ВВС выдало Н.Н. Поликарпову задание на проектирование альтернативного скоростного истребителя-моноплана И-16. Уже к июню того же года завершилась разработка эскизного проекта истребителя, получившего заводское обозначение ЦКБ-12. Для обеспечения высоких лет­ных данных для нового истребителя потребовалось снизить сопротивление всего самолета, и — прежде всего — убрать звездообразный двигатель в хорошо зализанный капот, а также уменьшить несущие поверхности. Поэтому новый самолет имел малую полетную массу; минимальные размеры (размах крыла составлял — всего 9 м, а его общая длина — 6 м); звездообразный двигатель и короткий бочкообразный толстый фюзеляж. На самолет предполагалось установить двигатель Райт «Циклон» SGR-1820 F-3, лицензии на который в то время Советский Союз еще не получил. Поэтому был спроектирован еще один вариант самолета И-16, с двигателем М-22, менее мощным, но достаточно надежным. К августу второй эскизный проект был готов.

Летно-технические характеристики И-16 были настолько мно­гообещающими, что уже в ноябре, т.е. еще до завершения постройки пер­вого экземпляра, обсуждался вопрос о его серийном производстве. Постройка первой машины завершилась 28 декабря 1933 года. Одноместный самолет-истребитель И-16 — моноплан смешанной конст­рукции представлял собой свободнонесущий низкоплан с открытой кабиной и с убирающимся шасси. Передняя часть крыла имела металлическую обшивку, задняя — полотня­ную. Фюзеляж — деревянный монокок с обшивкой из березового шпона с переменной толщиной от 4 мм — в передней части до 2,5 мм — в хвостовой. Для технологичности монокок изготовлялся из двух половин (правой и левой), стыкованных в плоскости симметрии самолета. Шасси пирамидальной конструкции убиралось вручную тросовым приводом. Вооружение состояло из двух 7,62-мм пулеметов ПВ-1, расположенных вне диска винта.

Первый полет самолета-истребителя ЦКБ-12 управляемого летчиком-испытателем В.П. Чкаловым состоялся 30 декабря 1933 года. Летные испытания выявили, что советские конструкторы-авиастроители создали отличный истребитель, превосходивший по своим характеристикам все отечественные и зарубежные машины такого класса. По тому времени это был действительно выдающийся самолет, первый в мире серийный истребитель-моноплан, положивший начало распространению такой схемы.

В 1934 году истребитель И-16 был принят на вооружение ВВС Красной армии. Самолет И-16 выпускался в течение семи лет и имел более 10 модификаций, характеризовавшихся неуклонным возрастанием массы при тех габаритных размерах, ростом мощностей двигателей и улучшением вооружения. И-16 создавался как скоростной истребитель, в котором одновременно преследовалась цель достижения максимальной маневренности для ведения воздушного боя. Маленький, «как мушка»,
И-16 воплощал в себе идею быстроходного самолета, выполнявшего к тому же очень эффективно фигуры высшего пилотажа, и выгодно отличался от любых бипланов.

Различные варианты самолета И-16 имели некоторые различия и в летных качествах, которые хотя и менялись в зависимости от мощности двигателей, нагрузок, вооружения и подвесок, но скорость их не превышала 440 км/ч — у земли и 489 км/ч — на высоте 5000 м. При использовании двигателя М-63 в 1100 л. с. для горизонтального полета расчетная максималь­ная скорость у И-16 должна была составлять 525 км/ч, но на практике ее не удалось достичь. Возросшая масса и большой лоб самолета не давали возможности существенно повысить скорость полета.

Самолет-истребитель И-16 производился в основных серийных модификациях:

— тип 4 — с двигателем Райт «Циклон» SGR-1820 F-3 или М-25, с закрытой кабиной пилота и с вооружением их 2х7,62-мм пулеметов ПВ-1;

— тип 5 — с новым капотом двигателя, с индивидуальными выхлопными патрубками и с закрытой кабиной пилота;

— тип 6 — с двигателем М-25А, усиленным планером и закрытой кабиной пилота;

— тип 10 — с двигателем М-25В, с открытой кабиной пилота и убирающимся лыжным шасси, а также с вооружением из 4х7,62-мм пулеметов ШКАС, из которых — 2 синхронных были расположены над двигателем (по 650 патронов).

