 |
Ученые Пермского Политеха улучшили авиационный насос, снизив массу его корпуса на 38%
Насосы в двигателе самолета работают в экстремальных условиях, поэтому к их конструкции предъявляются особые требования. Традиционные методы производства приводят к громоздким и тяжелым конструкциям с избыточным количеством деталей. Ученые ПНИПУ разработали облегченный корпус авиационного насоса, сократив его массу на 38,5%.
От работы гидравлических систем зависит эффективность различных механизмов – от автомобилей до самолетов. Они обеспечивают подачу топлива, масла и других рабочих жидкостей и используются в авиационных двигателях, гидроусилителях, строительной технике и промышленных станциях. Особенно высокие требования предъявляются к характеристикам авиационных насосов, поскольку они работают в экстремальных условиях: высокие давления (около 250 МПа), температуры (+150 °C и выше), сильные вибрации и динамические нагрузки. Традиционные методы производства — фрезерование, литье, сверление — приводят к громоздким и тяжелым конструкциям с избыточным количеством деталей, сложной сборкой и высокой стоимостью. В то же время снижение веса является одним из самых важных факторов в авиации, поскольку масса самолета напрямую влияет на его летные характеристики и безопасность. Даже небольшое уменьшение массы отдельных деталей может привести к значительным выгодам в масштабах всего воздушного судна. Ученые Пермского Политеха разработали облегченный корпус авиационного насоса, сократив его массу на 38,5% благодаря 3D-печати и оптимизации конструкции. Это позволит не только упростить производство, но и сделать конечный агрегат более надежным.
Статья опубликована в сборнике материалов конференции «Химия. Экология. Урбанистика». Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Гидравлический насос создает движение жидкости по трубам или каналам, что приводит в действие другие устройства — например, гидроцилиндры или гидромоторы. Особенно жесткие требования предъявляются к авиационным шестеренным насосам – одному из видов таких гидравлических систем. Они отвечают за подачу топлива к двигателю, и от их надежности и эффективности зависит безопасность всего воздушного судна. При этом эксплуатируются они в экстремальных условиях повышенных температур и давления. Поэтому современные требования к шестеренным насосам очень высоки. Они должны быть не только надежными и долговечными, но и легкими и компактными, что критично для летательных судов, которые вынуждены поднимать в воздух сотни тонн. Меньший вес позволяет расходовать меньше топлива, снизить напряжения и износ деталей, увеличить их срок службы – все это повышает безопасность полетов.
Большинство изделий сегодня делают по традиционным технологиям (фрезерование, литье, сверление), что приводит к громоздкой конструкции с множеством деталей, избыточным весом и габаритами. Само производство долгое, сложное и требует больших затрат, так как для изготовления точных корпусов необходима длительная техническая подготовка. Набирает популярность изготовление с помощью 3D-печати, однако возникает другая проблема: принтер «выращивает» деталь слой за слоем, начиная снизу, и получается так, что некоторые отвесные детали не имеют под собой опоры – в этом случае для того, чтобы их возможно было напечатать, нужны поддерживающие структуры – металлические опоры. После печати их нужно удалять, но это увеличивает трудоемкость работы, а на месте удаления остаются следы, которые могут ухудшить качество поверхности и привести к браку.
Эти проблемы решили ученые Пермского Политеха. Они модернизировали конструкцию авиационного шестеренного насоса и технологию его изготовления, что позволило снизить массу корпуса на 38,5%, а также сократить количество операций, необходимых для производства, с 40 до 31, время механической обработки – с 4 000 до 1 100 минут, а термической – с 1 800 до 400. Исследование провели на примере конкретной модели, но эти методы можно применить и к другим гидравлическим агрегатам.
– Исходным объектом стал корпус шестеренного насоса массой 6 кг из алюминиевого сплава АК4-1. Этот материал широко применяется в ракетно-космической и авиационной промышленности, в том числе в пассажирском Ту-204/214. Его конструкция имела существенные недостатки: излишне толстые стенки, большое количество сверлений для внутренних каналов, необходимость в установке заглушек, высокая трудоемкость сборки и, как следствие, высокая стоимость производства. Эти факторы увеличивали вес, габариты и цену агрегата, а также снижали его надежность, – комментирует Евгений Гашев, заведующий учебной лабораторией, доцент кафедры «Инновационные технологии машиностроения» ПНИПУ, кандидат технических наук.
В процессе изготовления исследователи использовали технологию аддитивной печати, причем конструкцию спроектировали с минимальным количеством поддерживающих металлических опор, что снизило трудоемкость постобработки и риск брака. Материал заменили аналогом – алюминиевым сплавом AlSi10Mg, который обладает лучшими прочностными характеристиками по сравнению с традиционным.
– В новой конструкции насоса мы отказались от клапана постоянного давления за счет перспективной конструкции клапана предохранительного, в котором высокое давление внутри обеспечивается без дополнительного узла. Также мы переместили клапан, фильтр и магнитная ловушка, которая «ловит» вредные металлические частицы в потоке, – они установлены на выходе топлива. Это улучшило очистку рабочей жидкости и лучше распределило вес. Вместо громоздкого внешнего канала для перепуска топлива сделали компактный внутренний, а для сохранения прочности добавили пояс и ребра, – рассказывает Виталий Вишняков, магистрант Передовой инженерной школы «Высшая школа авиационного двигателестроения» ПНИПУ.
Все эти модификации снизили массу корпуса до 3,7 кг, то есть на 38,5%, а всего насоса – на 17%. При этом сохранена достаточная прочность корпусе, что гарантирует надежность даже в экстремальных условиях высоких температур, давления и вибраций, которые испытывают на себе двигатель и его элементы во время полета. Прочностной анализ подтвердил, что максимальные напряжения (247 МПа) и деформации (0,93%) находятся в допустимых пределах.
Разработанная конструкция уже успешно прошла испытания, сейчас ведется подготовка к серийному производству. Планируется модернизация подшипников и подпятников шестерен, что позволит еще больше снизить массу насоса.
Контактное лицо: Лидия Евгеньевна Попова (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 13:28, 30.07.2025
Количество просмотров: 330
Страна: Россия
| Грибная перезагрузка: ученый Пермского Политеха рассказал, что меняется в лесу в конце лета, ПНИПУ, 11:07, 18.08.2026, Россия |
496 |
| Многие люди привыкли считать, что в августе лес продолжает давать те же грибы, что и в июле, только в больших количествах, но реальность гораздо сложнее. Ученый ПНИПУ рассказал, как меняется тихая охота в августе, почему сейчас так легко ошибиться и сорвать ядовитый двойник, и как правильно готовить августовские грибы. |
|
| Учёные ПНИПУ создали умные капсулы, которые удешевляют добычу нефти втрое, ПНИПУ, 17:05, 17.08.2026, Россия |
590 |
| Для добычи трудноизвлекаемой нефти используют специальный гель, чтобы создать трещины. После операции его нужно удалить, однако существующие средства срабатывают слишком рано или не выдерживают высоких температур. Учёные ПНИПУ создали новые капсулы для добычи, которые стоят в 3 раза дешевле аналогов. |
|
|
|
