Исследование взаимосвязи геометрических погрешностей и аэродинамических характеристик моделей летательных аппаратов в трубном эксперименте на основе координатных измерений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.02, кандидат наук Архангельская, Мария Александровна

• Архангельская, Мария Александровна
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Архангельская, Мария Александровна

Оглавление

Введение

Глава 1. Требования к точности и при разработке и изготовлении аэродинамических моделей и их практическая реализация

1.1. Интегрированный процесс разработки и изготовления аэродинамической модели в условиях специализированного модельного производства

1.2. Требования к точности изготовления аэродинамических моделей самолетов

1.2.1 Анализ требований к точности изготовления аэродинамических моделей

1.2.2 Сопоставление современных требований к точности изготовления аэродинамических моделей с реализуемой с развитием технологии их изготовления

1.3 Исследование влияния геометрических погрешностей обработки на оборудовании с ЧПУ поверхностей с аэродинамической профилировкой по результатам прямого аэродинамического расчета обтекания методом Навье-Стокса в пакете АШУБ СБХ

1.3.1 Возможные искажения формы профиля в сечении крыла при его обработке на станке с ЧПУ

1.3.2 Расчетная оценка влияния погрешностей изготовления на аэродинамические характеристики модели

1.3.3 Итоговые оценки допустимых величин погрешностей изготовления и их производственной коррекции

1.4 Инструментальные средства контроля точности изготовления аэродинамических моделей

1.4.1 Технические характеристики координатно-измерительных машин (КИМ), используемых в модельном производстве

1.4.2 Оценка погрешностей, вносимых введением промежуточного базирования

1.4.3 Направления рационального расширения парка КИМ модельного производства

1.4.4 Возможности обеспечения контроля требований к точности изготовления аэродинамических моделей на используемом парке КИМ

Выводы к главе 1

Глава 2. Математическое обеспечение оценки точности изготовления аэродинамических моделей по материалам измерений на КИМ

2.1 Расчетные соотношения сопоставления материалов измерений с исходными математическими моделями изделия для оценки точности изготовления

2.1.1 Геометрические параметры деталей и агрегатов аэродинамических моделей, подлежащие контролю с применением КИМ

2.1.2 Базирование аэродинамической модели в системе координат

КИМ

2.1.3 Определение параметров совмещения исходной математической модели и изготовленной аэродинамической модели по результатам измерений координат точек поверхности

2.2 Повышение эффективности совмещения результатов измерений и математической модели

2.3 Методика оценки точности реализации контролируемых геометрических параметров в изготовленной аэродинамической модели

2.3.1 Совмещение материалов измерения контрольных сечений агрегатов с сечениями математической модели

2.3.2 Особые случаи в решении задачи совмещения результатов измерений и исходной математической модели

2.3.3 Оценка повышения быстродействия при поиске совмещения для линеаризованной поверхности

2.3.4 Методические указания по последовательности проведения

измерений и обработке получаемых материалов

Выводы к главе 2

Глава 3. Внедрение математического обеспечения измерений на КИМ в процесс проектирования и изготовления аэродинамических моделей

3.1 Программное обеспечение оценки точности изготовления аэродинамической модели в составе интегрированной системы автоматизации проектирования и производства

3.1.1 Место разработанного программного обеспечения в составе интегрированной системы проектирования и изготовления аэродинамических моделей

3.1.2 Структура программного комплекса оценки точности изготовления аэродинамических моделей самолетов

3.1.3 Модуль оперативной визуализации результатов измерений и построения графических отчетов

3.2 Оценка объема предварительных измерений контролируемого изделия

для его базирования в осях КИМ

3.3 Примеры оценки точности изготовления аэродинамических моделей

3.3.1 Оценка точности изготовления крупноразмерной полумодели самолета МС-21 для весовых аэродинамических испытаний в конфигурации «крыло - фюзеляж»

3.3.2 Оценка точности изготовления лопатки перспективной модели компрессора внешнего сжатия

3.4 Оценка экономической эффективности

Выводы к главе 3

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование взаимосвязи геометрических погрешностей и аэродинамических характеристик моделей летательных аппаратов в трубном эксперименте на основе координатных измерений»

Введение

Актуальность темы. Для аэродинамических моделей самолетов характерны повышенные требования к точности воспроизведения в процессе производства заданных геометрических характеристик как отдельных деталей, так и изделия в целом. Именно точность воспроизведения геометрических характеристик определяет возможности экспериментальных исследований на аэродинамических моделях. С одной стороны, уменьшенные размеры и условия испытаний обуславливают необходимость более высокой точности, чем для моделируемых натурных самолетов. С другой, при проведении экспериментальных аэродинамических исследований необходимо определить различия сравниваемых аэродинамических компоновок и оценить возможные улучшения характеристик, в том числе относительно малые к общим показателям (0.5 - 1.0%), но существенные для технического и экономического совершенствования проектируемого самолета. В этой связи, обеспечение оценки точности изготовления аэродинамических моделей, соответствующей современному техническому уровню развития, представляется важным и актуальным, что определило тему диссертационной работы.