С учетом опыта эксплуатации, самолет этого типа 1937 года был усилен, что вместе с новым двигателем и усиленным вооружением увеличило полетную массу до 1700 кг, в то же время — скорость осталась без изменений, а скороподъем­ность и потолок — снизились. Самолет И-16 тип 10 впервые получил вместо стандартного шасси — лыжи, убиравшиеся в полете и прижимавшиеся вплотную к центроплану, почти заподлицо с его поверхностью. Масса лыжи немного превосходила массу колеса, а летные ка­чества самолета с убранными лыжами практически были те же, что и у самолета на колесах, но с выпущенными лыжами скорость снижалась на 60 — 80 км/ч;

— тип 12 — вариант типа 10 с вооружением из 2-х 20-мм пушек ШВАК и 2-х 7,62-мм пулемета ШКАС;

— тип 18 — с двигателем М-62, винтом изменяемого шага, хвостовым колесом вместо костыля и вооружением, составлявшим 4-е 7,62-мм пулемета ШКАС;

— тип 27 — вариант типа 18 с вооружением из 2-х 20-мм пушек ШВАК и 2-х 7,62-мм пулемета ШКАС;

— тип 24 — с двигателем М-63, усиленным крылом, подвесными бензоба­ками и вооружением из 4-х 7,62-мм пулеметов ШКАС;

— тип 29 — вариант типа 24 с вооружением из 2-х 7,62-мм пулеметов ШКАС и
1-го 12,7-мм пулемета БС.

Самолет И-16 прошел всю возможную для него эволюцию. Так, эти машины выпуска 1939 года, оснащенные двигателем М-62, развивали максимальную скорость до 490 км/ч и имели доста­точно мощное вооружение из двух пушек и двух пулеметов. При той же площади крыла 14,54 кв. м его полетная масса возросла с 1311 кг до 2000 кг, и дальнейшее развитие самолета стало возможным, но лишь в другом типе и с иными параметрами, что и было вскоре реализовано в последующих самолетах – истребителях конструкции Н.Н. Поликарпова — И-180 и И-185.

Впервые истребители И-16 тип 5 и тип 10, получившие испанское прозвище «моска» (муха), широко получили боевое крещение в 1936 году в Испании. Уже к концу 1936 года в составе ВВС испанских республикан­цев было 62 истребителя И-16 тип 5. Первоначально на них летали только советские летчики, успешно действуя против самолетов франкистов. И-16 широко использовались в годы гражданской войны в Испании (1936 – 1939), превосходя по скорости лучшие истребители мира.

Один из наших асов, С.И. Грицевец, летавший на И-16 в ходе этой войны, только по официаль­ным данным, одержал 30 личных побед и 7 побед в группе. В феврале 1939 года он был удостоен звания Героя Советского Сою­за. Однако практика боевых действий в Испании показала, что время выполнения виража (15 секунд) у этого самолета велико и И-16 не могли поражать в бою на горизонталях менее скоростные самолеты противника, в то время, когда решающим фактором была маневренность. В 1937 году советские истребители И-16 тип 5 и тип 6 начали поступать в Китай, где в составе 4-й истребительной группы активно участвовали в воздушных боях с японскими самолетами. Впоследствии самолеты И-16 в больших количествах применялись в боях в районе р. Халхин-Гол в 1939 году, в ходе советско-финской войны 1939 – 1940 годов, а также на фронтах Великой Отечественной войны.

С истребителем И-16 связаны многие славные страницы истории советской авиации. Так, в ходе боев у р. Халхин-Гол в июле 1939 года Герой Советско­го Союза В.Ф. Скобарихин совершил на самолете И-16 первый воздушный таран, а уже в августе в воздушных боях с японскими захватчиками впервые в истории авиации на самолетах И-16 были применены реактивные снаряды РС-82, огнем которых были уничтожены несколько японских самолетов.

