Композитная защита картера – новые технологии на страже прочности! Композитный двигатель
ЦИАМ
24 Марта 2017
Переход от металла к композиционным материалам (КМ) в авиации вполне допустимо сравнить с революцией, которая произошла когда-то при переходе самолетостроения от дерева к металлу. А какова ситуация с использованием КМ в авиационном двигателестроении? Об этом рассказывает один из самых авторитетных специалистов в данной области, профессор, доктор технических наук Тельман Джамалдинович Каримбаев, начальник отдела прочности неметаллов ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова» (входит в состав НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского»).Какие преимущества дает использование КМ в авиадвигателе? Где это использование наиболее целесообразно?
Есть общие физические принципы, определяющие эффективность двигателя. Согласно термодинамическому циклу Карно, освоенная температура газа определяет уровень совершенства авиационного двигателя. В настоящее время материалы, которые используются в турбинах, работоспособны при температурах 1100°С максимум. Чтобы они продолжали работать при более высоких температурах газа, их необходимо охлаждать. Это усложняет конструкцию и требует отбора воздуха от компрессора, из-за чего существенно снижается экономичность двигателя. Современные композиционные материалы (КМ) способны обеспечить более высокие рабочие температуры деталей турбины с существенно меньшими потерями на охлаждение или даже вовсе без него. Мы пытаемся применить для этих целей высокотемпературные КМ, в основном – керамические (ККМ). Если металлические материалы, которые сегодня применяются в турбинах, имеют удельный вес порядка 7,5–8 г/см3, то у ККМ удельный вес – 3–3,4 г/см3, то есть масса изделия снижается в два раза. А любое снижение массы – это уменьшение расхода топлива, повышение надежности. Не меньше эффект от применения КМ в холодной части ГТД. В настоящее время тенденция такова, что эффективность двигателя повышается с увеличением степени двухконтурности, и в этом случае вентилятор приобретает все большие размеры. А ведь вес вентилятора – это порядка 30-40% веса всего двигателя. Лопатки вентилятора ПД-35, например, имеют длину около 1,1 м, диаметр вентилятора на входе – 3 м, и в этом случае применение металлов приводит к недопустимому росту массы. Даже если гораздо меньшую лопатку для вентилятора двигателя размерности ПД-14 изготовить из сплошного титана, она будет весить 11 кг. Масса нынешней полой титановой лопатки – 8 кг, а углепластиковой – 5,5 кг. А ведь это не только экономия в 2,5 кг на каждой лопатке, которых в вентиляторе около 20. Поскольку это вращающиеся массы, то в результате их снижения уменьшается нагрузка на диск, на вал, снижается ударное воздействие на корпус при обрыве лопатки, турбину можно сделать менее мощной. Подсчитано, что каждый килограмм экономии массы вентилятора приводит к снижению на 3,75 кг массы всего двигателя. А если двигатель легче, то снижается нагрузка на крыло и его тоже можно облегчить. В целом же при замене металлов на КМ масса отдельных деталей снижается на 10–50%, долговечность улов увеличивается на 5–25%, а экономичность двигателя возрастает на 3–8%.
Вы стояли у истоков работ по использованию КМ в авиадвигателестроении. Есть ли в отечественной истории какие-то достижения в этой области? Причастен ли к ним ЦИАМ?
На каком уровне, в сравнении с мировым, в настоящее время находится внедрение КМ в отечественном авиадвигателестроении?
