Индекс цитирования Яндекс.Метрика

Люди практической науки

06.02.2017

Опытным путем…

Интервью с молодым специалистом института - Глебом Губановым.

При создании аэродинамических моделей и их элементов — например, таких как лопатки компрессоров газотурбинных двигателей, финальный этап работы определяет успех всего процесса. Речь идет о чистовой фрезерной обработке на современном высокоточном обрабатывающем центре с ЧПУ, при которой могут возникать вибрации деталей. Такие нежелательные явления обусловлены воздействием фрезы и способны в буквальном смысле «загубить» лопатку. В ЦАГИ нашли решение этого вопроса. Какое именно — мы узнали у Глеба Губанова, молодого специалиста научно-производственного комплекса института

Наш собеседник — выпускник ФАЛТ МФТИ, принадлежит к новому поколению молодых сотрудников, которые готовы использовать нетривиальные подходы в работе. Руководитель поставил перед Глебом задачу — спроектировать демпфер (виброгаситель), который должен закрепляться непосредственно на детали и препятствовать ее вибрациям от воздействия фрезой. За основу был взят демпфер инерционного типа — он представляет собой систему, совершающую собственные колебания. Ожидалось, что в процессе фрезерования его вибрации погасят колебания детали.

Прежде чем проводить тесты с реальными лопатками и фрезой, Глеб создал небольшой стенд. Экспериментальный макет был призван смоделировать процесс фрезерования, только роль обрабатываемой детали исполнила металлическая пластинка, а демпфера — спица с закрепленным на ней грузом в виде обычного ластика. Такой груз легко было изготовить и перемещать вдоль спицы, меняя собственную частоту колебаний демпфера. Вибрации в макете возбуждались небольшим моторчиком с эксцентриком на валу. По словам молодого ученого, эффект от экспериментов превзошел все ожидания. «Вибрации детали исчезали, когда частота колебаний демпфера совпадала с частотой вращения моторчика», — рассказывает Глеб.

Затем были опыты непосредственно на металлических лопатках. Выяснилось: инерционный демпфер устранял вынужденные колебания детали, вызванные работой фрезы на определенной частоте, и очень эффективно: виброгаситель весом 1% от веса детали позволял снизить амплитуду ее вынужденных колебаний в 100 раз. Тем не менее созданный демпфер не справлялся с так называемыми автоколебаниями, которые могут возникать на частоте, отличной от частоты внешнего воздействия. «Это непростое для изучения явление, и на практике оно проявляется постоянно», ‒ поясняет наш собеседник. Чтобы наглядно продемонстрировать негативный эффект, производимый автоколебаниями, Глеб показывает различные образцы металлических пластинок. Поверхность некоторых из них покрыта своеобразным рельефом, напоминающим морозные узоры на стекле.

Итак, была решена проблема вынужденных колебаний детали на определенной частоте, но не проблема автоколебаний. На помощь пришла новая идея. «Зачем стремиться к малой массе демпфера? Что, если вешать на обрабатываемую деталь более массивное устройство? Если виброгаситель будет весить 100 процентов от веса детали, то станет эффективным в широком диапазоне частот», ‒ решил Глеб. Идея помогла разработать универсальный демпфер, который может «работать» с автоколебаниями без настроек на конкретную деталь.

Так был создан новый демпфер, представляющий собой груз (цилиндрической формы), помещенный с малым зазором в металлический корпус (стакан), заполненный вязкой средой. Стакан зафиксирован на детали, а груз свободно «ходит» внутри. Когда колеблется деталь, корпус виброгасителя перемещается относительно инертного груза, вынуждая перетекать внутреннюю вязкую среду через узкий зазор между боковыми поверхностями корпуса и груза, что обеспечивает рассеивание энергии колебаний детали.

Делают такие демпферы из латуни, дюралюминия и других материалов в научно-производственном комплексе ЦАГИ. В арсенале — виброгасители четырех размеров, которые отличаются между собой массой. Их не надо настраивать под конкретную задачу, главное — выбрать правильный «калибр» для детали. При фрезеровании демпферы устанавливают на противоположную от обрабатываемой сторону, а затем процедуру повторяют. Крепятся они на клей или вакуумом.

С помощью таких демпферов уже изготовлен целый ряд комплектов лопаток для вентиляторов и турбин различного назначения. Основные достоинства данного способа фрезерования: существенное упрощение фиксации детали, сокращение времени на подготовку производства, сохранение расчетной производительности обработки.

«Сейчас мы стремимся к широкому внедрению технологии. Применение демпферов целесообразно не только для изготовления лопаток, но и для всех нежестких деталей», — говорит Глеб. Он приводит в пример процесс изготовления силовых панелей для летательных аппаратов. «В ЦАГИ интерес к нашей разработке есть, но мы надеемся, что ее востребованность будет иметь и более широкие масштабы», — отмечает молодой ученый. По этой теме Глеб защитил кандидатскую диссертацию, так что лично для него изобретение уже стало знаковым.