Воспроизводимая в модели самолета совокупность геометрических параметров не может контролироваться только по величине отклонений координат точек поверхности изготовленной физической аэродинамической модели от исходного задания в виде математической модели. На основе измерения координат точек поверхностей должны быть установлены геометрические параметры, определяющие базирование аэродинамической модели относительно набегающего потока в рабочей части аэродинамической трубы при испытаниях; точность сборки основных агрегатов; воспроизведение задаваемой аэродинамической профилировки, включая параметры, определяющие положение контрольных сечений и аэродинамических профилей в поверхности изготовленных агрегатов (таких например как крутка и «У»-образность для

консолей крыла) и соответствие контуров сечений заданной в математической модели аэродинамической профилировке. Искажение данных параметров возможно за счет погрешностей формообразования в производстве, а также коробления деталей вследствие действия остаточных напряжений после изготовления и термической обработки.

С другой стороны необходима оценка допустимых, по условиям искажения результатов аэродинамического эксперимента, величин производственных погрешностей, соответствующих современным средствам измерения аэродинамических характеристик.

Оценка числовых величин отклонений геометрических параметров от заданных необходима не только для заключения о годности аэродинамической модели или ее несоответствии требованиям, но и для анализа реализованных в эксперименте значений аэродинамических характеристик. Она позволяет с одной стороны корректировать результаты аэродинамических исследований, с другой -совершенствовать технологический процесс изготовления.

При значительном объеме работ, направленных на решение задач контроля точности изделий общего машиностроения, вопросы оценки точности изготовления аэродинамических моделей освещены недостаточно.

Степень разработанности темы. Обработка измерений применительно к оценке точности изготовления деталей изделий общего машиностроения рассмотрена в работах Н.В. Смирнова, И.В. Дунина-Барковского, А.Н. Журавлева, В.П. Короткова [1, 2], С.А. Зайцева, А.Д. Куранова,

A.Н. Толстого [3], В.И. Телешевского [4 - 6], целого ряда других. Статистические методы обработки экспериментальных данных при измерениях описаны в работах

B.Е. Гмурмана [7], В.А. Грановского, Т.Н. Сирой [8], Ч. Лоусона [9] и др.

Применению КИМ в общем машиностроении посвящены работы А.А. Гапшиса, А.Ю. Каспарайтиса, М.Б. Модестова [10], Ю.М. Зубарева,

C.В. Косаревского [11] и др.

Вопросы координатных измерений и применения КИМ при создании современной авиационной техники рассматривались В.Г. Подколзиным,

A.И. Пекаршем, С.О. Огарковым и другими исследователями [12 - 14]. Контролю точности изготовления лопаток компрессоров и турбин ГТД посвящены работы Р.М. Галиуллина, М.А. Болотова, Д.Н. Елисеева, И.И. Кузнецова и др. [15 - 21].

За рубежом задачи обработки измерений решались Р. Кристофом, Х. Нейманом [22], Т. Пфайфером [23], Е. Хартманом [24], С. Хью и Дж. Волнером [25] и другими. Решению задачи оптимального совмещения материалов измерений геометрически сложных деталей с CAD-моделью (iterative closest point algorithm, ICP) посвящены работы П. Бесла и Н. Маккея [26].

Задачи оценки точности изготовления аэродинамических моделей на протяжении ряда лет решались в ЦАГИ. Поскольку традиционно для контроля точности их изгоготовления применялся плазово-шаблонный метод [27], применительно к нему В.Р. Бертынем выполнены работы по оценке точности изготовления контрольных шаблонов и сечений агрегатов аэродинамических моделей. Решение задачи обработки измерений с использованием КИМ для заданных совокупностей контрольных сечений рассмотрено в работах

B.Д. Вермеля, В.Ф. Забалуева, П.М. Николаева [28]. Верификация разработанной методики и реализующего ее программного обеспечения выполнена В.Р. Бертынем [29].

Современные КИМ комплектуются развитыми библиотеками программ для оценки точности деталей, образованных прежде всего совокупностями типовых геометрических объектов.

Для современного модельного производства с использованием оборудования с ЧПУ характерен интегрированный процесс проектирования и производства, основанный на электронном описании изделия математической (геометрической) моделью, которая используется и для контроля точности изготовления физической аэродинамической модели [30].

Выполненное рассмотрение показывает, что контроль точности изготовления изделий общего машиностроения достаточно хорошо освоен. Тем не менее, непосредственное приложение известных методов к оценке точности изготовления аэродинамических моделей ограничено в силу специфичности контролируемых геометрических параметров.

Г.А. Федоренко [31 - 33], А.А. Лебедевым, Л.С. Чернобровкиным [34] и рядом других исследовалось влияние шероховатости поверхности агрегатов самолета и модели на аэродинамическое сопротивление. Публикации по влиянию на аэродинамические характеристики величин отклонений других геометрических параметров при изготовлении моделей практически отсутствуют.

Данные обстоятельства определили цель диссертационной работы.

Цель диссертационной работы: выявление влияния величин производственных погрешностей на аэродинамические характеристики модели в трубном эксперименте, разработка метода оценки точности изготовления по материалам измерений на координатно-измерительных машинах (КИМ), формирование требований к определяющим ее технологическим параметрам финишной обработки на оборудовании с ЧПУ.

