Двигатель уд 2 модернизация: Самоделки на селе. — Как заставить уд2 хоть как-то по приличней работать

Обзор УД-2: устройство и функциональность

Малолитражный стационарный мотор УД-2 используется для работы в передвижных или стационарных установках, как вспомогательный двигатель в станциях оснащенных электрогенератором, для самодельных минитракторов. Рассмотрим его устройство и характеристики подробно.

Устройство

УД-2 состоит из следующих частей:
А) распределительного механизма,
Б) систем охлаждения и смазки,
В) кривошипно-шатунного механизма,
Г) пускового механизма,
Д) системы питания с регулятором,
Е) зажигания.

Внешний вид УД 2

Б) Система смазки

Необходима для подачи масла к трущимся деталям. К шатунному подшипнику масло подается под давлением, а к поршню — путем разбрызгивания.

Двигатель охлаждается принудительно путем открытия или закрытия жалюзи в кожухе маховика.

Главные узлы и детали системы смазки:

1. масляный насос
2. маслоприемник
3. маслоуказатель
4. смазочный подшипник
5. масляный фильтр.

В) Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня и вращения коленчатого вала.

КШМ состоит из:

1. поршня
2. шатуна
3. коленчатого вала
4. цилиндра
5. поршневого пальца
6. картера
7. маховика.

Коленчатый вал размещается в картере на двух шарикоподшипниках. На переднем конце коленвала установлены:

• маховик
• шарикоподшипник
• шестерня коленчатого вала
• смазочный подшипник.

Шатун — двутаврового сечения, кованый, соединяется с поршнем при помощи поршневого пальца. Поршень изготовлен из сплава алюминия и оснащен одним стальным маслосъемным кольцом и двумя компрессионными.

Двигатель УД-2 оснащен цилиндром изготовленного из сплава специального чугуна.

Головка цилиндра отлита из алюминия и крепится к цилиндру при помощи шпилек.

Маховик произведен из серого чугуна и создан для вывода поршневой группы из мертвых точек, а также для подачи воздуха к головке цилиндра и цилиндрам двигателя.

Картер двигателя это основание для монтажа главных узлов и деталей который состоит из верхнего и нижнего картера, соединяющиеся между собой гайками и шпильками.

На нижнем картере есть сливное отверстие оснащенное пробкой и используемое для слива масла.

Д) Система питания

Предназначена для подготовки рабочей смеси и подачи в цилиндры двигателя и включает в себя следующие устройства:

1. карбюратор К-16В
2. воздушный фильтр
3. газопровод.

Воздушный фильтр очищает воздух поступаемый в цилиндры от твердых частиц. Топливо подается самотеком в карбюратор из бензобака.

Е) Система зажигания

Cостоит из:

1. магнето М68Б1 высокого напряжения
2. токоподводящих проводов
3. свечей.

Назначение зажигания — воспламенение рабочей смеси в цилиндрах двигателя.

Технические характеристики

Тип двигателя	Карбюраторный, бензиновый с принудительным воспламенением смеси
Число тактов	4
Мощность квт (л.с.)	5,89 (8)
Частота вращения, об/мин	3000
Количество цилиндров	2
Расположение цилиндров	Вертикальное
Диаметр цилиндра, мм	72
Ход поршня, мм	75
Рабочий объем цилиндров, см3	610
Степень сжатия	5,5
Охлаждение	Воздушное, принудительное
Система смазки	Комбинированная
Подвод смазки к шатунным подшипникам	Под давлением
Топливо	А-72, А-76
Удельный расход топлива г/квт. ч (г/л. с.ч.)	Не более 503 (370)
Масло	Автомобильное
Емкость масляной системы, л	4
Зажигание	От магнето высокого напряжения
Магнето	М-68Б1 правого вращения
Карбюратор	К-16В
Вес сухой, кг	72
Габаритные размеры, мм
Длина	550
Ширина	485
Высота	555

Переборка УД2 и вариант модернизации:

Tags: двигатель

ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ УД2-М1

Назначение двигателя УД-2

Прежде чем более подробно изучить технические характеристики двигателя УД2, необходимо более подробно рассмотреть его тип и назначение. Он относится к категории многофункциональных силовых агрегатов среднефорсированного типа, что позволяет использовать его в широком спектре устройств.