Несмотря на то, что к 1941 году И-16 уже устарел, именно ему, самому массовому истребителю советских ВВС (составлявшему почти половину всего истребительного состава авиации РККА), пришлось вынести основную тяжесть воздушных боев начального периода Великой Отечественной войны. Он активно применялся на всех фронтах в первые годы войны. Так, в первый же день войны летчик И.А. Авеков на своем И-16 сбил два немецких истребителя Мессершмитт Bf 109, а 28 августа того же года в районе города Конотопа сбил два бомбардировщика Хейнкель Не 111. Уже в декабре 1941 года 1-й Гвардейский истребительный авиационный полк первым получил это славное звание, сражаясь на самолетах И-16 тип 24.

В июле 1941 года первыми в Великой Отечественной войне получили звание Героя Советского Союза летчики П.Т. Харитонов, М.П. Жуков и С.П. Здоровцев, которые сражались на самолетах И-16. Герой Советского Союза В. В. Та­лалихин в августе того же года произвел первый в мире ночной таран на самолете И-16. На истребителях И-16 также вели воздушные бои с немецко-фашистскими захватчиками дважды Герои Советского Союза — Г.П. Кравченко, С.И. Грицевец, А.В. Ворожейкин, Б.Ф. Сафонов и другие. Эти машины использовались на советско-германском фронте вплоть до 1943 года, а в авиационных частях, дислоцированных на Дальнем Востоке, состояли на вооружении вплоть до лета 1945 года.

Самолет И-16 серийно выпускался с середины 1934 по 1942 год, включительно, заводами № 39 имени В.Р.Менжинского (г. Мос­ква); № 21 имени С. Орджоникидзе (г. Горький); № 153 имени В.П. Чкалова (г. Новосибирск) и № 458 (г. Ростов-на-Дону, а с 1942 года — в Баку). Всего было изготовле­но 10292 самолетов И-16 (вместе с учебно-тренировочными вариантами УТИ-4).

На открытой площадке вооружения и военной техники Центрального музея Великой Отечественной войны экспонируется макет самолета-истребителя И-16 тип 10 (бортовой номер 91), входившего в 1941 году в состав войск ПВО Калининского фронта (аэродром Будово). Макет самолета построен АООТ «Тушинский машиностроительный завод» совместно с ТОО «Авион» в 1995 году.

Эскизный проект привода 671

Выполняют его в масштабе уменьшения в двух проекциях в приведенной ниже последовательности. Изображают выбранный ранее электродвигатель, используя данные таблицы 4. По величине диаметра вала электродвигателя и крутящего момента на быстроходном валу редуктора подбирают муфту. Изображают ее на конце вала электродвигателя так, чтобы торец упирался в буртик на валу.

Вычерчивают контур редуктора так, чтобы буртик его быстроходного вала соприкасался со вторым торцом муфты. Изображают ранее выбранную муфту на конце тихоходного вала в упор в буртик на валу.

Вычерчивают рабочий орган (вал с барабаном или звездочками) так, чтобы его буртик соприкасался со вторым торцом муфты. Размеры барабана известны из технического задания, размеры звездочки – из кинематического и энергетического расчетов привода. Контуры корпусов подшипниковых опор изображают условно, так как размеры их первоначально неизвестны.

Под редуктором и электродвигателем изображают контур рамы или плиты. Пример эскизного проекта привода конвейера показан на рисунке 15.

Анализируют полученный эскизный проект привода. Проверяют рациональность предварительно принятых решений, а также размеров сборочных единиц и деталей в общей компоновке привода. Например, может быть выявлено, что размеры редуктора слишком велики по сравнению с размерами двигателя и барабана. Это нарушает пропорциональность конструкции, ее эстетичность, усложняет конструкцию и увеличивает металлоемкость рамы из-за

Рисунок 15 – Эскизный проект привода ленточного конвейера

большой разницы высот осей валов у редуктора и электродвигателя. В этом случае возможна необходимость исправления первоначальных расчетов и конструктивных решений, например, распределения общего передаточного числа, выбора материала и термообработки для зубчатых колес, расположения осей валов в редукторе, выбора быстроходности электродвигателя и т. д.