В 1970-80-х годах мы шли вровень с исследованиями западных коллег, но в 1990-е годы существенно отстали. Тем не менее, в последнее десятилетие наметилась положительная тенденция. В результате новых разработок, таких как ПД-14 и ПД-35, появляется спрос на научные исследования, в том числе и по КМ. На сегодняшний день на российских двигателях, например на ПС-90, из КМ изготовлены лишь небольшие несиловые элементы. На ПД-14 из КМ изготовлены мотогондола и передний корпус, однако силовых элементов из КМ по-прежнему нет, хотя почти все современные западные двигатели-конкуренты разрабатываются с углепластиковыми лопатками вентилятора. Наше преимущество заключается в том, что мы знаем из зарубежного, да и из своего собственного опыта, что и как надо делать. Другое дело, что полноценной возможности реализовать эти знания нет. ЦИАМ работает над созданием научно-технического задела (НТЗ) по деталям из КМ для новых двигателей, но существенным препятствием на этом пути является отсутствие отечественных материалов с необходимыми свойствами, например по стойкости к удару посторонними предметами. Зарубежные углепластики имеют предел прочности на сжатие после удара 350 МПа, а у плетеных КМ – до 385. У отечественных материалов этот параметр не превышал 240 МПа. После значительных трат и усилий в прошлом году мы достигли гарантированных 290 МПа, а есть образцы, которые показывают 310–350 МПа. В этом направлении мы сейчас и работаем. Приближаемся к тем характеристикам, которые нужны для изготовления лопаток из углепластика. Мы обязаны создать конкурентоспособные изделия в существующих условиях и, безусловно, мы ищем пути, как это сделать. Я могу показать это на примере углепластиковой рабочей лопатки вентилятора. Мы проанализировали все плюсы и минусы имеющихся в мире технологий, и в результате у нас родилась своя, гибридная технология, с помощью которой мы получаем конкурентоспособное изделие по очень низкой стоимости. Мы к этому пришли буквально в 2016 году.Расскажите о разработанной в ЦИАМ технологии изготовления углепластиковых широкохордных лопаток.
Мы разработали гибридную инфузионно-автоклавную технологию, которая позволяет использовать углепластиковую оснастку. Также нами придуман способ, позволяющий при ручной выкладке сухой ткани все уложить точно.Известно, что работа с КМ требует совершенно другого подхода в сравнении с разработкой деталей из металла. Какова роль ЦИАМ в создании методов проектирования изделий из КМ?
Можно ли считать, что этот расчетный комплекс готов для того, чтобы его восприняла промышленность?
Мы сами для себя наметили, что в 2018 году напишем полное руководство по проектированию лопаток из КМ, но сейчас у нас еще есть трудности в предсказании длительной прочности и ресурса. Неоткуда взять данные для проверки. Опыта эксплуатации подобных изделий у нас нет. Гарантировать, что эта лопатка будет стоять 30 тыс. часов, без испытаний невозможно. Ну а в целом уровень наших матмоделей не только соответствует мировому, но, мне кажется, даже превосходит его, особенно в части использования двухкомпонентных моделей.
Каков порядок работ после того, как лопатка спроектирована?
В результате проектирования создается укладка, то есть схема того, каким образом уложить слои в лопатке, чтобы они наилучшим образом воспринимали нагрузки, которые возникают в изделии: а кроме центробежной нагрузки из-за закрученности возникает раскрутка, надо учесть колебания, ударные нагрузки, рациональный расход материала и т.д. Оптимальный вариант укладки получается в результате компромисса. У каждого изделия – своя укладка, а это значит, что у каждой лопатки – свой материал с уникальными характеристиками. А новый материал нужно квалифицировать в соответствии с существующими нормами. В случае с металлом достаточно общей квалификации материала: модули упругости, влияние температуры и прочее. Все это записано в паспорте на материал. Но для КМ есть данные только для простейших случаев армирования. На эти данные смотрят лишь в самом начале проектирования, определяя, годится ли этот материал в принципе для данного изделия. Но при проектировании углы армирования существенно меняются – это уже новый материал, который создается одновременно с конкретным изделием. Нужна специальная квалификация материала лопатки. То есть число испытаний значительно увеличивается. Использование КМ в конструкции Boeing 787 привело к уменьшению массы самолета на 50%, но число испытаний свойств материалов увеличилось с 5000 до 100 000. Одновременно идет отработка самой конструкции на конструктивно подобных элементах. Например, у нас в ЦИАМ созданы двухзамковые образцы, которые моделируют хвостовик. Мы исследуем их на длительную прочность, подвергаем циклическим испытаниям. Проводим испытания и самой лопатки на усталость, то есть идет прочностная и технологическая доводка изделия. При этом отрабатываются и методы неразрушающего контроля. Проводятся испытания на разгонном стенде. Весь комплекс испытаний рабочих лопаток у нас уже отработан.
