Концепція підвищення експлуатаційних характеристик конструкцій агрегатів вітчизняних цивільних літаків спеціальними методами порошкової металургії

Abstract

Дисертацію присвячено розробці концепції підвищення експлуатаційних характеристик конструкцій агрегатів цивільних літаків спеціальними методами порошкової металургії (ПМ). Містить наукові основи загальної методології оцінки ефективності методів ПМ стосовно використання в конструкціях агрегатів літаків; критеріальні оцінки перспективності розширення застосування спечених матеріалів на основі алюмінію та титану; критеріальні оцінки ефективності іонно-плазмових і газо- термічних порошкових покриттів; аналіз ефективності застосування порошкових матеріалів у вузлах тертя; основи інженерного прогнозування ефективних обсягів застосування матеріалів ПМ в авіаційних конструкціях. Синтезовано класифікаційні схеми основних видів складів антифрикційних і фрикційних матеріалів, розроблено блок-схеми формування їх основних експлуатаційних характеристик. Проведено аналіз можливостей підвищення експлуатаційних характеристик деталей з захисними газотермічними порошковими покриттями. Викладено результати впровадження та використання матеріалів дисертації на підприємствах авіакосмічного комплексу України та у вищих навчальних закладах.

Диссертация посвящена разработке концепции повышения эксплуатационных характеристик конструкций агрегатов отечественных гражданских самолетов специальными методами порошковой металлургии (ПМ). Содержит теоретические и практические результаты, включающие в себя: - научные основы общей методологии оценки эффективности методов ПМ применительно к использованию в агрегатах гражданских самолетов; - критериальные оценки перспективности расширения применения в конструкции агрегатов самолетов спеченных порошковых материалов на основе алюминия и титана; - критериальные оценки эффективности ионно-плазменных и газотермических порошковых покрытий деталей авиационных конструкций; - анализ эффективности применения порошковых материалов в узлах трения самолетов; - основы инженерного прогнозирования эффективных объемов применения материалов ПМ в конструкциях агрегатов самолетов. Проведены обзор и анализ мировых тенденций развития гражданских самолетов транспортной категории, выявивший пути повышения эффективности их агрегатов за счет увеличения объема применения в них полимерных композиционных материалов (ПКМ), а также новых материалов и технологий ПМ. Вскрыты причины этого роста: перманентное увеличение функциональных свойств порошковых материалов и их номенклатуры, усиление роли научного обеспечения средствами информационных и компьютерных технологий, а также эффективных конструктивно- технологических решений. Разработаны научные основы общей методологии оценки эффективности методов ПМ, адаптированных к использованию в агрегатах гражданских самолетов, включающие предложенный и реализованный концептуальный подход к критериальной оценке возможностей повышения эксплуатационных характеристик деталей авиаконструкций, формируемых методами ПМ; классификацию эксплуатационных свойств конструкционных материалов, сгруппированных в виде критериев единичного, группового и комплексного уровней, объединенных в интегральный критерий, предопределяющий количественную оценку степени эффективности применения того или иного метода ПМ для формирования деталей авиаконструкций конкретного назначения взамен традиционных способов их изготовления; разработанную блок-схему иерархической структуры критериев, соответствующую правилу деления объема понятий теории классификаций. Предложен метод последовательного расширения полноты критериальной оценки эффективности использования спеченных порошковых материалов в деталях агрегатов авиаконструкций, реализованный для спеченных порошковых материалов на основе алюминиевых и титановых сплавов. Этот метод как составная часть общей научной концепции позволяет последовательно, по мере накопления данных о свойствах заменяющих порошковых сплавов, расширять до потребной степени полноты и достоверности область эффективного внедрения спеченных порошковых алюминиевых и титановых сплавов, охватывая необходимую номенклатуру деталей как по наиболее важным комплексным критериям для тех или иных условий эксплуатации, так и постепенного приближения в прогнозах к интегральному критерию многоуровневой критериальной оценки. Синтезированы классификационные схемы основных видов составов антифрикционных и фрикционных материалов, а также их группы и подгруппы, отличающиеся значениями эксплуатационных характеристик, реализуемых в соответствующих условиях эксплуатации пар трения. Разработаны блок-схемы формирования основных эксплуатационных характеристик антифрикционных и фрикционных материалов, включающие основные и дополнительные функциональные триботехнические свойства, обеспечивающие регламентированные режимы работы соответствующих пар трения, а также взаимосвязанные комплексные свойства, формирующие те или иные групповые и единичные характеристики. На основе исследования фазового состава, текстуры, остаточных напряжений и характеристик субструктуры многокомпонентных ионно-плазменных покрытий установлены кристаллохимические закономерности формирования в них нанокристаллических структурных состояний, обладающих высокими коррозионноизносостойкими свойствами. Проведен анализ возможностей повышения эксплуатационных характеристик деталей авиаконструкций с защитными порошковыми покрытиями, наносимыми газотермическими методами. Разработана принципиальная схема состава комплекса прогнозирования объемов внедрения порошковых конструкционных элементов (ПКЭ) в агрегатах самолета, информационное насыщение которого в перспективе должно обеспечить качество и точность этого прогноза. Установлен характер формирования долгосрочных прогнозов роста объемов параллельного внедрения ПКМ и ПКЭ в агрегатах самолетов как эффективного способа повышения их эксплуатационных характеристик в современных условиях. Изложены результаты внедрения и использования материалов диссертации на ведущих предприятиях авиакосмического комплекса Украины и в высших учебных заведениях.

The dissertation is devoted to the development of the concept of increasing the operational characteristics of civil aircraft units by special methods of powder metallurgy (PM). It contains scientific basics of a general methodology for evaluating the effectiveness of PM methods for use in aircraft unit designs; criterion evaluation of the prospects of expanding the use of sintered powder aluminum-based and titanium-based materials; criterion evaluation of the effectiveness of ion-plasma and gas-thermal powder coatings; analysis of the effectiveness of the use of powder materials at friction units; bases of engineering forecasting of effective volumes of use of PM materials in aircraft structures. The classification schemes of the main types of antifriction and friction materials composites were synthesized, and the block-diagram of the formation of their basic operational characteristics has been developed. The analysis of the possibilities of increasing the operational characteristics of parts with protective gas-thermal powder coatings is carried out. The results of the introduction and use of dissertation materials on the enterprises of the aviation complex of Ukraine and in higher educational institutions are presented.