«МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА БАКАЛАВРОВ ПО ОЧНО-ЗАОЧНОЙ (ВЕЧЕРНЕЙ) И ЗАОЧНОЙ ФОРМАМ ОБУЧЕНИЯ Москва 2009 СОДЕРЖАНИЕ Разработка учебного плана бакалавриата..2 Подготовка бакалавров по ...»

Понятие о технологии как о рациональной совокупности методов получения материалов, заготовок, деталей и их обработки. Принципы выбора материалов и технологических процессов изготовления деталей авиационных двигателей на стадии их проектирования. Способы интенсификации процессов получения и обработки материалов, механизации и автоматизации производства, разработки экологически чистых и безотходных технологий. Техникоэкономические показатели способов получения и обработки материалов. Пути обеспечения техники безопасности и санитарных норм при проведении технологических процессов.

Исторический аспект развития технологии материалов. Вклад отечественных и зарубежных ученых в становление технологической науки; основные перспективные направления ее развития на современном этапе.

Тема 2. Теоретические и технологические основы производства материалов (8 ч.).

2.1. Материалы, применяемые в авиадвигателестроении.

2.2. Основы металлургического производства.

Пиро-, гидро-, электрометаллургия. Исходные материалы для плавки:

руда, топливо, флюсы, раскислители, модификаторы, легирующие элементы, шлаки предыдущих плавок.

2.2.1. Основные этапы получения металлов и сплавов: дробление и сортировка руд, обогащение руд, получение промежуточных продуктов из концентратов, получение технически чистого металла, получение металлов повышенной чистоты.

2.2.2. Прямое восстановление железа из руд.

2.2.3. Производство стали. Кислородно-конверторная, мартеновская и электроплавка.

Непрерывная разливка стали.

2.2.4. Методы получения стали и сплавов особо высокого качества:

двойной (в том числе вакуумный) переплав; электрошлаковый переплав (ЭШП);

электронно-лучевой переплав (ЭЛЛ), плазменно-дуговой переплав (ПДП); обработка стали в ковше синтетическим шлаком; направленная кристаллизация с зонной очисткой, получение монокристаллов с заданными свойствами.

2.2.5. Особенности производства цветных металлов (меди, алюминия, титана, никеля, магния и др.).

Металлургия меди: пирометаллургическое получение меди из руд и концентратов;

плавка медных руд и концентратов в электрических и других печах; выделение металлической меди и конвертирование медных штейнов; рафинирование меди.

Металлургия алюминия: сырье; производство глинозема; получение металлического алюминия; влияние различных факторов на расход электроэнергии в процессе электролиза;

рафинирование алюминия.

Металлургия титана: титановые минералы, руды и их переработка; получение четыреххлористого титана; металлотермическое и электролитическое получение титана;

рафинирование титана.

Металлургия никеля: сырье; плавка в шахтных печах; обжиг никелевого файнштейна;

получение никеля из сульфидных медно-никелевых руд; конвертирование и переработка медноникелевого штейна; электролитическое рафинирование никеля.

Металлургия магния: подготовка сырья; способы получения магния; рафинирование магния.

2.3. Основы порошковой металлургии Механические и физико-химические способы получения порошков. Предварительная обработка порошков: отжиг, рассев на фракции, смешивание. Формование порошков, методы формования. Спекание и дополнительная обработка спеченных изделий. Твердофазное и жидкофазное спекание, пропитка. Термообработка спеченных изделий и их калибровка.

2.4. Напыление материалов Методы напыления. Классификация методов вакуумного конденсационного и газотермического напыления материалов, их технологические особенности. Структура и свойства напыляемой поверхности, Области применения напыляемых материалов и покрытий.

Тема 3. Методы формообразования заготовок авиационных двигателей (12 ч.).

3.1. Классификация способов получения заготовок Классификация способов по физико-механическому состоянию материала (горячая и холодная обработка давлением); по форме энергии, затрачиваемой при проведении технологического процесса (термический, термомеханический и механический классы сварки);

по виду материала инструмента и оснастки (литье в песчаные, керамические и металлические формы; штамповка эластичным пуансоном, в жестких штампах), по характеру нагрева заготовок (местный и общий нагрев, пайка в печи, соляной ванне, паяльником, электронным или световым лучом, индукционная), по агрегатному состоянию реакционной среды (формирование диффузионных покрытий через твердую, жидкую, газообразную и паровую фазы и т.д.).

Основные методы получения заготовок: литье, пластическое деформирование, спекание.

3.2. Производство заготовок способом литья Сущность технологического способа литья. Роль литья в производстве авиационных двигателей и перспективы его развития.

3.2.1. Физические основы литейного производства Условия затвердевания отливок. Продолжительность затвердевания отливок.

Формирование кристаллической структуры сплавов в отливках. Литейные свойства сплавов:

жидкотекучесть, усадка, ликвация, склонность к поглощению газов. Образование напряжений в отливках. Влияние теплового, химического и механического взаимодействия металла и литейной формы на возникновение дефектов в отливках: усадочных раковин, пор, трещин, недоливов, искажений формы отливок. Методы устранения дефектов.

3.2.2. Технологические основы литейного производства Литейная форма. Классификация способов литья по материалу литейных форм, кратности их применения, способам заполнения. Литейная технологическая оснастка. Модели, модельные материалы. Литниковая система и ее разновидности. Формовка, способы ее осуществления (ручная и машинная формовка, изготовление форм на автоматических формовочных линиях и др.). Свойства, составы, методы приготовления формовочных и стержневых смесей. Песчано-глинистые и специальные формовочные смеси. Припылы и краски.

3.2.3. Способы литья Литье в песчаные формы. Специальные способы литья: литье в кокиль, под давлением, под низким давлением, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, центробежное, непрерывное и полунепрерывное, выжиманием, вакуумным всасыванием, намораживанием, электрошлаковое. Штамповка жидких сплавов. Направленная кристаллизация при изготовлении отливок. Получение монокристаллических отливок. Принципиальные схемы, технологические особенности и возможности способов литья деталей авиационных двигателей.

Основные виды термической обработки отливок.

3.2.4. Механизация и автоматизация литейного производства Использование катковых, центробежных и лопастных смесителей при приготовлении формовочных смесей, автоматических линий безопочной формовки на базе пескодувнопрессового уплотнения и линий получения отливок с применением челночных автоматов, промышленных манипуляторов и роботов для съема отливок с выбивных решеток, при сборке форм, заливке металла, газовой резке отливок и т.д.

3.2.5. Особенности изготовления отливок из различных сплавов Принципиальные особенности технологии получения качественных отливок из чугуна, низко- и высоколегированных сталей, медных, алюминиевых, титановых, магниевых и никелевых сплавов. Свойства отливок, области применения.

3.2.6. Принципы выбора способа изготовления и конструирования отливок Составление алгоритма выбора способа изготовления отливки с учетом конструкции детали (степень сложности формы, масса, габаритные размеры), литейных свойств заданного сплава, серийности производства, требований к изделию по физико-механическим свойствам и условиям работы, а также с учетом технологических возможностей способа получения отливок требуемого качества. Правила разработки чертежа отливки и литейной формы в сборе.

Расчленение сложной детали на простые технологические отливки. Использование комбинированных методов изготовления изделий (непрерывное литье и прокатка, литье и прессование и др.). Способы обеспечения качества отливок. Основные технико-экономические показатели способов литья. Области применения. Проблемы экологии и техники безопасности производства.

3.3. Производство заготовок пластическим деформированием Сущность процесса пластического деформирования материалов. Современный уровень, место и значение обработки материалов давлением в авиадвигателестроении.

3.3.1. Характеристики основных схем напряженных и деформированных состояний при различных способах обработки металлов давлением. Контактное трение и его разновидности, реализующиеся в различных способах обработки металлов давлением. Виды и характер разрушения материалов при их обработке давлением. Показатели качества заготовок, полученных пластическим деформированием.

3.3.2. Нагрев при обработке материалов давлением. Цели и способы нагрева. Выбор температурных интервалов горячей пластической деформации; термомеханические условия ее проведения. Виды нагревательных устройств и параметры, характеризующие их эффективность. Применение защитных газов.

3.3.3. Формообразование машиностроительных профилей. Сущность процессов прокатки, прессования, волочения. Инструмент и оборудование. Температурный режим обработки, схемы напряженного состояния, показатели предельной деформации. Основные группы профилей; понятие о сортаменте (согласно государственным стандартам). Особенности получения сортового проката, бесшовных и сварных труб, периодических профилей. Гнутые профили. Технологические параметры, обеспечивающие качество различных групп профилей.

Разновидности листового проката. Основные технико-экономические показатели способов.

Автоматизация процессов.

3.3.4. Процессы получения заготовок деталей из полуфабрикатов обработкой давлением.

3.3.4.1. Разделительные процессы, их виды: резка, штамповка-вырезка, вырубкапробивка в жестких штампах, прошивка. Особенности резки эластичными средами, импульсная резка.

3.3.4.2. Процессы формоизменения деталей из листовых полуфабрикатов. Гибка, гибкаформовка, штамповка-вытяжка в жестких штампах, эластичной матрицей, эластичным пуансоном, глубокая вытяжка, растяжение разжимным жестким пуансоном, эластичным пуансоном по жесткой матрице, ротационное выдавливание. Импульсные способы формоизменения, их технологические возможности (штамповка взрывом, электрогидроимпульсная штамповка, магнитно-импульсная обработка).

3.3.4.3. Процессы формообразования заготовок деталей из объемных полуфабрикатов.

Ковка, основные операции. Исходные заготовки. Ковка в подкладных штампах. Горячая объемная штамповка. Штамповка в открытых и закрытых штампах. Применение периодического проката и вальцованных заготовок для объемной штамповки. Холодная объемная штамповка. Схемы и сущность холодного выдавливания, высадки, объемной формовки. Инструмент и оборудование для штамповки. Процессы штамповки деталей в условиях сверхпластичности. Специальные процессы получения заготовок пластической деформацией (накатывание зубчатых колес; раскатывание колец).

3.3.5. Основное и вспомогательное оборудование для обработки металлов давлением.

Основное: молоты, прессы, кривошипные машины, ротационные машины, высокоточные автоматы. Вспомогательное: раскройное оборудование, манипуляторы.

3.3.6 Технико-экономические показатели процессов обработки металлов давлением.