Для ее достижения необходимо решение следующих основных задач:

1) Исследование влияния погрешностей изготовления аэродинамических моделей, характерных для обработки на станках с ЧПУ, на их аэродинамические характеристики при различных режимах испытаний и уточнение на этой основе требований к точности изготовления аэродинамических моделей, а также к влияющим на нее технологическим параметрам обработки.

2) Разработка методики проведения и обработки измерений, позволяющей определить значения подлежащих контролю геометрических параметров аэродинамической модели, определяющих погрешности: установки модели на устройствах закрепления в аэродинамической трубе; сборки агрегатов (крыло, фюзеляж, оперение, мотогондолы, пилоны); точность воспроизведения аэродинамической профилировки агрегатов, включая положение контрольных

сечений и аэродинамических профилей в поверхности агрегатов и соответствие контуров сечений задаваемым математической моделью.

3) Разработка математического метода оптимального совмещения материалов измерений координат точек поверхности изготовленной аэродинамической модели с математической (CAD) моделью, с повышенной вычислительной эффективностью.

4) Разработка алгоритма и программного модуля, реализующего метод совмещения материалов измерения изделия с исходной математической моделью.

5) Оценка рационального объема измерений, обеспечивающего проведение совмещения осей собственной системы координат измеряемого объекта с осями координат КИМ для устранения возможных погрешностей исходного базирования.

6) Разработка алгоритмов и программного обеспечения оценки точности изготовления аэродинамических моделей и их агрегатов, описываемых математическими моделями, по результатам измерений на КИМ, в составе интегрированной системы автоматизации проектирования и производства аэродинамических моделей.

7) Апробация разработанного математического и программного обеспечения при изготовлении аэродинамических моделей и внедрение в действующее модельное производство.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1) Выявлена связь между ключевыми параметрами технологического процесса фрезерной обработки на оборудовании с ЧПУ наиболее ответственных агрегатов (типа крыла) аэродинамических моделей, обуславливающими точность изготовления, и изменением значений аэродинамических характеристик, измеряемых в трубном эксперименте.

2) Предложено, на основе прямого численного расчета обтекания профиля крыла аэродинамической модели с искажениями, возможными при фрезерной обработке на оборудовании с ЧПУ, оценивать отклонения показателя

максимального аэродинамического качества в трубном эксперименте и установить на этой основе требования к точности ключевых технологических параметров обработки.

3) Разработан математический метод оптимального совмещения материалов замера координат точек поверхности изготовленной аэродинамической модели и ее агрегатов с исходными конструкторскими математическими моделями, минимизирующий сумму квадратов отклонений, основанный на разложении параметрического представления поверхности в ряд в окрестности точек, соответствующих измеренным, с прогнозом их положения при проведении совмещения.

4) В имитационном эксперименте показана возможность использования для устранения погрешностей размещения (базирования) изготовленной аэродинамической модели в осях координатно-измерительной машины (КИМ), при погрешностях измерения и производства, достаточного объема измерений координат точек, распределенных по поверхности изделия, вместо изготавливаемых с повышенной точностью на модели специальных контрольных реперов (отверстий, сегментов плоскостей и др.).

Теоретическая значимость исследования заключается в общей постановке и решении задачи оценки точности изготовления аэродинамической модели на основе сопоставления материалов измерений на КИМ при их оптимальном совмещении с исходной математической моделью и уточнении требований к параметрам технологического процесса, определяющим точность изготовления, на основании численного расчета регистрируемых в трубном эксперименте изменений аэродинамических характеристик, обуславливаемых

производственными погрешностями.

Практическая значимость исследования заключается в:

1) выявлении параметров технологического процесса, определяющих искажение аэродинамической профилировки при обработке на современном оборудовании с ЧПУ, а также требований к точности их задания,

соответствующей реализуемой точности измерения аэродинамических характеристик в трубном эксперименте;

2) разработке методики оценки точности изготовления аэродинамической модели самолета и ее агрегатов по результатам измерений с использованием КИМ на основе сопоставления с исходной математической моделью;

3) оценке объема измерений аэродинамической модели и ее агрегатов, достаточного для автоматизированного базирования модели в осях КИМ перед проведением контрольных измерений;

4) разработке программного комплекса обработки материалов измерений аэродинамических моделей для оценки точности изготовления (включая специализированный модуль обработки измерений лопастей винтов, лопаток вентиляторов, винтовентиляторов, компрессоров и турбин), интегрированного в систему средств автоматизации проектирования и изготовления аэродинамических моделей, и его внедрении в действующее модельное производство ФГУП «ЦАГИ»;

5) использовании результатов, полученных в рамках диссертационной работы, при выполнении гос. контрактов по ФЦП РГАТ в 2011 - 2016 годах (шифры «Модель-2011», «База», «Мультиплекс», «Верификация», «Развитие»).

Объектом исследования являются аэродинамические модели, а также их обводообразующие детали и агрегаты, изготавливаемые на оборудовании с ЧПУ.

Предмет исследования - математические методы оценки точности изготовления аэродинамических моделей и их агрегатов с аэродинамической профилировкой, описываемых электронными (CAD) моделями.

