Диссертация (1137329), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Показано,что погрешность разработанной модели на превышает 5 %.121Основные выводыРазработан универсальный комплексный подход к прогнозированию характеристик и созданию высокотемпературных конструкционных СКМ, обладающих заданным набором физических свойств и предназначенных дляприменения в условиях интенсивных и резко меняющихся тепловых воздействий в составе узлов энергетических и двигательных установок космическогои наземного назначения. Получены следующие результаты.1.
На основе градиентных теорий теплопроводности и термоупругостиразработана универсальная физико-математическая модель для прогнозирования теплофизических и термомеханических свойств высокотемпературныхконструкционных СКМ, систематически учитывающая температурные зависимости характеристик составляющих компонентов.
Математически формализована и проведена процедура идентификации параметров модели на основе массива экспериментальных данных. С использованием развитой моделивыработан критерии оценки прочности СКМ, учитывающий температурныенапряжения и деформации в структуре материала.2. Даны математические формулировки и предложены алгоритмы решения задач конструкционной и функциональной оптимизации структурныхпараметров СКМ с целью достижения требуемого набора физико-механических характеристик конечного материала.
С использованием выработанных критериев прочности и трещиностойкости выявлен набор оптимальныхструктурных параметров СКМ конструкционного назначения на основе системы Al2 O3 −Cr, использованный в процессе реализации технологическогоцикла получения опытных образцов материала. Результатами оптимизациистали значения толщин керамического и металлического слоев ℎ1 = 70 мкми ℎ2 = 20 мкм соответственно при числе пар слоев, равном 21.3. На основе разработанной модели и ее программной реализации проведено численное параметрическое моделирование температурного распределения, а также картины напряженно-деформированного состояния в струк122туре СКМ Al2 O3 −Cr с оптимальными параметрами в условиях интенсивноготеплового воздействия.
Показано, что максимальные температурные деформации в структуре материала не превышают предельно допустимого уровня.4. Предложен способ аналитической оценки термостойкости СКМ. Показано, что для композита, состоящего из 21 пары чередующихся слоев Al2 O3и Cr с толщинами 70 и 20 мкм соответственно, максимальный температурныйперепад, выдерживаемый материалом в отсутствие зарождения трещин, составляет Δc = 553 ℃.5. Предложен способ технологического получения слоистого металл-керамического композита Al2 O3 −Cr, основанный на методе шликерного пленочного литья. Выявлены оптимальные параметры технологических циклов навсех этапах синтеза. Получены опытные образцы композита с оптимальнымиструктурными параметрами и посредством аттестации совокупности достигнутых физико-механических свойств доказано их соответствие прогнозируемым характеристикам.6.
На основе массива экспериментальных данных о структурных, теплофизических и термомеханических характеристиках опытных образцов полученного материала проведена верификация разработанной физико-математической модели и аналитического критерия оценки термостойкости СКМ. Показано, что погрешность расчетной модели не превышает 20 %, а критерияоценки термостойкости — 10 %.7.
Предложена конструктивная схема реализации высокотемпературного трубопровода для передачи газообразного теплоносителя на борту космических аппаратов, выполненного на основе слоистых металл-керамическихструктур (СКМ и ЭВТИ). Развита физико-математическая модель, позволяющая описывать тепловые процессы в слое ЭВТИ. На основе разработанноймодели и ее программной реализации проведено численное параметрическоемоделирование теплового режима трубопровода с ЭВТИ.
Показано, что притемпературе теплоносителя 1 500 К мощность тепловых потерь в космическое123пространство составит 1,9 кВт/м2 при эффективном коэффициенте теплопроводности изоляции 10 мВт/(м · К). На основе результатов теплофизическихиспытаний макета трубопровода с ЭВТИ проведена верификация разработанной модели. Показано, что погрешность модели не превышает 5 %.По итогам диссертационного исследования составлен акт внедрения результатов диссертационной работы в ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша» от 01декабря 2015 г., подтверждающий их практическую значимость при разработке и создании деталей, узлов и агрегатов ракетно-космической техники с повышенными функциональными и эксплуатационными показателями, а такжеих использование в ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша» при выполнении СЧ НИР«Магистраль» (Нано) «Исследования по созданию научно-технического задела по применению разработок в области нанотехнологий для перспективныхизделий ракетно-космической техники с повышенными показателями надежности и качества» в рамках Государственного контракта от 21.11.2012 № 2512128/12, заключенного между Федеральным космическим агентством и ГНЦФГУП «Центр Келдыша», в части разработки теоретических моделей, подходов и алгоритмов, направленных на прогнозирование и описание теплофизических и термомеханических характеристик высокотемпературных слоистыхнанокомпозиционных материалов для термонапряженных узлов ракетно-космической техники (пп.
2.2.2.98-2.2.2.104 ТЗ, этапы 1–7, 2013–2015 гг.).124Список литературы1. Ризаханов Р. Н., Полянский М. Н., Бармин А. А., Рудштейн Р. И. Функциональные материалы для трубопроводов ядерных энерго-двигательных установок // Перспективные материалы. 2013. № 9. С. 14–18.(0,34 п. л. /0,085 п. л.).2. Ризаханов Р. Н., Бармин А. А., Рудштейн Р. И.
и др. Получение наноструктурированного слоистого композита оксид алюминияхром для применения в термонапряженных узлах ракетно-космической техники // Перспективные материалы. 2014. № 6. С. 12–18.(0,32 п. л. / 0,04 п. л.).3. Ризаханов Р. Н., Бармин А. А., Рудштейн Р. И. и др. Керамическийкомпозит на основе нитрида бора с повышенной стойкостью к ионнойбомбардировке для применения в составе холловского двигателя // Перспективные материалы. 2014. № 12. С. 16–24. (0,60 п. л. / 0,067 п. л.).4. Rizakhanov R. N., Barmin A.