Выбор способа изготовления заготовок, базирующийся на учете свойств материала, массы, габаритных размеров и группы сложности формы детали, серийности производства и технических возможностей способов. Принципы разработки чертежа поковки, штамповки.

Термическая обработка заготовок, полученных пластическим деформированием. Показатели качества изделий и его контроль. Техника безопасности и охрана окружающей среды при обработке металлов давлением.

Тема 4. Производство неразъемных соединений (10 ч.).

Понятие неразъемного соединения. Способы получения неразъемных соединений:

сварка, пайка, склеивание, клепка.

4.1. Сварочное производство 4.1.1. Физико-химические основы получения сварного соединения. Определение понятия сварки. Свариваемость металлов и сплавов. Основные критерии свариваемости. Напряжения и деформации при сварке. Способы защиты расплавленного металла от взаимодействия с атмосферой. Структура сварного соединения. Сварочные источники теплоты. Классификация способов сварки по физическим и технологическим признакам. Классификация способов сварки по форме энергии, используемой для образования сварного соединения: термические, термомеханические и механические способы. Технологичность сварки. Показатели качества сварных соединений.

4.1.2. Термические способы сварки (сварка плавлением). Электродуговая сварка (ручная); автоматическая дуговая сварка под флюсом; электрошлаковая; сварка в защитных газах: аргонодуговая, сварка в углекислом газе, плазменная сварка, сварка в вакууме полым электродом; лучевые виды сварки: лазерная, световым и электронным лучом. Газовая сварка.

4.1.3. Термомеханические способы сварки. Электрическая контактная сварка: точечная, шовная, стыковая, рельефная. Конденсаторная, диффузионная сварка, сварка токами высокой частоты.

4.1.4. Механические способы сварки. Сварка трением, ультразвуковая сварка, сварка взрывом, магнитно-импульсная сварка, холодная сварка.

4.1.5. Механизация, автоматизация сварочного производства. Использование кондукторов, позиционеров, вращателей, кантователей, манипуляторов, поточных линий с частичной или комплексной механизацией и автоматизацией. Применение промышленных роботов в сварочном производстве. Технико-экономические характеристики различных способов сварки. Обеспечение техники безопасности и экологической чистоты производства.

4.1.6. Технологические особенности сварки различных материалов. Обеспечение свариваемости материалов металлургическими, конструктивными и технологическими способами. Особенности сварки высокопрочных легированных сталей, алюминиевых, магниевых, медных, титановых и никелевых сплавов, неметаллических и композиционных материалов. Особенности и виды термической обработки сварных соединений. Дефекты сварных соединений. Выбор способа уменьшения сварочных деформаций и напряжений.

Контроль качества сварных соединений, методы контроля.

4.1.7. Выбор способа сварки. Выбор рационального способа сварки на основе учета свойств материала; формы, габаритных размеров и пространственного положения свариваемых заготовок; серийности производства;

технологических возможностей способов сварки; требований к качеству сварного соединения. Обозначения сварных соединений на чертежах по государственным стандартам.

4.1.8. Термические способы резки, наплавка, напыление. Сущность процессов, область применения.

4.2. Пайка материалов 4.2.1. Физическая сущность процессов пайки. Условия растекания и смачивания.

4.2.2. Способы пайки. Классификация способов пайки: по методу удаления оксидной пленки, по характеру кристаллизации паяного шва, по методу получения припоя, по методу заполнения зазора, по виду источника нагрева. Применение пайки в производстве авиационных двигателей. Технико-экономическая характеристика способов пайки.

4.2.3. Особенности технологии пайки. Подготовка поверхностей под пайку, сборка деталей. Укладка припоя. Нанесение флюса. Пайка. Обработка деталей после пайки.

Рекомендуемые припои (мягкие и твердые) и флюсы для сталей, сплавов и керамики. Дефекты паяного соединения. Требования к качеству паяного соединения, методы контроля.

Обеспечение техники безопасности и экологической чистоты способов пайки. Принципы выбора способа пайки с учетом материала, формы и размеров соединяемых деталей, характера их взаимодействия с припоем, серийности производства, требований к качеству соединения.

4.3. Получение неразъемных соединений склеиванием.

Физико-химические основы склеивания. Влияние состава клеев и температурновременных режимов формирования клеевых соединений на их прочность и физико-химические свойства при комнатной и повышенной температурах. Дефекты склеивания и методы их контроля. Технико-экономические характеристики клеевых соединений. Методы выбора состава клея и режима формирования соединений в зависимости от материала соединяемых деталей, условий работы и требований к прочности и свойствам соединения, серийности производства и характеристик клеев. Обеспечение техники безопасности и экологической чистоты производства. Области применения процессов склеивания.

Тема 5. Дефекты и методы контроля (2 ч.).

5.1. Дефекты отливок, штампованных, сварных деталей, причины возникновения.

5.2. Разрушающие и неразрушающие методы контроля. Критерии оценки качества деталей.

5.3. Неразрушающие методы контроля 5.3.1. Контроль исходных материалов и параметров технологических процессов.

5.3.2. Радиационный и рентгеновский метод контроля. Разновидности.

5.3.3. Акустический метод контроля. Разновидности.

5.3.4. Магнитный метод контроля. Разновидности.

5.3.5. Контроль течеисканием.

1. Исследование литейных свойств сплавов (2 ч., тема 3).

2. Разработка технологического процесса изготовления отливки по выплавляемым моделям (2 ч., тема 3).

3. Разработка технологического процесса получения поковки (2 ч., тема 3).

4. Разработка технологического процесса получения заготовки способом листовой штамповки (2 ч., тема 3).

5. Исследование влияния способа защиты расплавленного металла при дуговой сварке на качество сварного соединения (2 ч., тема 4).

6. Исследование влияния метода сварки на механические свойства сварного соединения (2 ч., тема 4).

7. Исследование влияния конструктивно-технологических факторов на прочность соединения при контактной сварке (2 ч., тема 4).

8. Определение смачиваемости при пайке (2 ч., тема 4).

Раздел 3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ 1. Материаловедение и технология металлов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов/под ред. Г.П.Фетисова. – М.: Высшая школа, 1. Абраимов Н.В., Елисеев В.С., Крымов В.В. Авиационное материаловедение и технология обработки металлов/Под ред. Н.В.Абраимова. – М.: Высшая школа, 1998 г.

2. Миличенко С.С. и др. Сварка и свариваемые материалы: Справочник в 2-х т. (т. 2) – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1996 г.

3. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов /Р.Е.Шарин, И.Л.Светлов, Е.Б.Качанов и др. – М.: Машиностроение, 1997 г.

4. Попов Е.А., Ковалев В.Г., Шубин И.Н. Технология и автоматизация листовой штамповки. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000 г.

5. Производство отливок из сплавов цветных металлов /А.В.Курдюмов, А.В.Пикунов, В.М.Чурсин и др. – М.: МИСИС, 1996 г.

3.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ И ДРУГИЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ

Видеофильмы, плакаты, фолии по всем разделам курса.

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ПРОГРАММА

дисциплины Методы обработки наноматериалов в производстве космической техники Раздел 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧАЕМОЙ ДИСЦИПЛИНЫ Цель дисциплины «Методы обработки наноматериалов в производстве космической техники» дать студентам комплекс знаний по основам формообразования, обработки и применения конструкционных наноструктурных и наноразмерных материалов в производстве космической техники (КТ).

В результате изучения дисциплины студенты должны - требования, предъявляемые к наноструктурным и наноразмерным материалам в составе элементов и деталей космической техники;

- методы формообразования и обработки конструкционных наноструктурных и наноразмерных материалов и технологические возможности этих методов;

- основные понятия и определения, используемые при разработке методов формообразования и обработки и технологических процессов на их основе;

- основные понятия о поверхностном слое деталей, геометрических параметрах и физико-химическом состоянии поверхностного слоя, методах обеспечения требуемых параметров поверхностного слоя;

- понятия о точности формообразования и обработки, методы оценки точности;

- разрабатывать (обосновано назначать) и проектировать технологические процессы изготовления основных деталей КТ;

- выбирать оборудование и инструмент, условия и режимы формообразования и обработки;

иметь представление:

приспособлениях, используемых при формообразовании и обработке конструкционных наноструктурных и наноразмерных материалов;

- о критериях технологичности конструкций деталей.

Часть 1. Методы формообразования и обработки (16 ч.) Тема 1. Общая характеристика производства космической техники (2 ч).

Основные понятия. Примеры производимых нанопродуктов и их назначение в разработке средств выведения, космических двигателях и энергетических установках, а также космической техники нового поколения. Конструирование для производства. Сборка. Качество производимых продуктов. Автоматизация и использование компьютеров. Экономика и организация производства.

Тема 2. Общие принципы формообразования обработки (2 ч.).

Основные определения и общие принципы технологических процессов по методу выполнения. Понятие о детали – как элементарной части изделий КТ. Виды энергетического контакта. Формирование требуемых свойств деталей в материальных сечениях и в поверхностном слое. Совмещение процессов получения исходных материалов и заготовок и их формообразования и обработки. Основные тенденции и перспективы в развитии технологии производства и нанотехнологии.

Тема 3. Формообразование и обработка деталей путем перераспределения материала (4 ч.).

Литье. Быстрозакаленные материалы. Холодное и горячее пластическое деформирование. Интенсивная пластическая деформация. Электроимпульсное формование.

Порошковая металлургия. СВС – синтез. Формообразование, формование и переработка различных классов материалов и наноматериалов. Изделия с памятью формы.

Тема 4. Размерная обработка деталей путем удаления материала (6 ч.).

Основные проблемы обработки конструкционных материалов методами резания.

Понятия и определения. Физические основы резания. Общие сведения о металлообрабатывающих станках. Обрабатывающие центры и станки с ЧПУ. Материалы режущих инструментов, наноструктурные и наноалмазные покрытия. Методы технологических процессов резания: токарная обработка, растачивание, сверление, зенкерование и развертывание, нарезание резьб; фрезерование, строгание, протягивание, получение фасонных поверхностей. Методы интенсификации процессов удаления материала.

Абразивная обработка и финишные операции: шлифование, полирование, обработка свободным абразивом, притирка, хонингование, суперфиниширование, использование наноматериалов.

Физико-химические методы обработки и отделки концентрированными потоками энергии: химические и электрохимические методы обработки, электроэрозионная обработка с помощью электродов и проволоки, лазерная обработка, непрерывные и импульсные ионнолучевые и электронно-лучевая методы обработки, ультразвуковая обработка, гидродинамическая обработка, горячее изостатическое прессование (ГИП).