После согласования эскизного проекта с руководителем приступают к разработке технического и рабочего проектов: выполняют сборочные чертежи редуктора, рабочего органа, рамы, чертеж общего вида привода.

Список литературы

1 Иванов, М. Н. Детали машин: учебник / М. Н. Иванов, В. А. Финогенов. – М.: Абрис, 2013. – 408 с.: ил.

2 Дунаев, П. Ф. Конструирование узлов и деталей машин: учеб. пособие / П.

3 Курмаз, Л. В. Детали машин. Проектирование: учеб. Пособие / Л. В. Курмаз, А. Т. Скойбеда.

4 Атлас конструкций узлов и деталей машин: учеб. пособие / Б. А. Байков, [и др.]; под. ред. О. А. Ряховского. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. – 384 с.: ил.

Этапы проектирования двигателя

Проектирование двигателя состоит из следующих этапов:

1) Обоснование необходимости создания нового двигателя и связанные с этим научно-технические исследования.

2) Выполнение конструкторского проекта

3) Изготовление и испытания опытных образцов

4) Доводка и сдача заказчику

5) Серийное производство

Обоснование необходимости создания того или иного дви­гателя проводят в основном на стадии разработки типажа. При этом используют методы научного прогнозирования с учетом потребностей отдельных отраслей народного хозяйства в со­здаваемом двигателе. После того как вопрос о целесообразно­сти создания двигателя решен, проводят научные исследования в области рабочего процесса, конструктивных схем, приме­няемых материалов и др. для обеспечения высоких технико-экономических показателей будущего двигателя.

Техническое задание не содержит описания конкретных элементов будущей конструкции, а определяет назначение двигателя, его техниче­ские характеристики, показатели качества рабочего процесса, состав конструкторской документации, сроки выполнения про­екта, программу выпуска. Техническое задание содержит также технико-экономические сведения о разрабатываемом двигателе, оценку его технического уровня. Техническое задание соста­вляется разработчиком изделия на базе обоснованных технико-экономических требований заказчика. В работе над ним уча­ствуют и конструкторы. На основании согласованного техниче­ского задания между потребителем и заводом-изготовителем составляется договор, в котором указываются основные этапы выполнения работ. Далее приступают к составлению конструк­торского проекта, т.е. к подготовке конструкторской докумен­тации. Конструкторская документация включает данные об устройстве двигателя и все необходимые материалы для разра­ботки конструкции, изготовления, контроля, приемки, испыта­ний, эксплуатации и ремонта.

На основании утвержденного технического задания кон­структоры двигателя готовят техническое предложение, отра­жающее техническое направление проекта. После согласования и утверждения технического предложения разрабатывают тех­нические условия на проектирование.

Конструкторский проект состоит из эскизного, технического и рабочего проектов. В зависимости от особенностей проекти­руемого двигателя и условий, предъявляемых заводом-изгото­вителем, порядок выполнения конструкторского проекта может быть различным. Например, при создании двигателя на базе существующего и при его серийном производстве эскизный проект может не составляться.

Эскизная часть проекта включает в себя:

1) Маркетинговые исследования (могут проводится 5 – 10 – 15 лет). Они отвечают на вопросы что, как, зачем и по какой цене выпускать. Исследуют рынок предполагаемых продаж, фирмы конкуренты, их продукцию и её характеристики.

2) Разработка концепции ДВС. На этой стадии выбирается размерность двигателя, компоновка основных узлов и систем, выбор параметров систем (основными требованиями сейчас является: Модульность конструкции, ресурс ДВС до 60 тыс. часов, давление сгорания ок. 200 Бар, и т.д.)

3) Проектирование эскиза двигателя

— Поперечный разрез двигателя (на поперечном разрезе двигателя уточняются силовая схема, привод газораспределительного механизма, конструкция топливной аппаратуры, компоновка основных деталей и узлов)

— чертежи основных узлов и необ­ходимые дополнительные чертежи (разрез по передачам и т. п.).