Область исследования - производство аэродинамических моделей, точность обработки поверхностей с аэродинамической профилировкой на оборудовании с ЧПУ, контроль точности изготовления по результатам измерений на координатно-измерительных машинах (КИМ).

Методологической основой исследования являются труды российских и зарубежных ученых в области метрологии, производственных технологий

обработки деталей сложной формы на оборудовании с ЧПУ, численных расчетов обтекания поверхностей сложной формы (CFD - computational fluid dynamics) методом Навье-Стокса.

Методы исследования основаны на использовании промышленного пакета вычислительной гидродинамики (CFD) ANSYS CFX, соотношений дифференциальной геометрии, теории вероятностей и математической статистики.

На защиту выносятся следующие результаты:

1) определение допустимых величин погрешностей аэродинамических моделей при их изготовлении с использованием для финишной обработки современного оборудования с ЧПУ и обоснование на основе прямого численного аэродинамического расчета требований к точности изготовления моделей крыла, уточняющих отраслевые нормативные материалы;

2) метод оптимального совмещения материалов замера координат точек поверхности изготовленной аэродинамической модели и ее агрегатов с исходными математическими моделями, минимизирующий сумму квадратов отклонений, основанный на разложении параметрического представления поверхности в ряд в окрестности точек, соответствующих измеренным, с прогнозом их положения при проведении совмещения;

3) методика оценки точности изготовления аэродинамических моделей на основе последовательного совмещения материалов измерений аэродинамической компоновки, ее агрегатов и контролируемых сечений с математическими моделями, позволяющая последовательно оценить точность установки модели в рабочей части аэродинамической трубы, точность сборки агрегатов, значения распределенных геометрических параметров, воспроизведение аэродинамической профилировки;

4) разработанный комплекс программного обеспечения (включая специализированный модуль обработки измерений моделей лопастей винтов, лопаток вентиляторов, винтовентиляторов, компрессоров и турбин),

реализующий алгоритм совмещения замера и математической модели, а также методику измерений, с документированием результатов оценки точности изготовления аэродинамической модели.

Личный вклад автора заключается в следующем.

1) Выявление параметров технологического процесса финишной фрезерной обработки на станках с ЧПУ, определяющих точность изготовления, и построение математической модели аэродинамической профилировки крыльевых поверхностей с производственными погрешностями.

2) Проведение расчетных аэродинамических исследований влияния производственных погрешностей на аэродинамические характеристики, с выделением наиболее существенных и допустимых для них величин отклонений в производстве.

3) Разработка математического метода совмещения материалов замера с исходной математической моделью с повышенной вычислительной эффективностью.

4) Программная реализация и интеграция разработанного программного обеспечения в состав системы автоматизации проектирования и производства аэродинамических моделей ФГУП «ЦАГИ».

5) Выполнение с использованием разработанного программного обеспечения оценки точности изготовления целого ряда аэродинамических моделей перспективных самолетов, моделей лопастей винтов, винтовентиляторов, компрессоров ГТД.

Достоверность обосновывается адекватным применением сертифицированных расчетных программ и средств САПР, математических методов дифференциальной геометрии и вычислительной графики, сопоставлением полученных результатов для конкретных изделий модельного производства.

Внедрение результатов работы.

1. Результаты диссертационной работы и разработанный программный комплекс использовались при выполнении ответственных контрактных работ ФГУП «ЦАГИ» в 2011 - 2016 гг.: оценке точности моделей различного назначения в обеспечение разработки самолета по проекту МС-21; моделей средне-ближне магистрального самолета СИ-СБМ Фрегат Экоджет; модели самолета SSJ-100 с дренированным крылом (трубный номер 28RRJ-95-2); для контроля точности изготавливаемого в модельном производстве ЦАГИ комплекта крупноразмерных лопаток компрессора трансзвуковой промышленной аэродинамической трубы Т-128; лопастей моделей компрессоров внешнего сжатия по заказам ФГУП «ЦИАМ» (договор № 4219 от 23.12.2013) и «Snecma» (договор FRA/401SN-537 от 03.10.2014); лопаток турбин системы перекачки топлива (заказ №11720 ОАО «Звезда»); упругоподобной модели крыла магистрального самолета с высокой степенью подобия (договор CHI/419FX-532 между ФГУП «ЦАГИ» и «SADRI», КНР) и целого ряда других.

2. Программный комплекс оценки точности изготовления включен в 2015 -2016 гг. в состав действующей в модельном производстве ФГУП «ЦАГИ» интегрированной системы проектирования и производства.