Тема 5. Формообразование деталей путем нанесения материала (2 ч).

Физические принципы методов нанесения (осаждения) материала. Осаждение из газовой фазы. Гальванопластика. Электронно-лучевое осаждение. Плазменное напыление.

Холодное газодинамическое напыление. Лазерное осаждение. Примеры построения технологических процессов.

Часть 2. Проектирование технологических и нанотехнологических процессов ( ч.).

Тема 1. Технологический процесс и его структура (2 ч.).

Определение технологии как науки о технологическом процессе, оборудовании для его реализации и средствах контроля. Производственный и технологический процессы.

Структура технологического процесса. Виды операций и этапы технологического процесса.

Технологическая классификация оборудования. Понятие о типах машиностроительных производств, их характеристики.

Тема 2. Точность обработки деталей (2 ч.).

Понятие о точности обработки. Анализ причин, вызывающих погрешности при механической обработке. Погрешности систематические и случайные. Аналитические и статистические методы оценки точности обработки. Законы распределения погрешностей. Пути повышения точности. Анализ точности операций с применением ЭВМ. Экономическая точность обработки. Ожидаемая погрешность и ее составляющие. Нанометрология, метрологическое обеспечение линейных размеров в нанотехнологии.

Тема 3. Базирование и базы при обработке (2 ч.).

Определение и назначение баз. Технологические базы: исходная, установочная, измерительная. Принцип совмещения баз. Вспомогательные технологические базы. Учет реальных условий использования технологических баз. Классификация технологических приспособлений.

Тема 4. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей (6 ч.).

Понятие о поверхности и поверхностном слое детали. Основы теории поверхности Гиббса. Геометрические параметры поверхностного слоя. Физико-химическое состояние (ФХС) поверхностного слоя и методы определения ФХС. Влияние методов и режимов обработки на параметры поверхностного слоя деталей. Влияние параметров поверхностного слоя на эксплуатационные свойства деталей. Выбор оптимальных параметров поверхностного слоя детали. Фрактальные структуры на поверхности.

Тема 5. Технологические методы повышения надежности и долговечности (4 ч.).

Характеристика металлургических, конструкторских, технологических и эксплуатационных мероприятий повышения ресурса и надежности работы деталей.

Классификация технологических методов обеспечения заданных параметров поверхностного слоя. Упрочнение поверхностей пластическим деформированием. Методы поверхностной термической обработки. Термоциклическая обработка. Классификация методов образования защитных покрытий и пленок. Нанофазное упрочнение материалов. Нанотрубки и их роль в повышении надежности и долговечности деталей КТ.

Тема 6. Технологичность детали (2 ч.).

Понятие о технологичности детали и ее характеристики. Критерии оценки технологичности. Этапы отработки конструкции деталей на технологичность. Анализ примеров технологичности деталей, получаемых механической обработкой. Технологичность деталей, изготовленных из наноматериалов.

1. Определение припусков и операционных размеров, проектирование заготовок.

Конструкции установочных элементов приспособлений (4 ч.).

2. Исследование влияния характеристик режима электроэрозионной обработки на производительность и качество поверхностного слоя (4 ч.).

3. Статистический метод оценки метода обработки (4 ч.).

4. Исследование физико-химических свойств поверхностного слоя после фрезерования (4 ч.).

Раздел 3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ 1. Технология обработки конструкционных материалов, под ред. П.Г. Петрухи, - М.:

Высшая школа, 1991. 512 с.

2. А.М. Сулима, А.А. Носков, А.В. Подзей, Г.З. Серебренников "Основы технологии производства воздушно-реактивных двигателей". Учебник, -М.: Машиностр., 1993.

3. Ю.И. Головин Введение в нанотехнику. М.: Машиностроение, 2007. 496 с.

1. А.М. Сулима, В.А. Шулов, Ю.Д. Ягодкин Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. -М.: Машиностроение, 1988. 240 с.

2. Ч. Пул, Ф. Оуэнс Нанотехнологии. М.: Техносфера, 2004. 328 с.

3. Д. Брандон, У.Каплан Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля.

М.: Техносфера, 2006. 384 с.

3.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ И ДРУГИЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ

1. САПР технологических процессов КОМПАС-АВТОПРОЕКТ.

2. Электронный справочник по проектированию технологических процессов. Разработка каф. 205 МАИ.

3. Плакаты, экспонаты, экспериментальные установки, раздаточный материал, класс персональных компьютеров.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ДИСЦИПЛИНЫ

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ПРОГРАММА

дисциплины Введение в нанотехнологии Программа составлена профессором каф. 901 Фетисовым Г.П.

Программа одобрена Заведующий выпускающей кафедры Заведующий обеспечивающей кафедры «_»_200 г. «_»_200 г.

Декан выпускающего факультета «_»_200 г.

Раздел 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Цель дисциплины:

• формирование представлений о наноматериалах и связанных методов их исследований.

Области применения наноматериалов. Основой для изучения являются дисциплины циклов ЕН (физика, химия, высшая математика).

Задачами дисциплины является изучение:

• формирование цельного представления о комплексе свойств металлических сплавов и неметаллических материалов с микро- и нанокристаллической структурой;

Примечание.

Изучение данной дисциплины базируется на следующих курсах (разделах курсов):

1. Высшая математика.

После освоения данной дисциплины студент подготовлен для изучения следующих курсов учебного плана:

1. Технология получения функционаных наноматериалов.

2. Микро и нанокристаллические материалы.

Знания, умения и навыки, получаемые после освоения дисциплины.

Студент должен знать:

• основные научно – технические проблемы и перспективы развития наноматериалов, их взаимосвязь со смежными областями;

• пути повышения качества, наджности и долговечности наноматериалов, устройств и изделий на их основе нанотехнологий.

Студент должен уметь:

• оценивать и анализировать структуру обычных и наноматериалов;

Понятия: наноматериалы, их объекты, свойства и примечания, объмные материалы, наноматериалы в авиационно – космических системах.

Приборы и изделия: туннельный и атомносиловой микроскопы.

Студент должен иметь навыки:

Находить необходимую профессиональную информацию в периодической литературе, банках и базах данных (в том числе в сети Интернет), оценивать и обрабатывать е, пользоваться компьютерными методами сбора, хранения и обработки информации.

Тема 1. Введение. (2ч, СРС 2ч). История развития нанотехнологий. Понятие «нанотехнология». Создание уникальных туннельного и атомно-силового микроскопов фактор активизации исследований в области наноматериалов.

Тема 2. Нанотехнологии в России и за рубежом. (2ч, СРС 2ч). Президентская инициатива «Стратегия развития наноиндустрии. Проекты и их фиксирование в зарубежных странах».

Тема 3. Подготовка специалистов по нанотехнологиям. (2ч, СРС 2ч). Проблема наноматериалов, нанотехнологий с позиций научных публикаций. Состояние с подготовкой специалистов по нанотехнологиям за рубежом, примеры учебных курсов в институтах США.

Подготовка специалистов в России. Анализ учебных планов и программ. Содержание подготовки по нанонаправлению: «Функциональные наноматериалы в авиационно-космических системах».

Тема 4. Нанотехнологии – средства повышения ресурса и наджности авиационнокосмических изделий. (2ч, СРС 2ч). Проблема надежности и ресурса авиационнокосмических изделий. Необходимость перехода на новые принципы формирования материалов на основе нанотехнологий. Прогнозируемые свойства перспективных материалов.

Тема 5. Основные определения. (2ч, СРС 2ч). Наночастица, нанонаука, Нанотехнологии. Особые свойства нанореализуемых объектов.

Двойственная природа элементарных частиц. Туннельный эффект, вероятность тунелироания.

Сканирующий зондовый микроскоп его возможности.

Тема 7. Атомно-силовой микроскоп (АСМ). (2ч, СРС 2ч). Принцип действия, отличие и сходство с туннельным микроскопом, возможности атом – силового микроскопа.

Тема 8. Средства сканирования поверхности. Разновидности АСМ. (2ч, СРС 2ч).

Зондовый датчик. Характер взаимодействия его с образцом, расчет энергии взаимодействия зонда и образца.

Тема 9. Материаловедение. (2ч, СРС 2ч). Наноразмерные частицы инертных газов, металлов, алмазоид, фронтальные кластеры, фуллерены.

Тема 10. Физические свойства и прикладные значения фуллеренов. (2ч, СРС 2ч).

Фуллериты, нелинейные оптические свойства фуллеренов для полупроводниковой техники, в качестве фоторезистора, для расчета алмазных плнок, сверхпроводимые фуллерены, источники тока и т.п.

Тема 11. Нанотрубки, разновидности. (2ч, СРС 2ч). Прочностные свойства, применение.

Тема 12. Самосборка. Ультрадисперсные и объмные материалы. (2ч, СРС 4ч).

Ассемблер – как средство построения наносистем любого назначения. Дизассемблеры.

Ультрадисперсные и объмные материалы, их свойства. Примеры применения в авиации.

Тема 13. Нанотехнологии в энергетике и машиностроении. (2ч, СРС 4ч).

Нантехнологии в качестве преобразователей солнечной энергии в электричестве, в экологически чистых двигателей, органические катализаторы. Конструктивные, инструментальные и трибологические наноструктурированные материалы, их характеристика и область применения.

Тема 14. Нанотехнологии в электронике, медицине, экологии. (2ч, СРС 4ч). Основные направления нанотехнологий в электронике, медицине, экологии: искусственный интеллект, роботы, целевая доставка лекарств, диагностика, уничтожение отходов с помощью нанороботов.

Тема 15. Наноматериалы для деталей и конструкций авиационно – космической техники. (2ч, СРС 4ч). Основные направления применения наноматериалов и нанотехнологий в аэрокосмической технике, их влияние на е качество. Классификация материалов для авиакосмических изделий. Достижения в этой области.

Тема 16. Нанотехнологии в современных системах вооружения. (2ч, СРС 2ч).

Основные направления в создании новых систем вооружения, возможности создания радикальных устройств.

Тема 17. Социальный и культурный эффект внедрения нанотехнологий. (2ч, СРС 2ч). Возможности нанотехнологий и их влияние на характер развития общества, положительные и отрицательные последствия, филосовско – религиозный аспект.