Какое оборудование есть в ЦИАМ для изготовления углепластиковых широкохордных лопаток?
В результате длительных усилий нам удалось собрать все необходимое оборудование для производства углепластиковых лопаток. Таким образом, создан участок, который позволяет по нашей технологии создавать качественные лопатки различных типоразмеров. В среднем на изготовление одной лопатки уходит несколько дней, так что в принципе мы можем организовать в ЦИАМ мелкосерийное производство. Что касается измерений, то у нас есть лаборатория, аккредитованная АР МАК, то есть мы имеем право проводить квалификационные испытания механических свойств и характеристик материалов и изделий, в том числе после выдержки во влажной среде, с учетом нагрева и т.д. Так что ЦИАМ является лидером по внедрению КМ в авиадвигатели во всех отношениях: и в расчетах, и в производстве, и в испытаниях.
Производство углепластиковых лопаток будет дешевле, чем полых титановых?
По нашим расчетам, стоимость углепластиковых лопаток будет составлять 50–70% от стоимости полых титановых. Как делаются полые титановые лопатки? В печи при температуре 1000ºС заготовки распирают внутренним давлением в оснастку. Изготавливать оснастку, которая выдерживала бы эти температуры, – это уже немалые затраты. У нас все гораздо дешевле. Пресс-форма неметаллическая. Ее можно множить в большом количестве, если мы имеем мастер-модель. При массовом производстве это будет намного дешевле.
До какого уровня технологической готовности (УТГ) доведена углепластиковая лопатка вентилятора?
Наша цель – 6-й УТГ, после чего можно передавать технологию промышленности. Сейчас мы находимся на 4-м УТГ. Для перехода на 5-й УТГ нам нужно просто провести больше проверочных испытаний. А вот 6-й уровень – это испытания в двигателе. Технология есть, но нужны испытания, испытания и испытания. Расскажите о разработках ЦИАМ в области использования КМ в малоразмерных ГТД (МГТД).
Программа по отработке технологии изготовления отдельных деталей и узлов малоразмерных двигателей из КМ стартовала в 2005 году, но работа над ней прерывалась, и выполнили мы ее лишь в 2016 году. В результате нами созданы из КМ все детали ротора: центробежное колесо, колесо турбины, колесо осевого компрессора низкого давления. Кроме этого, изготовлены неохлаждаемая жаровая труба, а также сопловой аппарат, который стоит в турбине высокого давления. Это самая теплонапряженная конструкция в двигателе.Неизменный интерес посетителей всевозможных экспозиций на стенде ЦИАМ привлекает компрессор с внешним валом.
Идея в том, что керамика лучше работает на сжатие, чем на растяжение. И в компрессоре с внешним валом лопатка как бы упирается в наружный вал и работает именно на сжатие. Нас пока останавливает лишь отсутствие магнитных опор. Обычные подшипники в таком изделии применить нельзя. Вал должен висеть на магнитных подшипниках.Эти изделия уже можно использовать в реальных двигателях?
В отношении соплового аппарата для МГТД мы гарантируем ресурс 25 часов и считаем, что изделие готово для эксплуатации в малоресурсных двигателях. Но для выхода на ресурс в 10 тыс. часов надо проводить дополнительные испытания. С рабочим колесом турбины ситуация сложнее. Сейчас у нас сделано несколько вариантов. Испытания на разгонном стенде прошли успешно, изделия стояли до 60 тыс. оборотов в минуту и лопатки сломались при расчетных нагрузках. Необходимо проводить испытания при высокой температуре. С компрессорами из КМ для МГТД у нас нет проблем – можно внедрять. Для короткоресурсного двигателя горячую часть мы уже готовы сделать из КМ, но для применения в ресурсоемких двигателях нужны дополнительные испытания.А как идут работы над подшипниками из КМ, которые не требуют смазки?