A., Rudshtein R. I. etal. Prediction of thermaland thermomechanical properties of high-temperature laminated compositesbased on the system Al2 O3 −Cr // Nanomechanics Science and Technology.2015. no 1. (0,60 п. л. / 0,1 п. л.).5. Ризаханов Р. Н., Бармин А. А., Рудштейн Р. И.
Теплоизоляторы нового поколения на основе наноматериалов в ракетно-космической технике // Труды 2-й Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантови молодых ученых «Функциональные наноматериалы для космическойтехники», МИЭМ, 2011 г. 2011. С. 150–154. (0,19 п. л. / 0,064 п. л.).6. Ризаханов Р. Н., Полянский М. Н., Рудштейн Р. И. Термоизоляциятрубопровода для транспортировки высокотемпературного теплоносителя ядерной энерго-двигательной установки // Сборник трудов XXII125Международная конференции «Радиационная физика твердого тела»,г. Севастополь, 9–14 июля 2012 г. С. 390–397.
(0,272 п. л. / 0,091 п. л.).7. Ризаханов Р. Н., Полянский М. Н., Рудштейн Р. И. Расчет экранно-вакуумной термоизоляции трубопровода для передачи высокотемпературного теплоносителя ядерной энерго-двигательной установки // Научнотехническая конференция с участием зарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника», г. Судак, 15–24 сентября 2012 г. С. 292–295.(0,27 п. л. / 0,09 п. л.).8. Ризаханов Р. Н., Полянский М. Н., Бармин А.
А., Рудштейн Р. И. Функциональные материалы для трубопроводов ЯЭДУ // Сборник трудовXXIII Международной конференции «Радиационная физика твердоготела», г. Севастополь, 8–13 июля 2013 г. (0,37 п. л. / 0,092 п. л.).9. Ризаханов Р. Н., Бармин А. А., Рудштейн Р. И. и др. Слоистый композиционный материал на основе оксида алюминия и хрома для примененияв термонапряженных узлах ракетно-космической техники // Сборниктрудов XXV Международной конференции «Радиационная физика твердого тела», г. Севастополь, 6–11 июля 2015 г.
(0,321 п. л. / 0,064 п. л.).10. Ризаханов Р. Н., Рудштейн Р. И. Использование жаростойкой керамикидля защиты стенок камер сгорания реактивных двигателей // Тезисыдокладов научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ. 2011 г. С. 314–315. (0,22 п. л. / 0,22 п. л.).11. Ризаханов Р. Н., Полянский М. Н., Рудштейн Р. И. Анализ характеристик экранно-вакуумной высокотемпературной термоизоляции для применения в узлах космической техники // Сборник тезисов докладов научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ НИУ ВШЭ и ВШЭ, Москва, МИЭМ, 19 февраля – 4марта, 2013 г. (0,133 п. л.
/ 0,044 п. л.).12612. Ризаханов Р. Н., Полянский М. Н., Бармин А. А., Рудштейн Р. И. Высокотемпературные функциональные материалы для промышленных установок // Сборник тезисов докладов научно-технической конференциистудентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ НИУ ВШЭ иВШЭ, Москва, МИЭМ, 17–28 февраля, 2014 г. (0,25 п. л. / 0,063 п. л.).13. Ризаханов Р. Н., Полянский М.
Н., Бармин А. А., Рудштейн Р. И.Конструкция трубопровода для транспортировки высокотемпературного теплоносителя в космических аппаратах // Сборник тезисов докладовнаучно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ НИУ ВШЭ и ВШЭ Москва, МИЭМ, 3–13 февраля,2015 г. (0,31 п. л. / 0,08 п.
л.).14. Карпинос Д. М., Тучинский Л. Н., Вишняков Л. Р. Новые композиционные материалы. Киев: Высшая школа, 1977. 312 с.15. Карпинос Д. М., Максимович Г. Г., Кадыров В. Х., Лютый Е. М. Прочность композиционных материалов. Киев: Наукова Думка, 1978. 236 с.16. Варенков А. Н., Костиков В. И. Сверхвысокотемпературные композиционные материалы. М.: Интермет Инжиниринг, 2003. 560 с.17. Браутман Л., Крок Р. Применение композиционных материалов в технике / Под ред. Б. Нотона.
М.: Машиностроение, 1978. Т. 3 из Композиционные материалы. 511 с.18. Композиционные материалы в конструкции летательных аппаратов /Под ред. А. Л. Абибова. М.: Машиностроение, 1975. 272 с.19. Портной К. И., Салибеков С. Е., Светлов И. Л., Чубаров В. М. Структура и свойства композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1979.255 с.12720. Кац С. М. Высокотемпературные теплоизоляционные материалы. М.:Металлургия, 1981.
232 с.21. Самсонов Г. В., Борисова А. Л., Жидкова Т. Г. и др. Физико-химическиесвойства оксилов: Справочник / Под ред. Г. В. Самсонова. 2-ое изд. М.:Металлургия, 1978. 472 с.22. Богданова З. П. Исследование взаимодействия в системе HfO2 −Ta //Труды МХТИ. 1978. № 98. С. 11–15.23. Ольшанский Я. Н., Шлепов В. К. Система Cr−Cr2 O3 // Доклады Академии наук СССР. 1953.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