Раздел 3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ 1. Гусев А.А. Нанокристалличнеские материалы. – М.: Физматлит: МАИК Наука, 2001. – 222 с.

2. Носкова Н.И., Мулюков Р.Р. Субмикрокристаллические и нанокристаллические металлы и сплавы. – Екатеринбург: УрО РАН, 2003. – 279 с.

3. Шоршоров М.Х. Ультрадисперсное структурное состояния металлических сплавов. – СПб.:

Наука, 2001. – 154 с.

4. Шпак А.П., Куницкий Ю.А., Карбовский В.Л. Кластерные и наноструктурные материалы. – Киев: Академпериодика, 2001. – 588 с.

Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. – Москва: техносфера, 2004. – 328 с.

Компьютерные программы, моделирующие процессы кристаллизации.

Планшеты, иллюстрирующие практическое использование материала с ультрадисперсной структурой.

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ПРОГРАММА

дисциплины Энергетические установки космических летательных аппаратов Раздел 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧАЕМОЙ ДИСЦИПЛИНЫ В дисциплине «Энергетические установки космических летательных аппаратов» (ЭУ КЛА) рассматриваются процессы в различных типах источников и преобразователей энергии на борту КЛА, анализируются их принципиальные схемы и приводятся основные характеристики и особенности эксплуатации, позволяющие проводить выбор оптимальной энергоустановки для рассматриваемого космического аппарата при определенной баллистической задаче.

Дисциплина «ЭУ КЛА» опирается на изученные дисциплины «Физика», «Химия», «Термодинамика», «Материаловедение».

В результате изучения этой дисциплины студент должен – основы физических процессов, протекающих в высокотемпературных бортовых и внешних источниках энергии, в различных типах преобразователей первичной энергии в электрическую, – основные соотношения, позволяющие оценить интегральные параметры ЭУ КЛА;

– принципиальные и конструкторские схемы основных типов источников и преобразователей энергии, устройств отвода тепла и соответствующий для каждого из них диапазон интегральных параметров;

– обосновать выбор того или иного типа источника и преобразователя энергии для конкретной баллистической задачи или типа космического аппарата;

иметь представление:

– о конструктивных особенностях источников и преобразователей энергии, влияющих на компоновку и функционирование КЛА;

– об эксплуатационных характеристиках рабочих тел и теплоносителей, использующихся Студент, изучивший дисциплину «Энергетические установки космических летательных аппаратов», в соответствии ФГОС ВПО должен обладать следующими компетенциями:

– критически переосмысливать накопленный опыт, изменять при необходимости профиль своей профессиональной деятельности (СЛК-6);

– собирать, обрабатывать с использованием современных информационных технологий и интерпретировать приобретенные знания для формирования суждений по соответствующим социальным, научным и этическим проблемам (СЛК-7);

– применять информационные технологии и математические методы расчета при проектировании деталей и узлов двигателей летательных аппаратов (ОНК-3);

– выбирать основные и вспомогательные материалы, используемые при изготовлении двигателей летательных аппаратов (ОНК-4);

– изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по специальности (НИК-1);

– проводить сбор, обработку, анализ и систематизацию научно-технической информации по теме исследования, выбирать методики и средства решения задачи (НИК-3);

– составлять описания принципов действия и устройства проектируемых изделий и объектов с обоснованием принятых технических решений (ПКК-6);

– принимать участие в разработке методических и нормативных документов и проведении мероприятий по их реализации (ПКК-7);

– принимать участие в работах по доводке и освоению технологических процессов в ходе подготовки производства новой продукции, проверять качество монтажа и наладки при испытаниях и сдаче в эксплуатацию новых образцов изделий, узлов и деталей выпускаемой продукции (ПТК-5);

– проводить мероприятия по профилактике производственного травматизма и профессиональных заболеваний, контролировать соблюдение экологической безопасности проводимых работ (ПТК-8);

– составлять заявки на оборудование и запасные части, подготавливать техническую документацию на ремонт оборудования (ОУК-6);

– организовывать метрологическое обеспечение технологических процессов с использованием типовых методов контроля качества выпускаемой продукции (ОУК-9);

– применять методы контроля качества изделий и объектов в сфере профессиональной деятельности, проводить анализ причин нарушений в работе двигателей летательных аппаратов и разрабатывать мероприятия по их предупреждению (СК-1);

– применять новые современные методы испытаний изделий и объектов в сфере профессиональной деятельности с определением рациональных режимов работы специального оборудования (СК-2).

Тема 1. Структурное построение ЭУ КЛА и виды теплообмена в ее агрегатах (4 ч.).

Условия эксплуатации ЭУ КЛА. Основные требования к ЭУ КЛА и влияние на них характера баллистической задачи. Структура ЭУ КЛА. Классификация ЭУ КЛА.

Термодинамический цикл Карно. Виды теплообмена в агрегатах ЭУ КЛА.

Условия и средства отвода тепла в космосе. Конструкция холодильника-излучателя. Выбор теплоносителя. Использование тепловых труб.

Тема 2. Источники первичной энергии (16 ч.).

Внешне источники энергии. Использование солнечной энергии. Состав солнечной тепловой энергоустановки (СТЭУ). Выбор типа теплоносителя. Аккумуляторы теплоты. Конструктивные решения СТЭУ. Проблемы ориентации.

2.2. Бортовые источники энергии.

2.2.1. Химические источники тока (ХИТ): гальванические элементы и аккумуляторы.

Мощность и коэффициент отдачи ХИТ. Эксплуатационно-технические характеристики малогабаритных Ni – Cd и Ar – Zn аккумуляторов. Химические источники тепловой энергии, удельные параметры.

2.2.2. Радиоизотопные источники теплоты (РИТ). Закономерности и энергетические характеристики видов распада. Расчет тепловой мощности РИТ. Конструкция изотопного теплового блока. Регулирование мощности РИТ. Требования радиационной безопасности и экологические проблемы.

2.2.3. Ядерные реакторы деления. Условия протекания стационарной самоподдерживающейся реакции деления U235. Тепловой эффект реакции. Теплоотвод из активной зоны. Регулирование тепловой мощности. Конструктивные схемы ядерных реакторов ЭУ КЛА. Требования экологической безопасности при использовании и экологические проблемы.

2.3. Области целесообразного использования различных типов источников энергии.

Тема 3. Преобразователи энергии ЭУ КЛА (16 ч.).

3.1. Непосредственное преобразование первичной энергии в электрическую.

Электрохимический генератор (ЭХГ). Рабочий процесс в ЭХГ. Рабочие тела и предельные характеристики ЭХГ. Конструкция ЭХГ на примере водород-кислородной схемы.

Энергоустановки с ЭХГ. Использование регенераторных схем. Проблемы хранения криогенных компонентов.

3.1.1. Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП).

Принцип действия ФЭП. Расчет параметров ФЭП. Материалы ФЭП. Зависимость параметров от условий эксплуатации.

Солнечные батареи (СБ) Конструкция и способы коммутации и ориентации. Удельные параметры современных СБ.

Прямое преобразование тепловой энергии в электрическую.

3.2.1. Термоэлектрический преобразователь (ТЭлП). Рабочий процесс и расчет параметров ТЭлП. Выбор материалов ТЭлП. Схемы теплообмена энергоустановки с ТЭлП.

3.2.2. Термоэмиссионный преобразователь (ТЭП). Процесс преобразования, основные параметры и режимы работы ТЭП. Классификация ТЭП. Вакуумный и наполненный ТЭП.

Геометрия электродов. Схемы теплообмена. Энергоустановки с ТЭП.

3.2.3. Сравнительный анализ ТЭП и ТЭГ.

Энергоустановки на основе парожидкостных и газовых циклов.

Цикл Ренкина. Рабочие тела и особенности конструкции ЭУ с ядерным реактором.

Ограничения по конструкции и сухости пара. Одноконтурная и двухконтурная схемы. Цикл Брайтона. Рабочие тела и особенности конструкции ЭУ с ядерным реактором. Диапазон параметров и сравнение ПГУ и ГТУ.

ЛР 1 Комбинированные энергетические установки 4 ч. Посвящена исследованию взаимовлияния разнородных источников и Тема 1.1 преобразователей энергии КЛА.

ЛР 2 Исследование характеристик электрохимического преобразователя Тема 2.2.1 Посвящена исследованию на натурном образце особенностей работы и регистрации основных характеристик электрохимического ЛР 3 Исследование характеристик солнечной батареи фотоэлектрических Тема 3.1.1 Посвящена исследованию на элементе солнечной батареи основных закономерностей работы фотоэлектрических преобразователей.

ЛР 4 Исследования характеристик термоэмиссионного преобразователя Тема 3.2.2 Посвящена исследованию на натурном образце особенностей работы Раздел 3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ 1. Фаворский О.И., Фишгойт В.В. Янтовский Е.И. Основы теории космических электрореактивных двигательных установок. – М.: Высшая школа, 1978.

2. Куландин А.А., Тимашов С.В., Иванов В.П. Энергетические системы космических аппаратов.– М.: Машиностроение, 1979.

3. Квасников Л.А., Латышев Л.А., Пономарев–Степной Н.Н., Севрук Д.Д. Теория и расчет энергосиловых установок космических летательных аппаратов. – М.:

Издательство МАИ, 2001.

4. Григорьян В.Г., Евдокимов К.В. Энергоустановки космических летательных аппаратов. – М.: Издательство МАИ, 2007.

3.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ И ДРУГИЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ

Плакаты, экспонаты, экспериментальные установки.

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ПРОГРАММА

дисциплины Основы космической техники Программа составлена доцентом Парафесем С.Г.

Декан выпускающего факультета _

ГРАФИК ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Факультет Дисциплина «Основы космической техники» ставит своей целью ознакомление студентов с основами космической техники и приобретение инженерных знаний в области разработки космических летательных аппаратов. В задачи дисциплины входит приобретение студентами знаний по следующим направлениям:

принципам полета и управления различных летательных аппаратов (ЛА) и основам их устройства и классификации;

основам управляемого полета ЛА;

основам возникновения аэродинамических сил, моментов и обеспечению управления ЛА в соответствии с аэродинамическим принципом полета;

основам возникновения газодинамических сил, моментов и обеспечению управления ЛА с в соответствии ракетодинамическим принципом полета;

основам орбитального движения космических аппаратов;

особенностям устройства и конструкции отдельных типов космической техники: ракетносителей; искусственных спутников Земли; автоматических межпланетных станций;

космических кораблей; спускаемых аппаратов; орбитальных станций; многоразовых транспортных космических кораблей.

