Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для контроля диаметра критического сечения регулируемого сопла реактивного двигателя

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для контроля диаметра критического сечения регулируемого сопла при производстве авиационных или ракетных реактивных двигателей.

В случае, когда применить стандартные средства контроля параметров при производстве продукции не представляется возможным, применяются специальные способы и устройства для контроля параметров.

Известно одно из таких устройств [1. Пат. RU 2 419 762 С1, МПК G01B 3/46. Калибр типа СФЕРЕЯР, способ настройки мерного стержня калибра, способ тонкой доводки рабочего размера мерного стержня калибра, способ определения действительного размера мерного стержня калибра / П.П. Яровой, В.М. Кудрявицкий. (17.11.2009) Опубл. 27.05.2011. Бюл. №15.] - калибр для измерения внутренних диаметров, содержащий мерный стержень с измерительными наконечниками, каждый из которых имеет сферический рабочий торец, установленный на подвесе из двух пружинных лент и содержащий определитель усилия сопротивления развороту (ОУСР) мерного стержня внутри контролируемого отверстия.

Основные недостатки указанного устройства следующие:

- декларируется повышение точности устройства за счет оснащения его ОУСР, выполненным в виде лент, которые схлопываются между собой при достижении заданного измерительного усилия по указателю и тарировочным обозначениям на шкале, то есть для индикации нужен натяг, что противоречит п. 7 формулы [1.], где предварительное значение устанавливают меньше предполагаемого действительного значения. Даже если значение устанавливают до 5 мкм, то, учитывая непостоянство жесткости пружинных лент и прокладки между ними, есть основание считать эти опосредованные замеры необъективными;

- стопорение настраиваемого измерительного наконечника по легко сминаемому материалу не исключит «случайных самоизменений» [1.], ввиду обязательно происходящей в уплотнении релаксации напряжений с соответствующим изменением настроенного контрольного размера;

- в описании «…процесс измерения представляет собой как бы сравнение с шаром известного диаметра размера контролируемого отверстия в том сечении, в котором происходит сопряжение указанных деталей. При этом мерный стержень представляет собой не полный шар, а цилиндрическую высечку из него» рассматривается как преимущество, однако притирка сферических измерительных наконечников во взаимно перпендикулярных плоскостях по цилиндру [1. Фиг. 5; фиг. 6] даст огранку, но не сферу, равную диаметру замеряемого размера, что однозначно скажется на достоверности измерений, усугубляемой еще тем, что притертые поверхности от образующей цилиндра и диаметра на сфере стержня меньшего диаметра будут разными, а способ по п. 6 формулы [1.] приведет к еще большим искажениям замеров от настроечных.

Из упомянутых недостатков следует, что заявленная простота доведения устройства до рабочего состояния, тем более повышенной точности, -недостоверна, и никак не обойтись «…без включения органов зрения и напряжения сознания» [1.]. В серийном производстве применение данного устройства нецелесообразно: нужно ловить серединные показания размера, возможна нестабильность и недостоверность измерений.

В качестве прототипа к предложенному изобретению принято устройство для измерения выходного диаметра реактивного сопла [2. А.с. SU 186146, МПК G01B 13/08, G01B 3/30. Устройство для измерения выходного диаметра реактивного сопла / Н.И. Богатырев и др. (27.01.1965) Опубл. 12.09.1966. Бюл. №18.]. Измерительные стержни помещены в блок радиально расположенных в одной плоскости цилиндров, к которым подведена рабочая среда, например, воздух, а количество стержней равно количеству створок реактивного сопла.

Недостатки указанного устройства следующие:

- как правило, предусматривается ограничение усилия при контакте устройства со створками, и, несмотря на наличие жиклера, обеспечивающего плавность перемещения стержней, проблема повреждения створок и кинематических звеньев привода сопла сохраняется в связи с тем, что по уплотнениям цилиндров трение покоя отличается от трения движения в несколько раз, а добиться стабильного трения в каждом из цилиндров маловероятно, движение стержней может быть скачкообразным - с чередованием проскальзывания с остановками [3. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика: справ, пособие. - М.: Машиностроение, 1971. - С. 605, 606, рис. 376] и возможным динамическим воздействием на створки;

- устройство не обеспечивает комплексного замера круглости в критическом сечении сопла с учетом податливости створок при определенном усилии воздействия на них;

- «…устройство располагается, примерно, в центре замеряемого диаметра…» [3.], - это оставляет открытым вопрос об обеспечении контроля требования концентричности критического сечения выходному диаметру в связи с тем, что поршни и, следовательно, измерительные стержни займут положение с погрешностью, которая отразится на точности измерения.