Мы сделали сепараторы из углерод-углеродного КМ для этих подшипников и шарики из материала, который называется «скелетон». Но необходимо эти шарики обработать, довести до очень высокой чистоты поверхности и сферичности, которая достигается в стальных шарах. Однако этот материал с трудом поддается обработке. С помощью лазера оказалось возможным довести шарики до нужной кондиции. Но эта технология очень дорогая, и конкурентоспособное изделие таким образом не сделаешь. Между тем, за рубежом такие подшипники уже стоят на малоразмерных двигателях. Дело опять же в материалах. За рубежом шарики в основном делают из нитрида кремния, который легко обрабатывается. Мы также пытаемся использовать этот материал, но в России порошки для нитрида кремния нужной чистоты и зернистости не производят. Мы изготовили шары из зарубежных порошков, их успешно обработали, и теперь они будут нами испытываться.Неметаллы дают дополнительную свободу конструктору?
У КМ большие возможности в этом плане, поскольку мы можем регулировать их свойства. Ну, например, оказалось, что металлическая лопатка по какой-то частоте попадает в резонанс с потоком. Приходится менять всю геометрию изделия, зачастую с падением КПД. При использовании углепластика мы меняем не геометрию, а внутреннюю структуру материала и уходим от резонансных частот. Или, например, на самом кончике лопатки часто возникает срывной флаттер. На металлической лопатке обрезают этот кончик, теряют в КПД, зато обеспечивают работоспособность изделия. При использовании КМ мы меняем структуру армирования в этом месте и добиваемся того, что кромка будет держать.Есть ли изделия, которые можно сделать только из неметаллов?
Если речь идет о мощных двигателях с большой степенью двухконтурности, то бессмысленно говорить о металлической лопатке. Что говорить, если компания Rolls-Royce, которая обожглась на КМ и все последующие годы ориентировалась на полые титановые лопатки, сейчас начинает делать эти изделия из углепластика. Не потому, что она их любит, а потому что они экономичнее и надежнее. Наработка первых экземпляров лопаток из углепластика превысила 30 млн. часов. Планируется достижение 150 млн. летных часов. У металла 30 млн. часов – это предел.Есть ли в отрасли понимание необходимости интенсифицировать работу по использованию КМ?
Сейчас совершенно другое отношение к проблеме, даже по сравнению с началом 2000-х годов. Если раньше говорили: «Обойдемся без этого», то сейчас, по крайней мере на высоком уровне, так не говорят. Использование композитов – область наибольшего прогресса в авиации. Именно сюда надо вкладывать средства для получения максимальной отдачи.www.ciam.ru
General Electric готовит революцию в авиационном двигателестроении. Керамические матричные композиты в конструкции двигателя изменяемого цикла с адаптивной технологией (Видео)
Демонстратор технологии ADVENT. Фото: General ElectricАмериканская компания General Electric завершила начальные испытания прототипа реактивного двигателя изменяемого цикла с адаптивной технологией (ADVENT), сообщает Flightglobal. По данным компании, двигатель достиг высоких значений температур в зоне компрессора и турбины, которые «являются рекордными в истории авиации». В течение 2013 года General Electric также намерена начать масштабные испытания прототипа новой силовой установки.
В новом двигателе американская компания намерена использовать новые легкие и жаропрочные керамические матричные композиты. Кроме того, General Electric удалось получить важные наработки в ходе разработки адаптивного каскада низкого давления для перспективного двигателя ADVENT. Предполагается, что благодаря новым технологиям новый авиадвигатель будет на 25 процентов экономичнее обычных силовых установок.
По предварительным расчетам, ADVENT также будет отличаться увеличенным на 30 процентов диапазоном рабочих режимов и тягой, на 5–10 процентов превосходящей тягу обычных двигателей с фиксированным циклом работы. Начальное проектирование нового двигателя завершилось 8 февраля 2013 года. На ноябрь 2014 года запланирована защита эскизного проекта силовой установки, а все работы планируется завершить до конца 2016 года.