Соответствие паспорту специальности. Выполненная научно-исследовательская работа соответствует областям исследований паспорта специальности 05.07.02: 14 «Технологические процессы контроля, испытаний и метрологического обеспечения при производстве летательных аппаратов, их систем и агрегатов, включая технологию и средства контроля геометрических параметров...» и 15 «Технологические процессы проектирования, программирования и информационного обеспечения при производстве летательных аппаратов, двигателей и их составных частей, включая технологию и средства: - автоматизированного проектирования технологических процессов и управления ими; - математического моделирования технологических процессов;

- размерной увязки агрегатов; - контроля формы, размеров и взаимного расположения поверхностей агрегатов...».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах: конференции МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук», г. Жуковский, 2011 г.; международном конкурсе студенческих работ на соискание именных премий компании Ое1саш р1с (Великобритания), 2011 г. (вторая премия); научно-технических конференциях ЦАГИ по аэродинамике (2012, 2013, 2014, 2015 и 2016 гг.); всероссийской научно-технической конференции «Авиадвигатели XXI века», Москва, ФГУП «ЦИАМ имени П.И. Баранова», 24 - 27 ноября 2015 г.; II отраслевой конференции по измерительной технике и метрологии для исследований летательных аппаратов (КИМИЛА), г. Жуковский, 25 - 26 октября 2016 г.; заседаниях НТС научно-производственного комплекса ФГУП «ЦАГИ» 6 августа 2013 г.; 22 октября 2013 г.; 5 марта 2014 г.; 21 сентября 2016 г.

По материалам диссертационной работы опубликовано 18 печатных работ, из них 4 - в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ. Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014611899 от 13.02.2014.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 169 страниц, в том числе 69 рисунков и 35 таблиц. Список цитированной литературы содержит 57 наименований.

Содержание работы.

В первой главе рассматривается интегрированный процесс разработки и изготовления аэродинамической модели в условиях специализированного модельного производства. Ее геометрическая модель, определяющая поверхности агрегатов и их аэродинамическую компоновку, обеспечивает информационное единство всех выполняемых работ, включая разработку конструкции составляющих деталей; программирование обработки на оборудовании с ЧПУ,

которая является центральным технологическим процессом модельного производства, и ее проведение; производственный контроль с измерением обводообразующих поверхностей на КИМ и финишный контроль после сборки модели.

Рассмотрены существующие требования к точности изготовления аэродинамическихмоделей, определяемые отраслевым стандартом ОСТ 1 02608-87 [35], и условия их реализации в производстве на примере контрольных моделей, изготовленных в ЦАГИ в разные годы и используемых для калибровки аэродинамических труб.

Выявлен характер возможных производственных погрешностей аэродинамической профилировки в сечениях крыла аэродинамической модели самолета при ее изготовлении на оборудовании с ЧПУ. Построены параметрические модели возможных искажений профилировки в производстве применительно к перспективному ламинаризированному профилю крыла магистрального самолета. На основании численных расчетов обтекания для уравнений Навье-Стокса в пакете ANSYS CFX [36], получены оценки влияния погрешностей изготовления на аэродинамические характеристики на до- и трансзвуковых скоростях.

По допустимым отклонениям аэродинамических характеристик аэродинамической модели в трубном эксперименте, определяемым инструментальной точностью измерения, установлены предельные погрешности изготовления аэродинамических моделей и получены рекомендации к обеспечению точности параметров технологического процесса обработки на оборудовании с ЧПУ [37].

Рассмотрены возможности обеспечения контроля требований к точности изготовления аэродинамических моделей различных размеров на используемом парке координатно-измерительных машин (КИМ) модельного производства ФГУП «ЦАГИ».

Вторая глава посвящена разработке математического обеспечения контроля точности изготовления аэродинамических моделей по материалам измерений. Рассмотрены наиболее существенные геометрические параметры аэродинамических моделей, подлежащие контролю, возможности контроля которых традиционными мерительными инструментами существенно ограничены.

Приведены расчетные соотношения для сопоставления материалов измерений с исходной математической (CAD) моделью изделия. Оценка точности изготовления производится после оптимального (по минимуму суммы квадратов отклонений измеренных точек изготовленной модели от ее математического описания) совмещения материалов измерений с математической моделью. Выполняется развитие алгоритма совмещения замера с соответствующими точками математической модели [28], направленное на повышение его сходимости. Для этого используется разложение в ряд математического описания поверхности в точках модели, соответствующих измеренным. Совмещение измеренных точек с найденными по условиям соответствия точками математической модели заменяется совмещением с прогнозируемыми по результатам разложения точками поверхности. Выполняется анализ эффективности алгоритмов по быстродействию при поиске решения. Рассмотрен ряд особых случаев, характерных для правтических задач, в которых общая система уравнений для нахождения параметров совмещения материалов замера и математической модели вырождается, в связи с неоднозначностью решения для специальных видов поверхностей.

По результатам разработки алгоритмов совмещения замера и математической модели сформулирована методика проведения измерений моделей и обработки их результатов. Ее применение обеспечивает оценку точности установки модели на устройствах закрепления в аэродинамической трубе; определение точности сборки агрегатов (крыло, фюзеляж, оперения, мотогондолы и др.); точности воспроизведения аэродинамической профилировки

агрегатов, включая положение опорных сечений и аэродинамических профилей в поверхности агрегатов (крутка, «^»-образность для крыла и оперения, пространственная форма оси для воздуховодных каналов и лопастей винтов), а также соответствие контуров сечений изготовленной аэродинамической модели заданным в модели математической. Применение методики ориентировано как на технологический производственный контроль, так и на конечную оценку точности изготовленной аэродинамической модели.

