Технологическое обеспечение равномерности покрытий для деталей гироскопических приборов на установках магнетронного напыления (1026305), страница 2
Текст из файла (страница 2)
– мгновенный центр скоростей;НМ – несбалансированный магнетрон;ПРКП – программно-расчетный комплекс программ;ПХТ – плазмохимическое травление;СУ – система управления;ТНЭ – термонагревательный элемент;ЧЭ – чувствительный элемент.6ВведениеВнедрение в системы управления (СУ) летательных аппаратов и сложныхтехническихсистеммощныхбортовыхвычислительныхкомплексов,используемых для решения кинематических уравнений и аналитическогопостроения инерциальной системы координат, сделало возможным применение втаких СУ бесплатформенных инерциальных навигационных систем, построенныхнаразличныхчувствительныхэлементах(ЧЭ),например,динамическинастраиваемых гироскопах, либо волоконно-оптических гироскопах (ВОГ), атакже кварцевых маятниковых акселерометрах (МА).
Основными требованиями,предъявляемыми к этим приборам, являются точность, надежность, малые вес игабариты, экономичность производства. Наиболее значимыми разработками внастоящее время являются приборы на основе ВОГ и МА.В настоящее время в составе изделий данного класса имеется характернаягруппа ответственных деталей с различными функциональными покрытиями. Ониотличаются высокими требованиями конструкторского допуска на равномерностьпокрытий – отклонения от равнотолщинности составляют менее 10%.Следуетотметить,чтопри реализациитехнологических процессовизготовления деталей данной группы на предприятиях точного приборостроениявозникаютзначительныеобоснованныхданныхтрудности,дляобусловленныетехнологическогоотсутствиемобеспечениянаучноравномерностипокрытий. Это приводит к необоснованным производственным затратам, в томчисле по причине низкого выхода годных деталей (до 50%) от запускаемой партии.Вместе с тем, решению вопросов,направленных, на обеспечениеравномерности толщины функциональных покрытий деталей гироскопическихприборов не уделено достаточного внимания, как в практическом, так и втеоретическом плане.
В этой связи, представляется актуальной, имеющей научноеи практическое значение работа, направленная на разработку технологическогообеспечения равномерности функциональных покрытий с целью обеспеченияэксплуатационных свойств гироприборов.7Целью диссертации является повышение равномерности тонкопленочныхпокрытий, получаемых магнетронным распылением мишеней на установках спланетарным движением подложки для деталей гироскопических приборов.Наиболееважныерезультатыдиссертации,отличающиесянаучнойновизной, заключаются в следующем:1. Разработана математическая модель для оценки скорости роста толщиныпокрытия в рассматриваемой точке подложки при её планетарном движении, как впрямом, так и в обратном направлении, учитывающая отношения частот вращениясателлита к водилу планетарного механизма, расстояния от поверхностираспыления и углов направленности и падения с учётом коэффициентовмаксимума диаграммы направленности распыления от мишени и напыляемогоматериала.2.
Создан пакет прикладных программ, основанный на разработаннойматематической модели и реализующий методику расчетов для скорости ростапокрытия в рассматриваемой точке на поверхности подложки, находящейся впланетарном движении. Результатом работы с пакетом прикладных программявляется банк данных, отражающих изменение кинематических и геометрическихпараметров в процессе напыления, а на их основе – итоговое распределениетолщины покрытия по напыляемой поверхности.3.
Экспериментально определены коэффициенты напыляемого материала ирежима работы распылительной системы для таких материалов как хром,алюминий, титан, композит TiAl, что позволяет обосновывать технологическиережимы во взаимосвязи с кинематическими параметрами при модернизацииимеющихся и при разработке новых установок магнетронного напыления.8Глава 1. Магнетронное напыление функциональных покрытий вгироскопической отрасли1.1.
Эволюция гироскопических приборов в космической техникеВ настоящее время на орбитах вокруг Земли в ближнем космосе, т. е. нарасстоянии до 400 км от её поверхности работает 840-850 космическихлетательных аппаратов (КЛА) различного назначения. В том числе, продолжаетсяполет МКС. При этом на обслуживание КЛА уходит до 65% времени; 15% – этоличное время; время на науку и эксперименты – 20% [1].Структура КЛА характеризуется следующим количеством на орбите:- США около 450 КЛА;- Россия более 100 (включая модули МКС).Космические бюджеты США и России различаются в 14-15 раз, а именно:бюджет России составляет 1,2 млрд. долларов, а в США только на разработкиNASA уходит 18,6 млрд. долларов.Кроме того, в России промышленное производство серьезно отстало отуровня передовых стран, поскольку фактически исчезли такие отрасли какэлектроника и станкостроение.Однако сохранилась вся космическая инфраструктура:- разработка, производство, испытательная база, полигоны;- средства выведения – ракеты-носители «Рокот», «Союз», «Протон-М»,«Ангара» (создается в качестве новой);- осуществляется строительство нового космодрома «Восточный» в Амурскойобласти.Функционируют космические группировки:- средства навигации – КЛА типа «Глонасс-М» и «Глонасс-К»;- средства связи, телерадиовещания – КЛА типа «Экспресс», «Луч-5», «Ямал»;- средства дистанционного зондирования – КЛА типа «Ресурс», «Метеор-М»,«Канопус-В»;9- научные КЛА – КЛА типа «Спектр», «Бион», «Фобос-Грунт», последний, какизвестно, не удалось вывести с опорной орбиты на траекторию полета к Марсу.В США на орбите постоянно дежурят в интересах военного ведомстваоколо 110 КЛА, а во время военных действий к ним добавляются столько жекоммерческих КЛА.