Прототип двигателя на испытательном стенде. Фото с сайта businesswire.com
Все технологии, полученные в ходе разработки ADVENT, будут использованы в перспективных двигателях AETD для боевых самолетов, в разработке которых заинтересованы ВВС США. Новая силовая установка должна уметь переключаться между разными режимами полета ─ сверхзвуковым и дозвуковым. Существующие сегодня двигатели способны работать только в одном из этих режимов. За счет возможности переключения двигателя между режимами и будет достигаться топливная эффективность.
Особенностью нового двигателя станет использование третьего воздушного контура. При взлете и полете на максимальной скорости третий контур будет закрываться, чтобы двигатель мог поддерживать максимальный уровень тяги. При полете на крейсерской дозвуковой скорости третий воздушный контур будет открыт, что позволит несколько увеличить тягу двигателя и снизить потребление топлива.
Разработку технологий реактивного двигателя изменяемого цикла ВВС США заказали у компании General Electric в сентябре 2012 года. Тогда сообщалось, что рабочий прототип нового двигателя будет создан к 2017 году, а его установка на боевые самолеты начнется после 2020 года. По предварительной оценке, использование адаптивных двигателей позволит ВВС США экономить до 1,2 миллиарда галлонов топлива в год (4,5 миллиарда литров). Это чуть меньше половины ежегодного потребления топлива американскими ВВС.
Реактивный двигатель изменяемого цикла с адаптивной технологией (ADVENT) Керамические матричные композитыwww.nanonewsnet.ru
Жидкоштампованный композитный поршень с приработочным и антифрикционным покрытиями для автомобильного двигателя
Изобретение относится к области двигателестроения и может найти применение при проектировании и изготовлении жидкоштампованных композитных поршней для ДВС, имеющих армированную головку и снабженных различными типами антифрикционных и приработочных покрытий. Сущность изобретения заключается в том, что геометрические параметры составляющих частей поршня выбраны таким образом, что позволяют с оптимальной степенью учитывать его геометрические параметры и режимы работы его в двигателе. Изобретение позволяет повысить топливную экономичность, снизить расход тепла на угар, шумность и токсичность отработавших газов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано при проектировании поршней двигателя внутреннего сгорания (ДВС), содержащих армированные головки и имеющие различные типы покрытий на юбке.
Известен поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку с канавками под компрессионные кольца и юбку, причем параметры поршня (его головки и юбки) выполнены таким образом, чтобы в процессе работы поршня в цилиндре двигателя юбка приобретала оптимальные параметры, учитывающие как термические и динамические нагрузки, так и параметры масляного клина между поршнем и цилиндром (см., например, патент РФ 2007602, F 02 F 3/00, 1994). Недостатком данной конструкции, как и конструкции аналогичных типов поршней, является то, что, несмотря на попытки оптимизировать профиль рабочей поверхности поршня путем задания ее геометрических параметров, в достаточной мере не удается снизить расход топлива и масла двигателя, шумность и токсичность без оптимизации диаметрального зазора по жаровому поясу головки поршня, т.к. применяемые в известном техническом решении геометрические параметры не являются оптимальными для композитного поршня, имеющего антифрикционное и приработочное покрытие. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому, принятым в качестве прототипа, является поршень с антифрикционным и приработочным покрытиями (преимущественно на основе дисульфида молибдена с различными типами высокотемпературных добавок) для автомобильного двигателя, содержащий головку с жаровым поясом, армированную кварцевыми волокнами, канавками под компрессионные и маслосъемное кольца и юбку с профилированной овально-бочкообразной рабочей поверхностью (см. патент СССР 1839697, F 02 F 3/00, опубл. 