Третья глава посвящена внедрению разработанного математического обеспечения обработки измерений в процесс проектирования и изготовления аэродинамических моделей.

Практическое применение разработанных алгоритмов и методики оценки величин погрешностей изготовления аэродинамических моделей по материалам измерений на КИМ в модельном производстве ФГУП «ЦАГИ» обусловило необходимость создания специализированного программного комплекса и его интеграции в действующую систему средств автоматизации проектирования и производства аэродинамических моделей ФГУП «ЦАГИ». Учитывая специфику геометрического описания и параметров лопаток компрессоров ТРД, турбин, винтовентиляторов, лопастей винтов при их регулярном изготовлении в модельном производстве реализована специализированная версия обработки материалов измерений [38].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Архангельская, Мария Александровна, 2017 год

Список литературы

1. Смирнов, Н.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений / Н.В. Смирнов, И.В. Дунин-Барковский. - М.: Наука, 1969. - 512 с.

2. Балакшин, Б.С. Взаимозаменяемость и технические измерения в машиностроении / Б.С. Балакшин, С.С. Волосов, А.Н. Журавлев,

B.П. Коротков. - М.: Машиностроение, 1972. - 616 с.

3. Зайцев, С.А. Допуски, посадки и технические измерения в машиностроении /

C.А. Зайцев, А.Д. Куранов, А.Н. Толстов. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 240 с.

4. Телешевский, В.И. Программная коррекция объемных геометрических погрешностей многокоординатных систем на основе лазерных интерференционных измерений / В.И. Телешевский, В.А. Соколов // СТИН. -2016. - № 9. - С. 14 - 19.

5. Телешевский, В.И. Об особенностях цифровой обработки измерительной информации при высокоточных линейных и угловых измерениях. / В.И. Телешевский, Д.А. Мастеренко // Измерительная техника. - 2016. - № 12. - С. 11 - 14.

6. Телешевский, В.И. Лазерная коррекция геометрических погрешностей многокоординатных систем с программным управлением. / В.И. Телешевский, В.А. Соколов // Измерительная техника. - 2012. - № 5. - С. 33 - 37.

7. Гмурман, В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика / В.Е. Гмурман. - М.: Высшая школа, 2003. - 479 с.

8. Грановский, В.А. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях / В.А. Грановский, Т.Н. Сирая. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1990. - 288 с.

9. Лоусон, Ч. Численное решение задач методом наименьших квадратов / Ч. Лоусон, Р. Хенсон. - М.: Наука, 1986. - 232 с.

10.Гапшис, А.А. Координатные измерительные машины и их применение / А.А. Гапшис, А.Ю. Каспарайтис, М.Б. Модестов.- М.: Машиностроение, 1988.

- 328 с.

11. Зубарев, Ю.М. Автоматизация координатных измерений в машиностроении. Учебное пособие / Ю.М. Зубарев, С.В. Косаревский. - СПб.: Лань, 2016. - 160 с.

12.Пекарш, А.И. Координатно-измерительные машины и комплексы / А.И. Пекарш, С.И. Феоктистов, Д.Г. Колыхалов, В.И. Шпорт // Наука и технологии в промышленности. - 2011. - № 3. - С. 36 - 48.

13. Пекарш, А.И. Применение координатно-измерительных машин при создании современной авиационной техники / А.И. Пекарш // Международная энциклопедия CALS-технологий «Авиационно-космическое машиностроение».

- М.: ОАО «Научно-исследовательский центр автоматизированных систем конструирования», 2015. - С. 393 - 394.

14. Пекарш, А.И. Метрологическое обеспечение конкурентоспособной авиационной техники / А.И. Пекарш, С.О. Огарков // Международная энциклопедия CALS-технологий «Авиационно-космическое машиностроение».

- М.: ОАО «Научно-исследовательский центр автоматизированных систем конструирования», 2015. - C. 494 - 499.

15.Галиуллин, Р.М. Оптоэлектронные системы для размерного контроля изделий сложной формы / Р.М. Галиуллин // Автометрия. - 2004. - Том 40. - № 5. - С. 26 - 37.

16.Болотов, М.А. Повышение точности оценки отклонения расположения в координатных измерениях профилей лопаток компрессора и турбины газотурбинного двигателя / М.А. Болотов, В.А. Печенин, Н.В. Рузанов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета (национального исследовательского университета). - 2014. - № 5-3 (47). -C. 202 - 211.

17.Печенин, В.А. Оптимизация методик выполнения измерений геометрии деталей, имеющих сложные поверхности / В.А. Печенин, М.А. Болотов, Н.В. Рузанов, М.В. Янюкина // Измерительная техника. - 2015. - № 3. - С. 18 -23.

18.Печенин, В.А. Исследование неопределённостей измерений геометрических параметров профилей лопаток компрессора газотурбинного двигателя /

B.А. Печенин, М.А. Болотов, Н.В. Рузанов, М.В. Янюкина // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика

C.П. Королёва (национального исследовательского университета). - 2016. - Т. 15. - №2. - С. 162 - 170.