— Разработка в объеме основных деталей и узлов ДВС

На этой стадии составляют также пояснительную записку с техническими характеристиками двигателя, описанием его конструкции, расчетами: тепловым, динамическим, на про­чность и технико-экономическим.

После утверждения эскизного проекта составляют техниче­ский проект двигателя. Объем конструкторской документации на стадии технического проекта существенно увеличивается, так как добавляются чертежи узлов двигателя и его систем, перечни комплектующих изделий, специального инструмента.

Технический проект включает в себя:

— Разработку чертежей отдельных узлов двигателя, его систем

— Пояснительную записку, в которой приводят обзор существующих кон­струкций двигателей подобного класса со сравнительной оцен­кой заложенных в данном проекте и достигнутых показателей, включая данные по зарубежным аналогам.

— Рассматривают вопросы технологии из­готовления, масштабов производства, экономической эффек­тивности, техники безопасности и т.д.

— Выполняют технические расчеты подробно и в полном объеме.

Как правило, параллельно с техническим проектом разрабатывают необходимую документацию и изготовляют одноцилиндровые установки или V-образные отсеки (иногда отсеки более сложной конструкции), на которых доводят рабо­чий процесс двигателя, а также конструкцию поршневой группы, кривошипно-шатунного механизма, механизма газо­распределения и т.д. Параллельно разрабатывают технические условия на поставку двигателя.

После утверждения технического проекта переходят к соста­влению рабочего проекта.

Рабочийпроект включает в себя:

— Рабочие чертежи для каждой детали

— Технические усло­вия на изготовление, приемку, хранение и транспортирование деталей

— Ориентировочно определяют расход материа­лов

— Составляют данные по покупным деталям и узлам

— Техни­ческий паспорт и инструкцию по эксплуатации и монтажу

— Про­ект программы испытаний.

Конструкторская документация должна удовлетворять требованиям ЕСКД. В зависимости от типа и размеров двигателя может быть изготовлена опытная партия развернутых двигателей для проведения доводочных ис­пытаний, а также последующих испытаний в реальных усло­виях эксплуатации, с учетом которых составляют технические условия на поставку двигателя.

Один или несколько опытных образцов двигателя подвер­гают заводским длительным доводочным испытаниям. Осталь­ная часть опытной партии может испытываться в условиях экс­плуатации. Затем по согласованию с потребителем проводят приемочные, межведомственные или государственные испыта­ния, как правило, на специальных стендах в экспериментальном цехе. В ходе этих испытаний устанавливают соответствие дви­гателя техническому заданию, требованиям стандартов и тех­нической документации, а также дают оценку его технического уровня. По итогам испытаний утверждается техническая доку­ментация для серийного производства двигателя. Однако и по­сле начала выпуска двигателя продолжается изучение опыта эксплуатации, доработка технической документации и дальней­шее совершенствование двигателя с целью поддержания его технического уровня в соответствии с уровнем отечественного и мирового двигателестроения.

Предприятия изготовители при проектировании нового двигателя стараются сделать новый двигатель многоцелевым (для армии, отраслевого и гражданского использования). Первоначально разрабатывают базовую модель (на Коломенском заводе 12 цилиндров), а в дальнейшем развивают типоразмерный ряд (8, 12, 16, 20 цилиндров)

При проектировании на Коломенском заводе используют 138 компьютерных программ различного назначения (SolidAGE, Nastran, SolidWorks, Unigrafics, Unsys, КОМПАС).

Основными покупателями продукции Коломенского завода являются: ОАО РЖД, ВМФ и Атомэнергопроект (лицензию на поставку двигателей в атомную энергетику имеют только фирмы Zultser, MTU, Pielstick и КЗ)

Жизненный цикл изделия составляет 30 – 40 лет. Он состоит из следующих этапов:

— Научно-исследовательские работы (поиск и приобретение сведений о конструкции и характеристиках аналогов в России и за рубежом)

— Опытно конструкторские работы

— Технологическая подготовка (Разработка ТП, оснастки и инструмента для производства двигателя)

— Отработка опытного образца (изготовление и испытания одного отсека и рабочей модели базового варианта)

— Обработка полученных опытных данных с помощью компьютерных моделей рабочего процесса