ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОЛОГИИ ПЛАНИРОВАНИЯ

ЭКСПЕРИМЕНТА ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Медунова Е.А., магистрант ИТФ СамГТУ

Научный руководитель Алексенцева С.Е., профессор СамГТУ

Аннотация. Рассматривается проблема повышения эффективности

производства узлов летательных аппаратов. Особое роль уделяется

применению

подхода

планирования

экспериментов

для

нахождения

оптимальных режимов, обеспечивающих высокое качество деталей.

Внедрение данного подхода даёт экономический эффект, стратегическое

преимущество повышения ресурса двигателей в соответствии с жёсткими

требованиями отрасли.

Ключевые слова:

изготовление узлов летательных аппаратов,

методы

планирования

экспериментов,

управление

качеством,

статистические методы, факторы

Современное производство перспективных летательных аппаратов как

в гражданской так в оборонной промышленности нуждается в грамотной

системе менеджмента качества и требует организации систематического

анализа,

контроля

и

мониторинга

данных.

Производство

узлов

летательных аппаратов представляет сложную систему, где миллионы

параметров и процессов должны находиться в состоянии высокой

стабильности и воспроизводимости.

Производство

летательных

аппаратов

включает

как

одно

из

направлений - изготовление авиационных газотурбинных двигателей и

представляет собой сложную систему.

При изготовлении газотурбинных двигателей необходимо решить ряд

задач, связанных как с выполнением заданных характеристик изделия, так

требованиям, предъявляемым к двигателю. Это обеспечение летных

технико-эксплуатационных характеристик, обеспечение взлетной тяги,

надёжная работа силовой установки и стабильность полётных режимов,

обеспечение заданных рабочих режимом на всём типовом профиле полёта.

Должна быть обеспечена простота и технологичность изготовления и

сборки двигателя. Учитываются специфические требования к двигателю,

контроль массы двигателя. Необходимо выполнить ряд требований – это

технические

требования

по

стоимости,

массе

и

габаритам,

производственные

технологические

требования,

простота

и

технологичность

изготовления,

сборки

двигателя,

использование

недорогих и недефицитных материалов, эксплуатационные требования как

удобство замены сменных элементов, фильтров, стопоров, удобство

монтажа и демонтажа на летательный аппарат, простота выполнения

операций. Часто требований взаимно противоречат друг другу и при

создании

двигателя

руководствуются

компромиссными

решениями.

Каждый

элемент

является

продуктом

многоступенчатых

операций,

требующих не только точности исполнения, но и глубокого понимания

поведения

материалов

и

оборудования.

В

условиях

возрастающих

требований к ресурсу авиационной техники и безопасности полётов

актуальность

научно

обоснованных

подходов

к

оптимизации

технологических процессов становится определяющей.

Одним из перспективных инструментов для таких задач являются

методы планирования эксперимента, позволяющие не просто наблюдать за

процессом, но активно и системно управлять им, выявляя причинно-

следственные

связи

там,

где

традиционные

методы

оказываются

недостаточными.

На

предприятии,

специализирующемся

на

выпуске

узлов

авиационных двигателей, важными проблемами остаются отклонения

геометрии деталей, шероховатости и значительный износ инструмента при

обработке

жаропрочных

сплавов.

Эти

материалы

одновременно

определяют

надёжность

двигателя

и

создают

значительные

технологические сложности. Возможные незначительные отклонения в

параметрах обработки могут вызвать структурные изменения материала

или

формирование

микродефектов

поверхности.

Специалисты

предприятий опираются как на опыт и эмпирические подходы, которые

дают результат, но ставятся задачи увидеть целостную картину. Поэтому

методы

планирования

эксперимента

могут

являться

инструментом

оптимизации, позволяющим дать научно обоснованное моделирование.

Применение метода планирования экспериментов для модельного

процесса

фрезерования

пера

турбинной

лопатки

заключается

сформировании

модели

процесса,

описывающего

чувствительность

качества изделия к изменению технологических факторов.

Любые отклонения в точности профиля лопатки или состоянии

поверхности могут привести к ускоренной усталости материала. Для этой

операции были определены ключевые переменные, влияющие на качество-

скорость резания, подача на зуб, глубина резания и тип охлаждения. Эти

факторы отражают основные механизмы взаимодействия инструмента с

поверхностью заготовки. Скорость резания определяет интенсивность

температурного воздействия, подача - характер формирования стружки и

величину контактных усилий, глубина резания - уровень механической

нагрузки, а охлаждение - способность стабилизировать процесс и

уменьшать температурные градиенты.

Выбор откликов был основан на требованиях авиационной отрасли:

шероховатость поверхности Ra, отклонение профиля пера, величина

износа инструмента и остаточные напряжения.

Для получения достоверной картины был использован факторный

подход, который позволяет оценить влияние каждого фактора не

изолированно,

а

во

взаимодействии

с

другими.

Такой

подход

принципиально отличается от классического метода изменения одного

параметра

за

раз,

который

неизбежно

игнорирует

скрытые

взаимодействия.

По результатам измерений откликов была построена математическая

модель, отражающая взаимосвязи между параметрами. Анализ показал,

что подача оказывает наибольшее влияние на шероховатость и износ

инструмента, тогда как глубина резания связана с формированием

остаточных напряжений. Полученные данные позволили определить

область оптимальных режимов обработки, обеспечивающих минимизацию

дефектов поверхности при допустимом уровне износа инструмента.

Использование

метода

позволило

совместить

требования

сразу

к

нескольким откликам, что особенно важно в авиационной отрасли, где

решение всегда многокритериально. Оптимальные режимы обеспечили

уменьшение Ra, снижение отклонения профиля, а также увеличение

стойкости инструмента. Эти результаты показали, что системный подход к

эксперименту не просто улучшает отдельный показатель, но создаёт

устойчивое состояние процесса, стабильное во времени и независимое от

человеческого фактора.

Проведённая

работа

показывает,

что

методы

планирования

эксперимента

являются

мощным

инструментом

повышения

эффективности

технологических

процессов

в

авиационном

двигателестроении. Они позволяют выявить значимые факторы и их

взаимодействие, а также найти оптимальные режимы, обеспечивающие

высокое

качество

деталей.

Внедрение

данного

подхода

даёт

экономический эффект, и стратегическое преимущество повышения

ресурса двигателей в соответствии с жёсткими требованиям отрасли.