1993 г.) Недостатком данной конструкции является то, что хотя данный поршень имеет армированную кварцевыми волокнами головку, приработочное и антифрикционное покрытия, что в конечном итоге повышает его надежность и работоспособность, его конструктивные и геометрические параметры не сбалансированы относительно условий его работы в двигателе, т.е. в настоящее время не найдены оптимальные параметры поршня, учитывающие в достаточной мере сложность динамических и тепловых процессов, происходящих в двигателе при движении такой конструкции поршня в цилиндре. Целью настоящего изобретения, т.е. тем техническим результатом, который предполагается получить от использования настоящего изобретения, является повышение топливной экономичности, снижения расхода масла на угар, шумности и токсичности отработавших газов путем оптимального подбора его геометрических параметров. Поставленный результат достигается за счет того, что в жидкоштампованном композитном поршне для автомобильного двигателя с приработочным и антифрикционным покрытиями, содержащем головку с жаровым поясом, армированную кварцевыми волокнами и канавками под компрессионные и маслосъемное кольца, и юбку с профилированной овально-бочкообразной рабочей поверхностью, геометрические параметры головки и юбки выполнены в соответствии с соотношениями
1/Dц=(2,4...2,59)
10-3; 2/Dц=(0,88...0,94)10-3; 3/Dц=(0,65...0,78)10-3; 4/Dц=(0,06...0,075)10-3; Но/Dц=(0,55...0,59)10-3, где 11 - диаметральное отклонение в верхней кромке жарового пояса от номинального диаметра поршня, мм; 2 - диаметральное отклонение в нижней кромке межколечной перемычки от номинального диаметра поршня, мм; 3 - диаметральное отклонение в верхней зоне юбки от номинального диаметра поршня, мм;4 - диаметральное отклонение в нижней кромке юбки от номинального диаметра поршня, мм; Но - расстояние от днища поршня до зоны максимального диаметра поршня; Dц - диаметр цилиндра; Кроме того, отношение высоты жарового пояса Нг к диаметру цилиндра Dц может быть выполнено равным 0,034...0,049 для двигателей с искровым зажиганием и 0,085...0,090 - дизельных двигателей. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан поршень с бочкообразной поверхностью, на фиг.2 - вид I по фиг.1. Поршень для ДВС содержит головку 1 с жаровым поясом 2, армированную кварцевыми волокнами и с приработочным и антифрикционным высокотемпературными покрытиями, канавки 3 под компрессионные и маслосъемное кольца (условно не показаны), юбку 4 с профилированной овально-бочкообразной рабочей поверхностью 5. Диаметральное отклонение 1 в верхней кромке 6 жарового пояса 2 от номинального диаметра поршня Dп относительно диаметра цилиндра Dц выполнено равным (2,4...2,59)10-3. Диаметральное отклонение 2 в нижней кромке 7 первой межколечной перемычки 8 от номинального диаметра поршня Dп относительно диаметра цилиндра Dц выполнено равным (0,88. ..0,94)10-3.Диаметральное отклонение 3 в верхней зоне 9 юбки 4 от номинального диаметра поршня, относительно диаметра цилиндра Dц, выполнено равным (0,65...0,78)10-3. Диаметральное отклонение 4 в нижней кромке 10 юбки 4 от номинального диаметра поршня Dп относительно Dц выполнено равным (0,06...0,075)10-3. Причем отношение расстояния Но (расстояние от днища поршня до зоны максимального диаметра поршня) к диаметру цилиндра Dц выбирается в пределах (0,55... 