19.Елисеев, Д.Н. Координатно-измерительные машины в производстве конкурентных авиационных ГТД (на примере семейства АЛ-31) / Д.Н. Елисеев, И.И. Кузнецов // Международная энциклопедия CALS-технологий «Авиационно-космическое машиностроение». - М.: ОАО «Научно-исследовательский центр автоматизированных систем конструирования», 2015. - С. 490 - 493.

20.Кеткович, А.А. Лазерная компьютерная система контроля профиля лопаток газотурбинных двигателей ПКПЛ-1 / А.А. Кеткович, Н.И. Яковлева, Б.А. Чичигин // Контроль. Диагностика. - 2007. - № 3 (105). - С. 32 - 34.

21.Кеткович, А.А. Лазерный профилометр объектов сложной формы / А.А. Кеткович, Б.А. Чичигин // Фотоника. - 2009. - № 3. - С. 30 - 33.

22.Christoph , R. Multisensor-Koordinatenmesstechnik / R. Christoph, H.J. Neumann. -Die Bibliothek der Technik, Band 352.

23.Pfeifer, T. Coordinate metrology and CAx-application in industrial production / T. Pfeifer, D. Inkamp, R. Schmitt. - Hanser Verlag, 2006.

24.Hartmann, E. On the curvature of curves and surfaces defined by normalforms / E. Hartmann // Computer Aided Geometric Design. - 1999. - № 16. - P. 355 - 376.

25.Hu, S.M. A second order algorithm for orthogonal projection onto curves and surfaces / S.M. Hu, J. Wallner // Computer Aided Geometric Design. - 2005. -№ 22 (3). - P. 251 - 260.

26.Besl, P. J. A method for registration of 3-d shapes / P.J. Besl, N.D. McKay // IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell. - 1992. - № 14. - P. 239 - 256.

27. Андреев, В.А. Расчет и построение контуров самолета на плазе / В.А. Андреев, В.А. Зворыкин, Л.А. Коноров, С.С. Леньков, С.Т. Орлов, В.С. Семчуков, В.С. Тархов. - М.: Оборонгиз, 1960 - 490 с.

28.Вермель, В.Д. Оценка точности изготовления аэродинамических моделей самолетов / В.Д. Вермель, А.Ю. Дроздовский, В.Ф. Забалуев, П.М. Николаев // Приборы. - 2010. - № 8. - С. 23 - 29.

29.Бертынь, В.Р. Исследование алгоритма и программы обработки результатов измерений профилированных поверхностей моделей, предназначенных для испытаний в аэродинамических трубах / В.Р. Бертынь, В.Д. Вермель, В.Ф. Забалуев, Т.С. Чекрыгина // Труды ЦАГИ. - 2010. - Вып. 2690. - С. 22 -41.

30.Дмитриев, В.Г. Автоматизация проектирования и производства аэродинамических моделей / В.Г. Дмитриев, В.Д. Вермель, Н.Г. Буньков, М.И. Осепян, А.О. Шардин, А.В. Шиняев // Международная энциклопедия CALS-технологий «Авиационно-космическое машиностроение». - М.: ОАО «Научно-исследовательский центр автоматизированных систем конструирования», 2015. - С. 428 - 433.

31.Федоренко, Г.А. Сопротивление производственных неровностей в турбулентном пограничном слое / Г.А. Федоренко // Труды ЦАГИ. - 1981. -Вып. 2100.

32. Федоренко, Г.А. Влияние числа Рейнольдса, начальной степени турбулентности потока и шероховатости поверхности на cv моделей в

к/ CL 7TÍCLX

АДТ и летательных аппаратов в полете / Г.А. Федоренко // Техника воздушного флота. - 2011. - № 4. - С. 1 - 14.

33.Илларионов, А.М. Состояние лакокрасочного покрытия самолетов в процессе эксплуатации и сопротивление трения шероховатых поверхностей / А.М. Илларионов, Г.А. Федоренко // Техника воздушного флота. - 2009. - Т. 83. - № 2. - С. 1 - 21.

34.Лебедев, А.А. Динамика полета беспилотных летательных аппаратов / А.А. Лебедев, Л.С. Чернобровкин. - М.: ОБОРОНГИЗ, 1962. - 548 с.

35. ОСТ 1 02608-87. Модели летательных аппаратов для испытаний в аэродинамических трубах. Общие требования к контролируемым параметрам и размерам. - ГР 8396036 от 13.03.87. - 24 с.

36.Introduction to ANSYS CFX 15.0. [Электронный ресурс]. URL: https://support.ansys.com/portal/site/AnsysCustomerPortal (дата обращения: 20.июня.2016).

37. Архангельская, М.А. Влияние точности изготовления крыльев аэродинамических моделей магистральных самолетов на аэродинамические характеристики / М.А. Архангельская, В.Д. Вермель, Л.Л. Теперин, Л.Л. Чернышев, А.В. Шиняев // Авиационная промышленность. - 2017. - № 1. - С. 10 - 16.

38. Архангельская, М.А. Специализированная подсистема контроля геометрических характеристик лопастей винтов, компрессорных и турбинных лопаток на КИМ / М.А. Архангельская // Материалы II Отраслевой конференции по измерительной технике и метрологии для исследований летательных аппаратов. - 2016. - С. 221 - 231.