Курс «Основы космической техники» является фундаментальной научной дисциплиной при подготовке специалистов по материаловедению в космической техники.

Основой усвоения студентами данного курса являются знания, полученные ранее при изучении общей физики, математики, теоретической механики, сопротивления материалов.

В своей теоретической части (лекции и семинары), и экспериментальной (лабораторный практикум) курс дает представление об основных способах управляемого полета летательных аппаратов, основам устройства и функционирования ракет-носителей и космических аппаратов и, в целом, о современном уровне развития космической техники.

Цели курса достигаются в процессе чтения лекций и при выполнении лабораторного практикума.

Курс объемом 70 часов (лекции – 50 ч., лабораторные работы – 20 ч., СРС – 60 ч.) читается в 4 семестре. Вид аттестации: теоретический зачет.

Контроль знаний осуществляется в соответствие с рейтинговой системой, с выполнением лабораторных работ, а также сдачей теоретического зачета.

Тема 1 (2 ч., СРС – 2 ч.). Общая характеристика космической техники.

Задачи освоения космического пространства. Классификация космических аппаратов.

Факторы, влияющие на космические аппараты. Конструктивно-компоновочные требования к космическим аппаратам.

Тема 2. (16 ч., СРС – 28 ч.). Основы теории управляемого полета.

2.1. Условия полета летательного аппарата.

Понятия полета ЛА и параметры его движения. Системы осей координат. Земная, связанная, скоростная системы координат. Силы, действующие на ЛА в полете. Основные принципы полета: аэродинамический, реактивный (ракетно-динамический), орбитальный (баллистический).

Динамический принцип составления уравнений движения. Понятия об управляющих силах и моментах. Задачи управления полетом: управление и стабилизация.

2.2. Окружающая среда и ее воздействие на летательный аппарат.

Атмосфера Земли. Взаимодействие летательного аппарата с атмосферой:

аэродинамические силы; нагрев конструкции. Влияние физических параметров и состояния атмосферы на конструкцию ЛA. Воздействия солнечной энергии. Геомагнитные воздействия. Влияние гравитационных полей.

2.3. Аэродинамический принцип полета.

Сущность и область применения аэродинамического принципа полета. Воздушный поток и его свойства. Уравнения установившегося течения: уравнение неразрывности и уравнение Бернулли. Число Маха. Обтекание тел дозвуковым и сверхзвуковым потоком.

Скачки уплотнения. Критическое число Маха.

Аэродинамические силы и моменты. Подъемная сила. Механизмы образования подъемной силы в до- и сверхзвуком потоках. Сила лобового сопротивления. Поляра и аэродинамическое качество. Моменты аэродинамических сил. Продольная балансировка и статическая устойчивость ЛА. Аэродинамический нагрев ЛА.

Аэродинамические схемы летательных аппаратов: анализ, области применения.

2.4. Ракетодинамический (газодинамический) принцип полета.

Сущность и область применения ракетодинамического принципа полета. Сила тяги реактивного двигателя. Удельный и суммарный импульсы тяги. Разгон летательных аппаратов. Формула К.Э. Циолковского для оценки потребных затрат энергии на разгон ракеты.

Способы и устройства создания реактивных (газодинамических) управляющих сил и моментов.

2.5. Орбитальный полет.

Основы орбитального движения космических аппаратов. Силы, действующие на космический аппарат при движении по орбите. Формы орбит. Понятия первой и второй космической скоростей. Орбитальное маневрирование космического аппарата. Орбиты искусственных спутников Земли, автоматических лунных и межпланетных станций.

Тема 3. (16 ч., СРС – 28 ч.). Особенности устройства и функционирования космических аппаратов различных классов.

3.1. Ракеты-носители (РН).

Назначение и область применения РН. Классификация РН. Компоновочные схемы РН.

Траектория РН. Управление движением РН. Состав бортового оборудования РН.

Двигательные установки РН. Конструктивные особенности РН. Компоновка РН семейства «Союз» и «Протон».

3.2. Искусственные спутники Земли (ИСЗ).

Назначение и область применения ИСЗ. Классификация ИЗС. Научноисследовательские, прикладные и военные ИЗС. Компоновка ИСЗ на примере ИСЗ «Молния» Бортовое оснащение ИСЗ. Двигательные установки ИЗС. Система ориентации ИСЗ. Конструктивные особенности ИЗС.

3.3. Автоматические межпланетные станции (АМС).

Назначение и область применения АМС. Компоновка АМС. Орбиты AMС. Бортовое оснащение АМС. Особенности конструкции АМС. Примеры компоновок отечественных и американских АМС.

3.4. Космические корабли (КК).

Назначение и область применения КК. Конструктивно-компоновочные схемы КК.

Особенности конструкции КК. Оборудование и системы космических КК Примеры компоновочных схем космических кораблей «Союз» и «Апполон».

3.5. Спускаемые аппараты (СА).

Назначение СА. Траектории спуска СА. Применяемые формы СА: Управление спуском СА. Компоновка СА Конструкция СА. Примеры схем посадки и компоновок отечественных и американских СА.

3.6. Орбитальные станции (ОС).

Назначение ОС, Конструктивно-компоновочные схемы ОС. Управление движением и ориентацией ОС. Бортовые системы ОС. Особенности конструкции. Примеры конструктивно-компоновочные схем отечественных ОС. Международная космическая станция (МКС).

3.7. Многоразовые транспортные космические корабли Назначение и область применения МТКК. Принципы вывода на орбиту орбитального корабля и его возращения на Землю. Анализ конструктивных схем МТКК. Конструкция МТКК. Существующие и разрабатываемые МТКК. Многоразовые транспортные космические корабли «Буран» и «Спейс Шаттл».

нижеприведенного перечня по выбору преподавателя или своему усмотрению.

Лабораторная работа № 1 (4 ч., СРС – 8 ч., тема 1; музей МАИ). Основные этапы развития ракетно-космической техники.

Лабораторная работа № 2 (4 ч., СРС – 8 ч., тема 3; кафедра 601). Основы устройства и функционирования ракеты-носителя.

Лабораторная работа № 3 (4 ч., СРС – 8 ч, тема 3; кафедра 601). Основы устройства и функционирования искусственного спутника Земли.

Лабораторная работа № 4 (4 ч., СРС – 8 ч, тема 3; кафедра 601). Основы устройства и функционирования космического корабля.

Лабораторная работа № 5 (4 ч., СРС – 8 ч, тема 3; кафедра 601). Основы устройства и функционирования автоматической межпланетной станции.

Раздел 3. Учебно-методические материалы по дисциплине 1. Гущин В.Н. Основы устройства и конструирования космических аппаратов. М.:

Издательство «Машиностроение», 2003.

2. Новиков В.Н., Вейтин В.Е. Введение в ракетно-космическую технику. – М.: Изд-во МАИ. 1997.

3. Конструкция и проектирование космических летательных аппаратов. / Н.И. Паничкин, Ю.В. Слепушкин, В.П. Шинкин, Н.А. Яцынин. – М.: Машиностроение. 1986.

4. Основы проектирования летательных аппаратов (транспортные системы). / В.П. Мишин, В.К. Безвербый, Б.М.Панкратов, В.И.Зернов. – М.: Машиностроение. 2005.

1. Использование препарированных образцов ракет-носителей и космических аппаратов и их агрегатов, плакатов и видеофильмов в лабораториях кафедр 601 и 602.

2. Использование демонстрационных материалов и видеофильмов в Музее МАИ.

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ПРОГРАММА

дисциплины Конструкция космических летательных аппаратов Программа составлена доцентом Парафесем С.Г.

Декан выпускающего факультета _

ГРАФИК ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Факультет Дисциплина «Конструкция космических летательных аппаратов» ставит своей целью ознакомление студентов с конструкциями космических летательных аппаратов (КЛА) и основами их конструирования, а также получение инженерных знаний в области разработки космических летательных аппаратов. В задачи дисциплины входит приобретение студентами знаний по следующим направлениям:

условиям нагружения конструкции КЛА при полете в атмосфере планет и космосе;

конструктивно-силовым схемам конструкций балочных корпусов, ферм и рам КЛА;

анализу работы силовых элементов (обшивки, лонжеронов, стрингеров, шпангоутов) в конструкциях КЛА;

технологическим решениям конструкций корпусов КЛА, в том числе из композиционных материалов;

особенностям конструирования герметичных конструкций КЛА;

конструктивно-силовым схемам и технологическим концепциям конструкций несущих поверхностей орбитальных кораблей и спускаемых аппаратов;

основам инженерных методов расчета конструкций КЛА;

основам устройства и конструктивно-компоновочным схемам основных типов ракетных двигателей;

основам проектирования конструкций ракетных двигателей твердого топлива;

основам конструирования конструкций камер сгорания и топливных баков двигательных установок с жидкостными ракетными двигателями;

системе показателей конструктивного, производственно-технологического и эксплуатационного совершенств конструкций КЛА.

Курс «Конструкция космических летательных аппаратов» является фундаментальной дисциплиной при подготовке специалистов по материаловедению в космической технике.

Основой усвоения студентами данного курса являются знания, полученные ранее при изучении общей физики, математики, теоретической механики, сопротивления материалов и основам космической техники.

В своей теоретической части (лекции и практические занятия), и экспериментальной (лабораторный практикум) курс дает представление об условиях функционирования КЛА различных типов, о конструкциях самих КЛА и их двигательных установок, о применяемых материалах и технологиях производства, об основах конструирования КЛА, и в целом, о современном уровне развития космической техники.

Цели курса достигаются в процессе чтения лекций, при выполнении практических занятий и лабораторных работ, а также при выполнении курсовой работы.

Курс объемом 82 часов (лекции – 50 ч., лабораторные работы – 16 ч., практические занятия – 16 ч., СРС – 76 ч.) читается в 7 и 8 семестрах. В 8 семестре выполняется курсовая работа. Виды аттестации: 7 семестр – теоретический зачет, 8 семестр – экзамен.

Контроль знаний осуществляется в соответствие с рейтинговой системой, с выполнением практических занятий, лабораторных работ, курсовой работы, а также сдачей теоретического зачета и экзамена.

Лекции – 50 ч., лабораторные работы – 16 ч., практические занятия – 16 ч., СРС– 76 ч.