Целью настоящего изобретения является предотвращение повреждения створок и кинематических звеньев привода сопла за счет обеспечения перемещения контрольного калибра соосно диаметру фактического исполнения положения створок в критическом сечении регулируемого сопла реактивного двигателя с измерением усилия перемещения, повышение надежности реактивного двигателя и изделий с его применением, а также улучшение качества контроля диаметра сопла критического сечения реактивного двигателя.

Предлагаемое устройство для контроля диаметра критического сечения регулируемого сопла реактивного двигателя включает контрольный калибр, а также средства его перемещения и измерения усилия перемещения. Контрольный калибр посредством сферического подшипника закреплен на элементе средства измерения усилия перемещения с осевым и радиальным зазорами, обеспечивающими возможность его углового и линейного перемещения, ограниченную допусками на размеры сопла. При этом контрольный калибр содержит сферическую поверхность, выполненную с возможностью контакта со створками регулируемого сопла и имеющую диаметр, равный диаметру критического сечения регулируемого сопла.

Конструктивные особенности заявляемого устройства заключаются в следующем. Устройство (фиг. 1, 2, 3) состоит из контрольного калибра 1, закрепленного посредством сферического подшипника 2 на элементе 3 средства измерения усилия перемещения 4 (одно из известных устройств, в данной заявке не рассматривается) контрольного калибра 1 с осевым и радиальным зазорами 5, 6 соответственно. На противоположной стороне средства измерения усилия перемещения 4 установлена двуручная державка 7 и переходник 8 для крепления на устройстве перемещения (винтовое, рычажное, гидропривод и др. - в данной заявке не рассматривается). Контрольный калибр содержит сферическую поверхность 9, равную диаметру критического сечения D_кр регулируемого сопла.

Устройство для контроля диаметра критического сечения регулируемого сопла по настоящему изобретению предполагает два варианта применения: с перемещением в ручном режиме и от привода (механического, гидравлического и др.). В каждом из указанных применений основным требованием операции контроля является обеспечение перемещения контрольного калибра 1 соосно диаметру фактического исполнения положения створок в критическом сечении регулируемого сопла с измерением усилия перемещения.

Крепление контрольного калибра 1 в устройстве обеспечивает возможность его углового и линейного перемещения в пределах зазоров 5, 6, а сферическая поверхность 9 защищает от заклинивания по D_кр. Замер усилия перемещения контрольного калибра осуществляется известным универсальным способом, например, с помощью тензометра и компьютера в зависимости от схемы средства замера усилия перемещения контрольного калибра 1.

Заявляемое изобретение совпадает с устройством по прототипу по следующему признаку: контроль диаметра реактивного сопла критического сечения реактивного двигателя посредством специального устройства. Главным отличием настоящего изобретения от прототипа является контрольный калибр, посредством сферического подшипника закрепленный на элементе средства измерения усилия перемещения с осевым и радиальным зазорами, с обеспечением линейных и угловых перемещений, ограниченных допусками на размеры сопла. При этом контрольный калибр содержит сферическую поверхность, выполненную с возможностью контакта со створками регулируемого сопла и имеющую диаметр, равный диаметру критического сечения регулируемого сопла.

Технический результат заключается в улучшении качества контроля диаметра сопла критического сечения реактивного двигателя, повышении точности измерения, а также в повышении надежности реактивного двигателя и изделий с его применением.

Предлагаемое устройство может быть изготовлено с помощью стандартного оборудования и материалов отечественного производства. Таким образом, оно соответствует критерию «промышленная применимость».

Источники информации

1. Пат.RU 2 419 762 С1, МПК G01B 3/46. Калибр типа СФЕРЕЯР, способ настройки мерного стержня калибра, способ тонкой доводки рабочего размера мерного стержня калибра, способ определения действительного размера мерного стержня калибра / П.П. Яровой, В.М. Кудрявицкий. (17.11.2009) Опубл. 27.05.2011. Бюл. №15.

2. А.с. SU 186146, МПК G01B 13/08, G01B 3/30. Устройство для измерения выходного диаметра реактивного сопла / Н.И. Богатырев и др. (27.01.1965) Опубл. 12.09.1966. Бюл. №18.

3. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика: справ, пособие. - М.: Машиностроение, 1971.

4. Пат.US 4227310, МПК G01B 3/46, G01B 3/52. Heads for gaging devices and fixture for setting same / Frank E. Vanderwal. (27.03.1978) Опубл. 14.10.1980.

5. Пат.US 4200987, МПК G01B 3/42, G01B 3/46, G01B 5/08. Gauge / Marvin G. Schmitt. (10.10.1978) Опубл. 06.05.1980.

6. Патент CH 703905 / Daniel Rochat. Опубл. 13.04.2012.