39.Балашова, Ю.С. Комплексная автоматизация управления производством аэродинамических моделей самолетов / Ю.С. Балашова, С.Г. Зарубин, О.Б. Мамонтов, И.Ю. Овсянников, А.М. Подлеснов, С.А. Сидоров // Труды III Международной научно-практической конференции «Системы управления жизненным циклом изделий авиационной техники: актуальные проблемы, исследования, опыт внедрения и перспективы развития». - 2012. - Том 1. - С. 177 - 183.

40.Вермель, В.Д. Программная система для автоматизированной разработки управляющих программ для всех типов оборудования с числовым программным управлением, базирующейся на оригинальных отечественных программно-математических средствах / В.Д. Вермель, В.Ф. Забалуев, С.Г. Зарубин, Е.И. Калитин, П.М. Николаев, Н.М. Холин. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014613294 от 24.03.2014.

41. Вермель, В.Д. Развитие автоматизации проектирования и изготовления аэродинамических моделей самолетов в 1990 - 2000 гг. / В.Д. Вермель // Проблемы создания перспективной авиационно-космической техники. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. - С. 367 - 378.

42.Архангельская, М.А. Корректировка управляющей программы обработки формообразующей оснастки для обеспечения точности изготовления деталей из полимерных композиционных материалов по результатам их измерений на координатно-измерительной машине / М.А. Архангельская, В.Д. Вермель, Ю.Ю. Евдокимов, П.М. Николаев // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2016. - № 1. - С. 145 - 147.

43.Мартынов, А.К. Экспериментальная аэродинамика / А.К. Мартынов. - М.: Государственное издательство оборонной промышленности, 1950. - 479 с.

44.СТП 611-40-98. Стандарт предприятия. Модели летательных аппаратов контрольные и методические. Номенклатура и общие технические требования. - Жуковский: изд. ЦАГИ, 1998. - 25 с.

45.Архангельская, М.А. Реализуемая точность изготовления аэродинамических моделей самолетов и инструментальные средства НПК для ее контроля / М.А. Архангельская, Г.А. Гусев // Материалы II Отраслевой конференции по измерительной технике и метрологии для исследований летательных аппаратов. -2016. - С. 202 - 216.

46.Болсуновский, А.Л. Концепция «эквивалентных» крыльев для моделирования обтекания при натурных числах Рейнольдса / А.Л. Болсуновский,

Н.П. Бузоверя, И.А. Губанова // Материалы Пятнадцатой Международной школы-семинара «Модели и методы аэродинамики». - 2015. - C. 35 - 37.

47.Ляскин, А.С. Расчёт аэродинамических профилей по моделям идеальной и вязкой жидкости (электронные методические указания) / А.С. Ляскин, В.А. Фролов. - Самара: Минобрнауки России, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет), 2011. - 26 с.

48.Зинина, О.М. Оценка точностных характеристик комплекса «координатно-измерительная машина с ручным управлением - оператор» / О.М. Зинина, И.И. Ушаков // Труды ЦАГИ. - 2010. - Вып. 2690. - С. 42 - 61.

49.РМГ 62-2003. ГСОЕИ. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Оценивание погрешности измерений при ограниченной исходной информации. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. - 20с.

50. Архангельская, М.А. Измерения крупноразмерных аэродинамических моделей / М.А. Архангельская // САПР и графика. - 2012. - № 3 - С. 86 - 88.

51.Hoschek, J. Fundamentals of computer aided geometric design / J. Hoschek, D. Lasser. - Wellesley: A K Peters, 1993. - 727 p.

52.Архангельская, М.А. Аппаратно-программный комплекс оценки точности изготовления аэродинамических моделей / М.А. Архангельская, В.Д. Вермель, В.Ф. Забалуев, П.М. Николаев // Приборы. - 2014. - №10. - С. 15 - 20.

53.Николаев, П.М. Программа поиска точки на поверхности в параметрической форме, ближайшей к заданной точке / П.М. Николаев. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013614054 от 23.04.2013.

54. Архангельская, М.А. Методика оценки точности изготовления аэродинамических моделей по материалам измерений на координатно-измерительной машине / М.А. Архангельская, В.Д. Вермель, В.Ф. Забалуев,

П.М. Николаев, Л.Л. Чернышев // Ученые записки ЦАГИ. - 2014. - №5. - С. 78 - 90.

55.Архангельская, М.А. Программа для просмотра результатов измерений аэродинамических моделей самолетов, выполняемых с помощью координатно-измерительных машин, и создания графических отчетов / М.А. Архангельская, В.Д. Вермель, В.Ф. Забалуев, П.М. Николаев. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014611899 от 13.02.2014.

56. Архангельская, М.А. Оценка точности изготовления крупноразмерных лопаток компрессора Т-128 после обработки на фрезерном обрабатывающем центре с ЧПУ / М.А. Архангельская // Труды ЦАГИ. - 2015. - Вып. 2746. - С. 46 - 53.

57. Архангельская, М.А. Обработка данных, полученных с помощью координатно-измерительных машин / М.А. Архангельская, П.М. Николаев // САПР и графика. - 2012. - № 12. - С. 99 - 101.