Тема 1 (16 ч., СРС – 8 ч.). Общая характеристика конструкций космических ЛА.

1.1. Внутренние функции конструкции КЛА. Обеспечение прочности и жесткости конструкции. Эксплуатационная и разрушающая нагрузки, Коэффициент безопасности.

Подходы к определению коэффициента безопасности: детерминистический, вероятностный, оптимизационный. Постановка и общая схема решения задача нахождения рационального распределения материала. Обеспечение высокой технологичности конструкции.

1.2. Внешние функции конструкции КЛА. Анализ конструктивно-компоновочных схем КЛА. Влияние внутренней и внешней компоновки КЛА на облик его конструкции. Примеры конструктивно-компоновочной схемы КЛА. Конструктивно-компоновочные схемы космического корабля «Союз», космического корабля «Аполлон» с лунным модулем;

орбитального корабля «Буран».

1.3. Факторы, влияющие на космические летательные аппараты.

Силовые нагрузки, возникающие при движении КЛА в атмосфере. Перегрузка.

Траекторные и динамические составляющие перегрузок. Потребные и располагаемые перегрузки. Расчетные режимы полета КЛА в атмосфере.

Тепловые нагрузки, возникающие при движении КЛА в атмосфере. Температурный режим ЛА. Воздействие нагрева на конструкцию ЛА. Температурные напряжения.

Изменение жесткости конструкции, вызванное нагревом. Защита от нагрева.

Аэродинамические способы борьбы с нагревом. «Горячие» конструкции.

Вибрационные и ударные нагрузки. Вибрационные процессы. Ударные процессы.

Меры защиты от вредного воздействия вибрационных и ударных нагрузок.

Факторы, воздействующие на конструкцию КЛА в космосе: невесомость, влияние глубокого вакуума, радиационное воздействие, электромагнитное воздействие, метеорная опасность, тепловые воздействия, инерционные нагрузки.

Тема 2. (18 ч., СРС – 18 ч.). Конструкции космических летательных аппаратов.

2.1. Конструкции корпуса Назначение корпуса. Нагрузки, действующие на корпус КЛА. Требования к конструкции корпуса. Анализ конструктивно-силовых схем корпусов. Элементы силовой конструкции корпуса: обшивка, стрингеры, лонжероны, шпангоуты — функции и типовые сечения. Конструктивно-силовые схемы корпусов. Лонжеронный корпус. Стрингерный корпус. Бесстрингерные корпуса с однослойной и многослойной обшивкой.

Конструктивно-технологические решения корпусов. Клепаные, клееклепаные, сварные соединения элементов корпуса. Типовые конструктивные решения узлов пересечения стрингеров и лонжеронов со шпангоутами.

Материалы корпусов КЛА. Технологические решения силовых элементов корпуса.

Фрезерованные, штампованные и литые панели корпуса. Секции вафельного типа.

Гофрированные обшивки. Трехслойные обшивки с заполнителем.

Определение основных конструктивных параметров балочного корпуса. Гладкая оболочка монококового отсека корпуса. Подкрепленная оболочка полумонококового отсека корпуса.

2.2. Ферменные и рамные конструкции Элементы ферменных и рамных конструкций. Примеры конструкций ферменных отсеков, элементов ферменных конструкций, плоских и пространственных рам. Материалы для изготовления ферм и рам.

2.3. Конструкции КЛА из композиционных материалов.

Полимерные и металлические композиционные материалы. Основные приемы конструирования и технологии изготовления деталей и конструкций из композиционных материалов. Примеры композитным конструкций и соединений, свойственных композитным конструкциям. Трехслойные конструкции с сотовым или вспененным заполнителем.

2.4. Герметичные конструкции.

Определение герметичности. Назначение герметичных конструкций в составе КЛА.

Контур герметичности агрегата (системы). Примеры контуров герметичности орбитальной станции «Салют» и спускаемого аппарата космического корабля «Союз».

2.5. Конструкции несущих поверхностей Конструктивные схемы крыльев. Лонжеронная схема. Кессонная схема. Моноблочная схема. Функции элементов силовой конструкции крыла: обшивка, стрингеры, лонжероны, нервюры. Узлы крепления крыла к корпусу КЛА. Особенности конструктивных схем стреловидных и треугольных крыльев: крылья с переломом осей продольных силовых элементов у борта корпуса и крылья с внутренней подкосной балкой. Пример конструкций крыльев ЛА – крыло орбитального корабля «Буран».

Определение основных конструктивных параметров сечения крыла. Расчет параметров сечения кессонного (моноблочного) крыла. Расчет параметров сечения лонжеронного крыла.

Тема 3 (14 ч., СРС – 7 ч.). Конструкции двигательных установок космических ЛА.

3.1. Классификация двигательных установок.

Ракетные двигатели. Состав двигательной установки. Общая характеристика, назначение и область применения различных типов двигателей. Ракетные двигатели твердого топлива (РДТТ), Жидкостные ракетные двигатели (ЖРД). Ядерные ракетных двигателях (ЯРД). Электроракетные двигатели: плазменные ракетные двигатели (ПлРД) и ионные ракетные двигатели (ИРД).

3.2. Параметры и характеристики ракетных двигателей.

Тяга ракетного двигателя. Импульс тяги. тяговооруженность КЛА. Удельные параметры двигателей: удельный импульс тяги; расходный комплекс; относительна масса двигательной установки.

3.3. Ракетные двигатели твердого топлива Основы устройства РДТТ. Конструкция однокамерного РДТТ Топливные заряды.

Твердые ракетные топлива. Конструкционные материалы. Двухрежимные РДТТ.

Управления вектором тяги РДТТ по направлению. Выбор конструктивно-компоновочной схемы РДТТ, Оценка массового совершенства конструкции РДТТ.

Проектирование корпуса РДТТ. Выбор расчетных условий. Проектирование обечайки и днищ. Выбор теплозащитного покрытия. Конструкции соединения обечайки и днищ.

Разъемные и неразъемное (сварное) соединения обечайки и днищ камеры сгорания РДТТ.

Конструкции соплового блока. Газодинамические устройства управления вектором тяги РДТТ по направлению. Схемы соплового блока с газовыми рулями, с дефлекторами, с насадками; с управляющими щитками и др.

3.4. Двигательные установки с жидкостными ракетными двигателями.

Основы устройства двигательных установок с ЖРД. Камера ЖРД. Топливная система.

Топливные баки. Жидкие ракетные топлива. Системы подачи топлива: газовытеснительные и турбонасосные системы. Система управления двигателем.

Компоновочные решения двигательных установок с ЖРД. Конструкции камер ЖРД.

Конструкции топливных баков. Способы и устройства изменения направления вектора тяги.

Тема 4 (2 ч., СРС – 1 ч.). Показатели конструктивно-технологического совершенства космических ЛА.

Конструктивное совершенство. Масса конструкции.

Производственно-технологическое совершенство. Трудоемкость, материалоемкость, энергоемкость. Технологическая себестоимость. Показатели технологической рациональности и преемственности конструкций.

Эксплуатационное совершенство. Относительные трудоемкости технического обслуживания и ремонта КЛА. Показатели эксплуатационной технологичности.

Практическое занятие №1 (4 ч., СРС – 2 ч., тема 2). Выбор конструктивных параметров бесстрингерного отсека корпуса.

Практическое занятие №2 (4 ч., СРС – 2 ч., тема 2). Выбор конструктивных параметров стрингерного отсека корпуса.

Практическое занятие №3 (4 ч., СРС – 2 ч., тема 2). Выбор конструктивных параметров кессонного (моноблочного) крыла.

Практическое занятие №4 (4 ч., СРС – 2 ч., тема 2). Выбор конструктивных параметров лонжеронного крыла.

Лабораторная работа №1 (4 ч., СРС – 4 ч., тема 2; кафедра 601). Конструкции отсеков корпуса.

Лабораторная работа №2 (4 ч., СРС – 4 ч., тема 3; кафедра 602). Конструкции ракетных двигателей твердого топлива.

Лабораторная работа №3 (4 ч., СРС – 4 ч., тема 3; кафедра 601). Конструкция топливных баков двигательных установок с ЖРД.

Лабораторная работа №4 (4 ч., СРС – 4 ч., тема 2; кафедра 602). Конструкции крыльев.

Курсовая работа посвящена проектировочному расчету и разработке сборочного чертежа агрегата конструкции КЛА: В качестве агрегатов конструкции выбираются конструкции корпусов и несущих поверхностей КЛА, камер сгорания РДТТ и топливных баков двигательных установок с ЖРД.

Конкретные темы и методика выполнения работы определяется методической запиской по курсовой работе.

Курсовая работа выполняется с использованием препарированных образцов конструкций ракет-носителей и космических аппаратов и их агрегатов, плакатов, альбомов чертежей в лабораториях кафедр 601 и 602.

Раздел 3. Учебно-методические материалы по дисциплине 5. Гущин В.Н. Основы устройства и конструирования космических аппаратов. М.:

Издательство «Машиностроение», 2003.

6. Новиков В.Н., Вейтин В.Е. Введение в ракетно-космическую технику. – М.: Изд-во МАИ. 1997.

7. Конструкция и проектирование космических летательных аппаратов. / Н.И. Паничкин, Ю.В. Слепушкин, В.П. Шинкин, Н.А. Яцынин. – М.: Машиностроение. 1986.

8. Голубев И.С., Самарин А.В. Проектирование конструкций летательных аппаратов. – М.: Машиностроение. 1991.

9. Основы проектирования летательных аппаратов (транспортные системы). /В.П.

Мишин, В.К. Безвербый, Б.М.Панкратов, В.И.Зернов. – М.: Машиностроение. 2005.

1. Использование препарированных образцов конструкций ракет-носителей и космических аппаратов и их агрегатов, плакатов, альбомов чертежей в лабораториях кафедр 601 и 602.

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ПРОГРАММА

дисциплины Двигатели космических аппаратов Программу составил доц., к.т.н. Хартов С.А. Подпись_ Программа одобрена Декан выпускающего факультета _ «_»_200 г.

График изучения дисциплины Раздел 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧАЕМОЙ ДИСЦИПЛИНЫ В дисциплине рассматриваются основы процессов, протекающих в различных типах двигательных установок (ДУ) и их элементах, анализируются их принципиальные схемы и приводятся основные характеристики, позволяющие производить выбор типа ДУ в зависимости от вида баллистической задачи и энергомассовых характеристик космического аппарата (КА).