УД 2М использовался в:

• различных моделях бензоэлектрических агрегатов, генераторов;
• насосном оборудовании;
• приводах компрессоров, лебедок и других механических узлах;
• моторных лодках различного назначения.

Массовый выпуск первых экземпляров УД начался в 1952 году на моторном заводе в Ульяновске, когда были изготовлены моторы трех различных модификаций. Со временем линейка силовых агрегатов была дополнена в 1967 сразу двумя моделями.

Устройство представляет собой агрегат 4-х тактного типа с клапанами, расположенными в нижней части изделия, за исключением более поздних модификаций.

Ресурс двигателя при своевременном техническом обслуживании крайне велик, что позволяет использовать его до сих пор, особенно в удаленных регионах страны. Огромное значение имеет правильная регулировка зажигания, которая позволяет успешно заводить устройство даже в условиях низких температур.

Технические характеристики двигателя УД-2

Желая выяснить особенности, которыми обладает двигатель УД2 М1, а также другие модификации, целесообразно изучить рабочие показатели этой серии моторов. Они практически идентичны для всех модификаций этой серии и делают агрегат оптимальным вариантом для установки на различную спецтехнику, а также самодельные устройства.

Основные технические характеристики УД-2:

• объем изделия — 610 см3;
• мощность — 8 л. с.;
• количество цилиндров — 2, диаметром 7,2 см;
• система смазки — комбинированная;
• рекомендуемый тип масла — минеральное;
• система охлаждения — принудительная, воздушного типа;
• подача топлива — карбюраторная;
• габариты (ДхШхВ) — 55х48,5х55,5 см;
• тип потребляемого топлива — неэтилированный А-72; А-76;
• вес изделия — 72 кг.

Благодаря небольшому уровню расхода топлива, который составляет порядка 370 г/л.с. в час, цена эксплуатации техники крайне экономичная. При этом небольшой вес агрегата и обилие запчастей, позволяют значительно сэкономить на техническом обслуживании, ремонте, выполняя необходимые работы самостоятельно.

Переделка мотора не пользуется большой популярностью среди владельцев, поскольку он обладает оптимальными характеристиками. Значительно чаще «Ульяновец» используется в качестве силового агрегата для сборки различных самодельных видов спецтехники — тракторов, мотоблоков, культиваторов.

Устройство двигателя УД-2

Как показывают многочисленные отзывы владельцев подобного устройства, оно отличается простой, надежной конструкцией, которая способна прослужить долгие годы при надлежащем отношении. Основным элементом двигателя представляется картер, составными узлами которого являются 2 корпусные детали.

К числу других важных составляющих целесообразно отнести:

• кривошипно-шатунный механизм, установленный в картере;
• поршневая группа;
• коленвал;
• маховик.

Необходимо отметить, что при изготовлении деталей этого силового агрегата использовалось сразу 2 материала. Для элементов, больше других подверженных износу, в качестве материала изготовления был выбран чугун, а для других менее ответственных деталей — алюминиевый сплав. Это позволило снизить вес агрегата, а также увеличить срок его службы.

Тюнинг

Силовой агрегат УД 2 по мнению многих владельцев достаточно капризен при эксплуатации. Поэтому его достаточно часто подвергают различным доработкам, которые по большому счету трудно назвать тюнингом. Однако стабильности и надежности в его работе они добавляют. Чаще всего осуществляют следующие доработки:

• уменьшают объем камер сгорания;
• переделывают впускной коллектор;
• дорабатывают систему смазки, делая ее полнопроточной;
• дорабатывается магнето путем замены высоковольтной катушки на катушку зажигания от автомобиля.