Очевидно, что при разработке КЛА следует применятьсистемный подход, основанный на точном понимании целевого предназначенияразрабатываемого КЛА.Вклад «НИИ ПМ имени академика В.И.Кузнецова» в реализацию программракетно-космической отрасли выразился в создании командных гироскопическихприборов для ракет-носителей и разгонных блоков при освоении космическогопространстваигироскопическихприборовдляосвоениякосмическогопространства с помощью КА и ОС [2].Что касается точностных характеристик гироскопических систем, то ониопределяются в первую очередь возможностями чувствительных элементов.
Какизвестно, основными источниками погрешностей таких систем являются ошибкивходящих в него гироскопов и акселерометров.Наиболее актуальными разработками филиала ФГУП «ЦЭНКИ»-«НИИ ПМимени академика В.И.Кузнецова» (далее НИИ ПМ) в настоящее время являютсяприборынаосновеволоконно-оптическихгироскоповимаятниковыхакселерометров [2, 80, 81].Волоконно-оптические гироскопы играют важную роль в современныхгиротехнологиях, пришедших на смену традиционным электромеханическимгироскопам.Преимуществами ВОГ являются отсутствие подвижных частей, мгновеннаяфункциональная готовность без традиционного времени разогрева, переменнаячувствительность, зависящая от длины намотки волоконного датчика.
ВОГ могутбыть сгруппированы в зависимости от назначения и точности, причем нижняяграница равная 0,01…0,001 град/ч, соответствует применению ВОГ в СУспутников и аэрокосмических объектов высокоточного применения.Принцип действия ВОГ основан на эффекте Саньяка, в соответствии с10которымвкольцевоминтерферометревырабатываетсяразностьфаз,пропорциональная скалярному произведению вектора скорости вращения ивектора площади, образованной замкнутым световодом.Одним из основных факторов, влияющим на точность ВОГ, являетсятепловые помехи, действие которых зависит от распределения температурногоградиента по всей длине волокна.
Это приводит к ошибке по фазовым сдвигам изза чувствительности показателя преломления оптоволокна к температурномурежиму. Этот эффект значительно уменьшает квадрупольная модифицированнаянамотка [81], в которой расположение точек волокна, равноотстоящих от центра,находятся в физически идентичных условиях.Лидерами производства ВОГ в России являются предприятия «Физоптика»и «Оптолинк», а также НПППК (г. Пермь). Выпускающиеся ВОГ обеспечиваютширокий точностной диапазон от 10 до 0,001 град/ч. Наряду с ними свою линейкуВОГ выпускает и «НИИ ПМ имени академика В.И.Кузнецова».«Физоптика»выпускаетВОГразличныхклассовточностисостабильностью нулевого сдвига от 100 до 0,4 град/ч [4]. Представителямимоделей с максимальной точностью являются приборы ВГ035П и ВГ095М [5, 6] смодулятором на основе пьезокерамики для компенсации невзаимного фазовогосдвига.Производством ВОГ в России классом точности для навигационногоприменения занимается компания «Оптолинк», которая выпускает, например,модели гироскопов ОИУС-1000, ОИУС-2000 [7, 8].
В качестве модулятора в такихгироскопах применяется интегрально-оптическая схема (ИОС) на LiNbO3 (ниобатлития), волноводы которого получены в результате протонного обмена.Аналогичную конструкцию имеют ВОГ разработки НИИ ПМ [81]. Основныепараметры ВОГ, выпускаемых НИИ ПМ, представлены в Таблице 1.Наиболее известными зарубежными производителями ВОГ являются такиефирмы, как Honeywell (США), Northrop Grumman (США), KVH Inc. (США),Communications Research Laboratory (Япония), Ixsea (Франция) и т.
д.11Таблица 1.Классификация волоконно-оптических гироскопов разработки НИИПМДлинаНаименованиесветовода,мСлучайная составляющаяскорости ухода(установившийся режим),град/чКИНД.11-2405440,3-0,5КИНД.11-22110000,0110880,0319000,005-01КИНД.11-222КИНД.11-223около2000Примечание0,005В разработкеРис. 1.1. Конструкция ВОГ, разработки НИИ ПМ1 – внешняя катушка, 2 – внутренняя катушка, 3 – ИОС, 4 – термодатчик,5, 6, 7, 8 – нагревательные элементы, 9 – экран12Волоконно-оптическиегироскопы,предназначенныедляусловийэксплуатации повышенной сложности, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