0,59)10-3. Для двигателей с искровым зажиганием вводят дополнительный параметр профилирования: отношение высоты жарового пояса Нг к диаметру цилиндра Dц, которое выбирается в пределах 0,034...0,049. Для дизельных двигателей отношение Нг/Dц выбирается равным 0,085...0,090. Отклонения 1, 2, 3, 4 задаются без учета наличия фасок в точках 6, 7, 9 и 10. Изготовление поршней с геометрическими параметрами, описанными выше, позволяет учитывать динамику колебаний поршня на масляном слое, его тепловую деформацию, и получать изделия способствующие снижению механических потерь в цилиндропоршневой группе, уменьшению так называемых вредных объемов и токсичности газов, уменьшению интенсивности перекладок поршня и шумности двигателя, снижению расхода картерных газов и повышению экономичности по топливу и маслу. Например, испытания опытных поршней, изготовленных в соответствии с изобретением по сравнению с поршнями двигателя ВАЗ-1111, показали уменьшение удельного эффективного расхода топлива на 6...12%, увеличение крутящего момента на 10...15%, снижение шума на 2,5...3 дБ и расход масла на угар на 10%. С поршнями двигателя КамАЗ снижение: удельного расхода топлива на 2...3 г/лсч, шума на 1,2...2 дБ, дымности отработавших газов на 10...15 едениц шкалы Хатриджа, окиси углерода на 8...10%, углеводородов на 10...13%, частиц на 10...15%.Формула изобретения
1. Жидкоштампованный композитный поршень с приработочным и антифрикционным покрытиями для автомобильного двигателя, содержащий головку, армированную кварцевыми волокнами с жаровым поясом и канавками под компрессионные и маслосъемное кольца, и юбку с профилированной овально-бочкообразной рабочей поверхностью, отличающийся тем, что геометрические параметры головки и юбки выполнены в соответствии с соотношениями1/Dц = (2,4. . . 2,59)10-3;2/Dц = (0,88. . . 94)10-3;3/Dц = (0,65. . . 0,78)10-3;4/Dц = (0,06. . . 0,075)10-3; Но/Dц = (0,55. . . 0,59)10-3, где 1 - диаметральное отклонение в верхней кромке жарового пояса от номинального диаметра поршня, мм;2 - диаметральное отклонение в нижней кромке первой межколечной перемычки от номинального диаметра поршня, мм;3 - диаметральное отклонение в верхней зоне юбки от номинального диаметра поршня, мм;4 - диаметральное отклонение в нижней кромке юбки от номинального диаметра поршня, мм; Но - расстояние от днища поршня до зоны максимального диаметра поршня; Dц - диаметр цилиндра. 2. Поршень по п. 1 отличающийся тем, что отношение высоты жарового пояса Нг к диаметру цилиндра Dц выполнено равным 0,034. . . 0,049. 3. Поршень по п. 1, отличающийся тем, что отношение высоты жарового пояса Нг к диаметру цилиндра Dц выполнено равным 0,085. . . 0,090.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 13.09.2006
Извещение опубликовано: 20.08.2007 БИ: 23/2007
www.findpatent.ru
Композитная защита картера – выделяем преимущества и даем советы по выбору + Видео
Композитная защита картера – это деталь, которая служит для предотвращения повреждения масляного картера и других конструкций, которые расположены в нижней части подкапотного пространства, а также не дает попадать грязи, камням и воде под капот автомобиля при передвижении по неровным дорогам или в плохую погоду.
1 Правильный выбор защиты двигателя
Лишь на первый взгляд может показаться, что выбор этой детали не представляет особых трудностей, но на практике необходимо учитывать множество факторов: конструктивные особенности, материал, способы крепления и т. д. На некоторых моделях современных автомобилей заводом-изготовителем предусматривается небольшая штатная защита двигателя и подкапотного пространства из пластика, которая при необходимости глушит энергию небольшого удара посредством своей механической деформации. Чаще всего она изготавливается из карбона или АБС-пластика.
Защита картера из карбона
Поэтому при выборе защиты масляного картера двигателя важно учитывать наличие заводской детали и выбирать такую, которая не будет препятствовать характеристикам пластика на деформацию, предусмотренного производителем авто. Наиболее частые материалы для защиты двигателя:
- нержавеющая сталь (2 или 3 миллиметра толщиной),
- алюминий (с магниевым сплавом для увеличения прочности и придания дополнительной эластичности),
- титан (самые прочные и дорогие виды защиты картера двигателя из металла),
- композитные материалы (углепластик, различные виды стеклопластика, карбон или кевлар).