Стационарные двигатели применяется для привода различных установок – насосов, генераторов и т. д. В СССР таким двигателем стал УД2. Благодаря простой конструкции и легкости ремонта и обслуживания мотор достаточно широко используется в отдаленных районах страны и для привода различной армейской техники. Первые серийные образцы двигателей были выпущены в 1952 году.

Модификации двигателя УД-2

За время выпуска этого легендарного отечественного мотора Ульяновским заводом было выпущено 4 основных его модификаций. Они отличаются между собой мощностными показателями, а также конструктивными особенностями:

• УД2С-М1 — оснащен редуктором РО-1;
• УД2Т-М1 — отличается наличием 8-литрового топливного бака;
• УД2СТ-М1 — предусматривает наличие редуктора и топливного бака.

Необходимо упомянуть модификацию УД2-1МС, которая отличалась наличием электростартера. Он позволял сделать старт двигателя значительно увереннее, благодаря чему эта модификация использовалась в армейской технике.

Общие данные

В 1967 году модельный ряд моторов был расширен агрегатами на базе двигателей ЗАЗ-966 . Одним из моторов на основе двигателя «Запорожца» стал одноцилиндровый четырёхтактный УД-15. При рабочем объеме цилиндра всего 0,245 литра мощность двигателя составляет 6,5 силы при 3600 оборотах коленчатого вала. Такая мощность достигается при полностью открытой дроссельной заслонке карбюратора. На практике двигатель УД-15 работает под управлением ограничителя оборотов и развивает долговременную мощность не более 4 сил. На фото ниже — генераторная станция с одноцилиндровым двигателем.

Вторым двигателем нового семейства стал более крупный двухцилиндровый УД-25. Мотор при рабочем объеме 0,490 литра имеет долговременную мощность около 8 сил. Конструктивно двигатель УД-25 максимально унифицирован с одноцилиндровым собратом. Одной из особенностей двигателей стала схема привода распределительного вала, при которой шестерни размещены непосредственно внутри картера. На фотографии ниже — двухцилиндровый УД-25.

Оба двигателя имеют низкую степень сжатия (6 и 7 единиц соответственно) и могут работать на бензинах с октановым числом не ниже А72. Согласно инструкции по эксплуатации двигателя УД 15, агрегат имеет следующие габаритные размеры и вес:

Модификации

Все стационарные агрегаты УД выпускаются в различных вариантных исполнениях, отличающихся навесным оборудованием. Не стал исключением и двигатель УД-15, который поставлялся покупателям в базовой версии и в варианте с индексом «Г» для привода электрогенератора. На фотографии ниже представлен такой вариант мотора.

Генераторный вариант двигателя отличался установленным на картере переходным колоколом для крепления генератора и наличием зубчатого венца на маховике. Для пуска такого агрегата применялся электрический стартер СТ-351В напряжением 12 В. Еще одной разницей между версиями стали свечи зажигания. На двигателе УД-15 применяется свеча модели А10Н или СН200, а на генераторном моторе УД-15Г стоит свеча СН302-А.

Как установить время зажигания без отметок времени

от Michelle Schaefer

классическое изображение автомобиля от allallgood от Fotolia.com

Шаг 1

Шаг 2

Вращайте двигатель по часовой стрелке и наблюдайте за клапанами цилиндра номер один. Когда оба клапана находятся в верхнем положении, вставьте отвертку в цилиндр номер один через отверстие для свечи зажигания.Очень медленно вращайте двигатель вперед-назад, пока отвертка не окажется на максимальной высоте. Это указывает на то, что цилиндр номер один находится в верхней мертвой точке или «ВМТ» на такте сжатия.

Шаг 3

Найдите провод свечи зажигания номер один на крышке распределителя и отметьте эту позицию отметкой маркером на корпусе распределителя. Снимите крышку распределителя и соблюдайте положение ротора.