Дисциплина «Двигатели космических аппаратов» опирается на изученные дисциплины «Физика», «Химия», «Термодинамика» и «Материаловедение».

В результате изучения этой дисциплины студенты должны – основы теплофизических процессов в используемых в настоящее время ДУ КА;

– основные соотношения, позволяющие оценить интегральные параметры ДУ;

– принципиальные и конструктивные схемы основных типов ДУ КА и соответствующий им диапазон интегральных параметров;

– обосновывать выбор того или иного типа ДУ для конкретной баллистической задачи иметь представление:

– о конструктивных особенностях ДУ, влияющих на функционирование КА;

– об эксплуатационных характеристиках топлив и рабочих тел ДУ КА.

Студент, изучивший дисциплину «Двигатели космических аппаратов», в соответствии ФГОС ВПО должен обладать следующими компетенциями:

– критически переосмысливать накопленный опыт, изменять при необходимости профиль своей профессиональной деятельности (СЛК-6);

– собирать, обрабатывать с использованием современных информационных технологий и интерпретировать приобретенные знания для формирования суждений по соответствующим социальным, научным и этическим проблемам (СЛК-7);

– применять информационные технологии и математические методы расчета при проектировании деталей и узлов двигателей летательных аппаратов (ОНК-3);

– выбирать основные и вспомогательные материалы, используемые при изготовлении двигателей летательных аппаратов (ОНК-4);

– изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по специальности (НИК-1);

– проводить сбор, обработку, анализ и систематизацию научно-технической информации по теме исследования, выбирать методики и средства решения задачи (НИК-3);

– составлять описания принципов действия и устройства проектируемых изделий и объектов с обоснованием принятых технических решений (ПКК-6);

– принимать участие в разработке методических и нормативных документов и проведении мероприятий по их реализации (ПКК-7);

– принимать участие в работах по доводке и освоению технологических процессов в ходе подготовки производства новой продукции, проверять качество монтажа и наладки при испытаниях и сдаче в эксплуатацию новых образцов изделий, узлов и деталей выпускаемой продукции (ПТК-5);

– проводить мероприятия по профилактике производственного травматизма и профессиональных заболеваний, контролировать соблюдение экологической безопасности проводимых работ (ПТК-8);

– составлять заявки на оборудование и запасные части, подготавливать техническую документацию на ремонт оборудования (ОУК-6);

– организовывать метрологическое обеспечение технологических процессов с использованием типовых методов контроля качества выпускаемой продукции (ОУК-9);

– применять методы контроля качества изделий и объектов в сфере профессиональной деятельности, проводить анализ причин нарушений в работе двигателей летательных аппаратов и разрабатывать мероприятия по их предупреждению (СК-1);

– применять новые современные методы испытаний изделий и объектов в сфере профессиональной деятельности с определением рациональных режимов работы специального оборудования (СК-2).

Лекции - 34 ч., лабораторные работы - 12 ч., практические занятия - 4 ч., СРС- 52 ч., курсовая Тема 1 (4 ч., СРС-2 ч.). Двигатели космических летательных аппаратов – общие вопросы 1.1. Полеты в космосе и типы двигателей. Реактивные и ракетные двигатели. Влияние параметров ДУ на возможности КА. Приращение характеристической скорости. Уравнение Циолковского. Области применения ДУ различного типа, классификация.

1.2. Условия эксплуатации двигательных установок в космосе. Основные требования к космическим ДУ.

Тема 2 (4 ч., СРС-2 ч.). Источники массы и энергии для космических двигателей 2.1. Источники массы и энергии. Бортовые и внешние источники. Хранение топлив и рабочих тел ДУ. Совмещенный и раздельный подвод массы и энергии.

2.2. Химическая энергия. Формы: тепловая и электрическая. Уравнение Гиббса – Гельмгольца. Удельная энергия топлива. Топлива тепловых двигателей и электрохимических генераторов.

2.3. Солнечная энергия. Солнце – основной энергетический источник.

Фотопреобразователи солнечного излучения в электрическую энергию. Системы концентраторприемник для использования тепловой энергии.

2.4. Ядерная энергия. Радиоизотопные источники энергии. Удельная мощность и период полураспада радиоизотопного топлива. Конструктивные особенности радиоизотопных источников. Ядерные реакторы. Области применения для энергетических установок. Общие физические принципы работы и особенности конструкции для космического применения.

2.5. Общие понятия и определения удельных параметров и КПД космических двигателей.

Тема 3 (4 ч., СРС-2 ч.). Основы теории тепловых реактивных двигателей 3.1 Основные термодинамические процессы в РД с тепловым ускорением рабочего тела.

3.2. Сопло Лаваля. Термодинамический цикл теплового РД. Полезная работа цикла и к.п.д.

3.3. Характеристики тепловых двигателей. Тяга, удельная тяга и скорость истечения.

Дроссельная и высотная характеристики.

Тема 4 (6 ч., СРС-3 ч.). Жидкостные ракетные двигатели.

4.1. Состав ЖРД. Системы подачи компонентов топлив: вытеснительная и насосная.

Открытая и закрытая и закрытая системы при насосной подаче. Типы газогенераторов. Схемы турбонасосных агрегатов.

4.2. Требования к компонентам топлив ЖРД. Процессы в камере сгорания. Основные параметры: температура и давление в камере, молярная масса продуктов сгорания. Их влияние на тягу и скорость истечения. Соотношение компонентов топлив. Влияние смесеобразования на интегральные параметры ЖРД.

4.3. Методы охлаждения камеры сгорания и сопла ЖРД. Внешнее и внутреннее охлаждение. Конструктивные схемы камер и сопла ЖРД.

4.4. Конструктивные схемы ДУ с ЖРД. Запуск ДУ с ЖРД. Методы зажигания. Способы регулирования величины и направления тяги в ДУ с ЖРД. 4.5. Остановка ДУ с ЖРД. Импульс последействия.

Тема 5 (6 ч., СРС-3 ч.). Ракетные двигатели твердого топлива (РДТТ) 5.1. Состав РДТТ. Классификация твердых топлив. Основные параметры: температура горения, молярная масса продуктов сгорания. Особенности процесса горения твердых топлив.

Зависимость скорости горения от внешнего давления и температуры.

5.2. Торцевое и внутреннее горение. Влияние формы заряда на закон изменения тяги.

Формы заряда. Способы изготовления зарядов и оболочек камер сгорания. Способы охлаждения сопла и защита камеры сгорания. Запуск РДТТ. Способы зажигания. Условия устойчивого горения.

5.3. Регулирование тяги ДУ с РДТТ. Регулирование величины тяги. Регулирование направления тяги. Остановка ДУ с РДТТ. Сравнение возможностей ДУ с ЖРД и РДТТ.

Тема 6 (4 ч., СРС-2 ч.). Ядерные ракетные двигатели (ЯРД) 6.1. Ядерные реакции деления и классификация ЯРД. Тепловой эффект ядерной реакции деления. Условия реализации стационарной самоподдерживающейся реакции деления. Понятие «активная зона». Фазовый состав активной зоны ядерного реактора. Классификация ЯРД.

Рабочие тела ЯРД.

6.2. ЯРД с твердой активной зоной. Схема ЯРД с твердой активной зоной: ЯРД с выбросом продуктов распада и без выброса. Тепловыделяющие элементы. Ограничения по температуре рабочего тела. Радиологические последствия работы с твердой активной зоной.

6.3. ЯРД с газофазной активной зоной. Схема ЯРД с газофазной активной зоной.

Классификация. Схема с разделением ядерного топлива и рабочего тела прозрачной стенкой.

Схема с удержанием активной зоны с помощью магнитного поля. Радиологические последствия работы ЯРД с газофазной активной зоной.

Тема 7 (6 ч., СРС-3 ч.). Электроракетные двигатели (ЭРД) 7.1. Классификация ЭРД. Механизмы ускорения рабочего тела. Основные уравнения для определения интегральных параметров. Схема электронагревного двигателя (ЭНД).

Особенности процессов в ЭНД, рабочие тела. Уровень интегральных параметров, области применения. Схема электродугового двигателя (ЭДД). Особенности процессов в ЭДД, рабочие тела. Уровень интегральных параметров, области применения.

7.2. ЭРД с электромагнитным ускорением. Основные процессы в линейном ускорителе плазмы. Объмная электромагнитная сила. Ускорение в собственных магнитных полях. Схема коаксиального плазменного ускорителя. Импульсные плазменные двигатели: схема, рабочие тела, интегральные параметры. Области применения плазменных двигателей.

7.3. ЭРД с электростатическим ускорением. Основные процессы в электростатическом ускорителе. Структура электростатического ускорителя: источник ионов, ускорительная система, нейтрализатор. Способы получения ионов. Схема плазменно-ионного двигателя.

Основные интегральные параметры. Схема стационарного плазменного двигателя. Основные интегральные параметры.

Занятие1 (2 ч., СРС – 1 ч., Тема 1).. Расчет основных параметров двигательной установки.

Занятие 2 (2 ч., СРС - 1 ч., Тема 7). Расчет параметров электроракетных двигателей.

1. Лабораторная работа №1 (4 ч., СРС – 2 ч, тема 4) Изучение состава сверхтонких покрытий методом микрорентгеноспектрального анализа.

2. Лабораторная работа №2 (4 ч., СРС – 2 ч, тема 7). Рентгенофазовый анализ как метод исследования фазового состава защитных покрытий.

3. Лабораторная работа № 3 (4 ч., СРС – 2 ч., тема 7) Просвечивающая электронная микроскопия субструктур.

Раздел 3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ 1. Алемасов В.Б. и др. Теория ракетных двигателей.– М.: Машиностроение, 1980.

2. Кудрявцев В.М. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей.

М.Высшая школа,1975.

3. Фахрутдинов И.Х. Ракетные двигатели твердого топлива. М.Машиностроение.1981.

4. Демянко Ю.Г. и др. Ядерные ракетные двигатели. – М.: ООО «Нора-Информ», 2001.

5. Гришин С.Д. и др. Электрические ракетные двигатели космических аппаратов. – М.:

Машиностроение, 1989.

6. Квасников Л.А. и др. Теория и расчет энергосиловых установок космических летательных аппаратов. – М. Высшая школа.1984. (второе издание М.: Издательство 7. Григорьян В.Г. и др. Двигатели космических аппаратов. – М.: Издательство МАИ,

3.2.ТЕХНИЧЕСКИЕ И ДРУГИЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ

Плакаты, экспонаты, экспериментальные стенды, класс ПК.