2 Особенности популярных видов защиты картера
Самыми распространенными видами таких деталей является стальная защита картера, которая изготавливается из прочной 2-миллиметровой стали. Такой материал успешно защищает картер двигателя при столкновении с препятствиями на дорогах и предотвращает попадание грязи и влаги. Среди плюсов подобного варианта можно выделить невысокую стоимость, простоту в изготовлении своими руками и ремонтопригодность (возможность быстрой рихтовки), однако стальная защита подвержена коррозии и не прослужит долго без должного ухода или покраски. Изделия из стали и других видов металла используются теми, кто часто передвигается по бездорожью, а на некоторые внедорожники устанавливается стальная защита шириной 3 миллиметра из усиленной стали.
В последние годы все чаще выбор автолюбителей падает на модели из композитных материалов. Такие детали обладают высокой прочностью, еще более низкой стоимостью, чем стальные и алюминиевые, и достаточной долговечностью при использовании как в городских условиях, так и в условиях бездорожья.
Модель из композитных материалов
При изготовлении композитной защиты картера используется специальная технология с изменениями и дополнениями (в зависимости от конкретного материала), при которой несколько слоев (обычно 5–6) из волокна армируются между собой при помощи специальной смолы (полимеров). Такая технология позволяет получать на выходе очень прочный материал, недаром именно композитные детали используются при производстве болидов Формулы 1, а также в космической промышленности.
Среди основных преимуществ композитной защиты двигателя:
- обтекаемая и эластичная форма, которая позволяет повысить эффективность в сравнении с металлами и увеличить площадь защиты картера,
- высокая жесткость и показатель удельной прочности при невысоком весе детали (не более 10 килограмм),
- на таких деталях не остается последствий так называемых остаточных деформаций, чего нельзя сказать о металлических защитах,
- высокие физико-механические характеристики, стойкость к высоким и низким температурам, неподверженность коррозии и другим химическим изменениям,
- возможность моделирования индивидуальной геометрической формы с обтекающими элементами любой сложности,
- отличная шумо- и виброизоляция материала и др.
Таким образом, при выборе защиты для картера мы рекомендуем обращать внимание именно на модели из композитных материалов, при правильном подходе можно подобрать оптимальную модель с хорошим соотношением цена-качество. Далее рассмотрим основные отличия композитных материалов, из которых изготавливается защита картера для современных автомобилей.
3 Использование композитных материалов для защиты двигателя
Стеклопластик – самый распространенный и доступный вариант защиты картера. При производстве ткань (кварц) служит армирующим материалом, который прочно соединяется с различными полимерами. Такие детали самые тяжелые среди других из композитных материалов. Стеклопластик обладает влагостойкостью, низкой теплопроводностью и относительно высокой прочностью (для сравнения, прочность 2-миллиметровой стали в 3 раза выше).
Защитная деталь из стеклопластика
Композитная защита картера из карбона (углепластика) стоит довольно дорого за счет высокой технологичности и стоимости самого материала. При изготовлении требуется более сложное оборудование, при этом их отличительной особенностью можно назвать высокую эластичность и стойкость к вибрациям, легкий вес (в несколько раз легче стали) и высокую прочность.
Карбон из-за высокой стоимости чаще всего применяют при изготовлении корпусов и защит для гоночных автомобилей или при дорогостоящем аэродинамическом тюнинге.
Но самый главный недостаток карбона – это невозможность восстановления. Если деталь из карбона пробита в какой-либо точке, ее придется полностью заменить. Выбирая защиту из карбона, ни в коем случае не покупайте дешевые варианты неизвестных производителей, при несоблюдении технологичности производства она будет не прочнее обычного пластика и быстро деформируется и выйдет из строя.
Изделия из кевлара (пара-армида) обладают высокой механической прочностью за счет особенностей материала. По сравнению с другими видами композитных материалов для защиты двигателя, кевларовые детали обладают самой высокой химической и термической стойкостью; прочностью, которая превышает прочность карбона в 2,5 раза и высокими амортизирующими свойствами. Защита двигателя из кевлара на данный момент самая дорогостоящая из всех представленных видов, однако повредить ее, передвигаясь по обычному бездорожью, практически невозможно. Производством защит двигателя из кевлара занимается американская компания DuPont и южнокорейская фирма Heracron.
tuningkod.ru