Шаг 4

Ослабьте прижимной болт распределителя и поворачивайте распределитель, пока ротор не выровняется с отметкой, сделанной на шаге 3.Ваше время теперь установлено на ноль градусов механического времени.

Шаг 5

Замените крышку клапана, используя новую прокладку. Замените свечи зажигания и провода свечей зажигания, используя метки из шага 1. Возможно, вы захотите отметить гармонический балансировщик нулевой точкой, привязанной к фиксированной точке на двигателе. Фиксированной точкой может быть головка болта или вспомогательный кронштейн, который не двигается при работающем двигателе. Позже эта метка может быть использована в качестве индикатора для стробоскопического хронометража.

Шаг 6

Подключите вакуумметр к источнику вакуума в коллекторе. У большинства двигателей будет отверстие в основании карбюратора или корпуса дроссельной заслонки, где может быть подключен датчик. Запустите двигатель и следите за показаниями вакуумметра.

Шаг 7

Поворачивать распределитель, пока не будет зафиксировано максимальное показание вакуумметра. Отключите один дюйм вакуума от максимального значения. Затяните прижимной болт распределителя. Нормальные показания в среднем от 14 до 21 дюймов вакуума в зависимости от состояния двигателя.

Проведите тест-драйв автомобиля и прислушайтесь к звукам пинга.Повторите шаги 5 и 6, если слышен чрезмерный пинг или если происходит значительная потеря мощности. Время выбрано правильно, когда автомобиль работает на максимальной мощности без жесткого запуска двигателя, обратной отдачи или ускорения.

Предупреждения

Вещи, которые вам понадобятся

Картер

Основной деталью двигателя УД-15 является алюминиевый картер туннельной схемы. В нем установлен отдельный корпус переднего подшипника коленчатого вала, который прикреплен болтами. В передней стенке картера имеется место для установки шестеренчатого насоса и редукционный клапан регулировки давления в системе смазки. На внешней стороне картера размещена ось для педали ножного запуска двигателя.

В конструкции картера двигателя предусмотрена система вентиляции через специальный клапан, расположенный около привода магнето. Прорвавшиеся в картер газы через клапан поступают в резиновый трубопровод и далее в воздушный фильтр мотора.

Описание

Мотор УД 2 представляет собой 4-х тактный силовой агрегат с нижним расположением клапанов. Базовым элементом мотора является картер, состоящий из двух корпусных деталей, соединенных между собой. Внутри него установлены детали кривошипно-шатунного механизма, преобразующего возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение цельнокованого коленвала.
Связывающими элементами между поршнями и коленвалом служат цельнокованые шатуны, имеющие в сечении вид двутавра. Каждый из них соединен с соответствующим поршнем специальным поршневым пальцем. На стенках поршней выполнены канавки, в которых установлены одно маслосъемное и два компрессионных кольца.

Ответственные детали механизма изготавливались из:

Тяжелый маховик, установленный на переднем вылете вала, облегчает вывод шатунно-поршневой группы из «мертвых точек» и, кроме того, обеспечивает подачу охлаждающего воздуха к головке цилиндров и непосредственно к цилиндрам. Для этого он оснащен фигурными лопастями. Муфта внешнего привода установлена с тыльной стороны вала.

Карбюратор, бак с топливом и воздушный фильтр крепятся на внешних поверхностях картера. Бензин поступает в карбюратор самотеком из бака, а воздушный фильтр очищает воздух, который поступает в цилиндры, от пыли. Частота вращения коленчатого вала регулируется с помощью центробежного регулятора, который управляет дроссельной заслонкой карбюратора.