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ПРОГРАММА

дисциплины Конструкция энергосиловых установок летательных аппаратов Программа составлена профессором Демидовым А.С.

Программа одобрена Заведующий кафедрой _.

«_»_200 г.

Декан факультета «_»_200 г.

Раздел 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧАЕМОЙ ДИСЦИПЛИНЫ Курс «Конструкция энергосиловых установок летательных аппаратов» является основной дисциплиной, формирующей конструкторскую подготовку по специальности. В курсе с единых методических позиций рассматриваются вопросы проектирования энергетических установок космического назначения. Этот курс увязан с другими специальными, а также с общетехническими дисциплинами.

Целью курса является изучение принципов и методов проектирования конструкций космической техники названного профиля, их оптимизации, ознакомление и изучение существующих конструкций, ознакомление с методами расчета деталей и узлов изделий на прочность, устойчивость и колебания. Важным составляющим элементом этой цели является формирование у студентов конструкторского мышления, позволяющего создавать конструкции изделий нового поколения, анализировать и принимать оптимальные проектноконструкторские решения как в области отдельных важных узлов конструкции, так и изделия в целом.

В результате изучения дисциплины студент должен -типы и основные параметры ядерных энергетических установок;

-принципиальные схемы ЯЭУ с преобразователями различного типа, необходимый состав агрегатов и систем;

-основные конструкторские приемы, применяемые в важнейших узлах энергетических установок.

-применить на практике полученные теоретические знания;

-анализировать варианты конструкций и принимать оптимальные проектноконструкторские решения;

- составлять и правильно формулировать основные технические условия для узлов средней сложности;

- понимать чертежи узлов и деталей;

- выполнять расчеты средней сложности по определению прочностной надежности деталей и узлов изделий.

Иметь представление:

-о направлении перспективных разработок ЯЭСУ;

-о составе, основных принципах и правилах выпуска конструкторской документации;

-об особенностях изготовления ЯЭСУ, применяемых конструкционных материалах.

Данный курс опирается на другие специальные дисциплины, где рассматриваются основы проектирования конструкций космических энергетических установок, вопросы выбора рабочих тел, теории рабочих процессов. Изучение курса подкрепляется лабораторными работами и практическими занятиями.

Объем курса 66 часов (Лекции - 34 ч., лабораторные работы - 16 ч., практические занятия - 16 ч., СРС - 60 ч.) читается в 6-ом семестре. Вид аттестации- зачет в 6-ом семестре.

Лекции - 34 ч., лабораторные работы - 16 ч., практические занятия - 16 ч., СРС - 60 ч.

Тема 1 (14 ч., СРС – 10 ч.): Ядерные энергоустановки.

Предмет и задачи курса. История развития ЯЭУ.

Принципиальные и компоновочные схемы ЯЭУ с термоэмиссионными, термоэлектрическими и машинными преобразователями. Основные характеристики, их сравнение. Основные узлы и агрегаты, входящие в состав ЯЭУ.

Реакторы, классификация, характеристики. Основные узлы и элементы, нагрузки, действующие на них. Тепловыделяющие элементы (твэлы). Конструктивные приемы для интенсификации и выравнивания теплообмена в активной зоне. Проблема и концепция безопасности. Радиационная защита. Устройства для регулирования тепловой мощности реакторов, классификация, конструктивные элементы. Синхронизация движения рабочих органов.

Реакторы-преобразователи (РП), классификация, характеристики. Сопутствующие системы: цезиевая, продувки межэлектродного зазора. Цезиевый контур. Генератор паров цезия. Расходная и циркуляционная системы прокачки паров цезия.

РП как многополостная система. Электрогенерирующие каналы (ЭГК). Классификация, основные характеристики. Достоинства и недостатки ЭГК различных типов. ЭГК для РП переменного тока. Методы обеспечения большого ресурса. Нагрузки, действующие на элементы РП.

Компоновочные схемы ТЭГ панельного и радиального типа. Конструкция узлов и деталей, действующие нагрузки.

Теплообменники и холодильники-излучатели (ХИ). Жесткие, разворачивающиеся ХИ.

Раздвижные рамы и пантографы ХИ, их приводы.

Агрегаты ЯЭУ. Электромагнитные насосы, их размещение в энергоблоке.

Компенсационные баки. Стартовые нагреватели. Балластные сопротивления. Клапаны.

Ионизаторы для измерения нейтронного потока.

Особенности ЯЭУ 2-го поколения. Компоновка энергоблока. Многосекционный узел защиты. Системы безопасности ЯЭУ. Агрегаты системы безопасности. Устройство и размещение в энергоблоке.

Система охлаждения боковых отражателей, элементов управления РП и секций защиты ЯЭУ 2-го поколения.

Понятие о расчетах на прочность. Конструкционные материалы.

Тема 2 (8 ч., СРС – 6 ч.): Радиоизотопные генераторы.

Области применения энергоустановок (ЭУ) с различными преобразователями.

Радиоизотопные термоэлектрогенераторы (РИТЭГ). Применяемые изотопы. Конструктивные схемы РИТЭГ. Концепции безопасности. Элементы и системы: ампулы; кассеты; тепловые блоки; термомодули; термоэлементы; теплоизоляция; корпус. Двухкаскадные термомодули.

Полупроводниковые материалы. Регулирование мощности. Расчеты на прочность.

Тема 3 (4 ч., СРС– 4 ч.): Химические источники тока (топливные элементы).

Классификация. Первичные и перезаряжаемые элементы. Электрохимические генераторы (ЭХГ). Реагенты. Состав ЭХГ: электроды; электролиты; ионообменные мембраны.

Системы термостатирования и охлаждения. Компенсаторы объема электролита. Системы хранения и подвода реагентов. Примеры выполненных конструкций. Конструкционные материалы.

Тема 4 (4 ч., СРС – 4 ч.): Солнечные энергоустановки (СЭУ) и солнечные батареи (СБ).

Состав СЭУ с различными типами преобразователей: концентратор; тепловые ловушки;

системы разворота концентраторов; преобразователи. Параметры СЭУ. Перспективы применения.

Классификация СБ. Жесткие панели, упругие панели. Тонкопленочные прозрачные и непрозрачные СБ. Сравнительные достоинства и недостатки СБ различного типа.

Конструкционные материалы.

Тема 5 (4 ч., СРС – 4 ч.): Электроракетные двигатели (ЭРД).

Космические аппараты с ЭРД. Классификация. ЭРД. Электропневмогидросхемы.

Основные параметры.

Схемы систем подачи рабочих тел (РТ): вытеснительная, капиллярная.. Конструкция баков. Понятие о расчете баков, выворачивающихся мембран, сильфонов.

Конструктивные схемы электротепловых двигателей (ЭТД): электронагревные двигатели (ЭНД), электродуговые двигатели (ЭДД). Основные параметры. Схемы подвода тепла к рабочему телу. Конструкция узлов и деталей. Конструкционные материалы.

Классификация электростатических двигателей (ЭСД). Основные параметры.

Конструктивные схемы ЭСД различного типа. Конструкция узлов и деталей ЭСД: источники ионов, катоды и нейтрализаторы, магнитные системы, ионно-оптические системы (ИОС), нагреватели, изоляторы. Особенности работы и нагрузки деталей и узлов ЭСД. Понятие о расчетах на прочность и устойчивость деталей ЭСД. Температурные напряжения в пластинчатых электродах ИОС. Конструктивные приемы борьбы с потерей устойчивости электродов ИОС. Вопросы эрозии в ЭСД. Конструкционные материалы.

Схемы электромагнитных двигателей (ЭМД).

Занятие 1,2. Составление принципиальной схемы ЯЭУ (4 ч., СРС – 4 ч.,тема 1);

Занятие 3,4. Составление компоновочной схемы ЯЭУ (4 ч., СРС – 4 ч.,тема 1);

Занятие 5,6. Проектирование системы безопасности ЯЭУ (4 ч., СРС – 4 ч., тема 1);

Занятие 7,8. Проектирование элементов ТЭГ (4 ч., СРС – 4 ч., тема 1).

1. Лабораторная работа №1 Изучение конструкции ядерных реакторов, узлов радиационной защиты (РЗ) и агрегатов ядерных энергоустановок (4 ч., СРС – 4 ч.,тема 1);

2. Лабораторная работа №2 Изучение конструкции реакторов-преобразователей и электрогенерирующих каналов ЯЭУ (4 ч., СРС – 4 ч.,тема 1);

3. Лабораторная работа №3 Изучение конструкции радиоизотопных термоэлектрогенераторов (4 ч., СРС – 4 ч.,тема 2);

4. Лабораторная работа №4 Изучение конструкции электроракетных двигателей (4 ч., СРС – 4 ч.,тема 5).

Раздел 3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ 1. Гуров А.Ф., Севрук Д.Д., Сурнов Д.Н. Конструкция и проектирование двигательных установок. М. Машиностроение. 1980.

2. Демидов А.С. Конструкция космических ядерных энергоустановок. М.: Издат. МАИ.

– 2000. – 35 с.

3. Гуров А.Ф., Сурнов Д.Н., Демидов А.С. Атласы конструкций двигательных и энергетических установок. Выпуски 1,2,3. - М.:ГИПРОНИИАВИАПРОМ, 1977.

1. Демидов А.С., Зинчук А.А. Проектирование энергетических и двигательных установок. М.: Издат. МАИ, 1991.

2. Квасников Л.А., Латышев Л.А., Севрук Д.Д., Тихонов В.Б. Теория и расчет энергосиловых установок космических летательных аппаратов, М., Машиностроение, 2001.

3. Демидов А.С. Атлас чертежей сборочных единиц и деталей агрегатов ЯЭУ. М.: Издат.

МАИ, 1990. – 46 с.

4. Демидов А.С. Конструкция и расчет на прочность космических радиоизотопных генераторов. – М.: Издат. МАИ-Принт. – 2008. – 39 с.

5. Куландин А.П. и др. Основы теории, конструкции и эксплуатации космических ЯЭУ.

Л. Энергоатомиздат, 1987.

3.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ И ДРУГИЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ

Натурные образцы и макеты энергоустановок, узлов и элементов в кабинетах кафедры.

Плакаты. Раздаточный материал к лекциям. Класс персональных компьютеров.