Газораспределение и охлаждение

Двигатели УД2 оснащены четырехтактной схемой газораспределения с нижним расположением клапанов. Привод клапанов осуществляется толкателями от расположенного в картере распределительного вала. В качестве опор вала используются шариковые подшипники. Регулировка клапанов выполняется специальными болтами в конструкции толкателей. Интересный факт: двигатель УД2 оснащен идентичными клапанами для впуска рабочей смеси и выпуска отработавших газов. Такая конструкция значительно упрощает ремонт и снабжение запасными частями. На фотографии хорошо видна система газораспределения двигателя УД2.

Для привода механизма газораспределения применяется шестеренчатая передача. От этого привода получает вращение и регулятор числа оборотов. Выставление фаз осуществляется с помощью меток на шестернях.

Основным элементом системы охлаждения является маховик, исполняющий функции нагнетающего вентилятора. Для регулировки интенсивности потока воздуха в кожухе маховика имеются жалюзи. Кожух направляет воздух к ребрам на цилиндрах и головках. Общий вид воздухозаборника системы охлаждения на фотографии ниже.

Валы и поршни двигателя

Одной из основных характеристик двигателей является применение шариковых подшипников в качестве опор коленчатого вала. Передний подшипник установлен в съемном корпусе, а задний запрессован непосредственно в картер двигателя. Такая конструкция позволила повысить ресурс двигателя и значительно упростила ремонтные работы.

На передней части вала стоит так называемый «смазочный подшипник», который распределяет подачу масла от насоса. Кроме него, на переднем конце вала смонтирована шестерня привода распределительного вала и маховик. Другой конец вала имеет форму конуса, на который устанавливается муфта для привода агрегатов.

Распределительный вал установлен на втулках из бронзовой ленты. Привод клапанов, расположенных в головках, осуществлен при помощи штанг и коромысел. На фотографии хорошо видна крышка клапанов и головка двигателя.

В конструкции УД-15 применены алюминиевые поршни с двумя компрессионными и одним маслосъемным кольцами. В конструкции поршней применена юбка особой формы, которая минимизирует риск прихвата при нагреве. Каждый цилиндр имеет свою чугунную отливку с развитым наружным оребрением. Внутренняя поверхность цилиндра играет роль зеркала.

Коленчатый вал

Главной деталью кривошипного механизма является стальной коленчатый вал, установленный в картере двигателя на двух шариковых подшипниках. На переднем конце вала имеется маховик, обеспечивающий равномерность работы двигателя. Маховик изготовлен из чугуна, отбалансирован и имеет особые направляющие лопатки, подающие охлаждающий воздух на цилиндры двигателя.

Рядом с маховиком установлена шестерня для запуска двигателя стартером. Оба конца вала имеют сальники, предотвращающие течь масла из картера. От осевого перемещения вал зафиксирован специальными кольцами, установленными в проточках на картере.

Смесеобразование

Для питания двигателя УД-15 применяется карбюратор К-16М или К-45М (на моторе с 2 цилиндрами). Конструкция карбюратора позволяет использовать его совместно с регулятором оборотов. Регулирование оборотов осуществляется двумя подпружиненными балансирами. По мере роста оборотов центробежная сила разводит эти балансиры до определенного момента. При его достижении балансиры начинают через тягу двигать дроссельную заслонку карбюратора, тем самым снижая обороты. Пружины регулятора могут менять силу натяжения для установки числа оборотов.

Для подачи бензина из бака на картере двигателя установлен топливный насос диафрагменной схемы. Рабочий привод насоса реализован от отдельного кулачка на распределительном валу двигателя. Для подкачки бензина в карбюратор при запуске предусмотрен ручной привод. Фильтрация воздуха осуществляется инерционным фильтром с масляной ванной.

Питание

Подача бензина в цилиндры осуществляется карбюратором модели К-16В, имеющим дополнительный привод заслонки от регулятора числа оборотов. Принцип работы регулятора основан на раздвижении балансиров центробежной силой. После достижения определенного предела балансиры доходят до толкателя, который уменьшает обороты мотора. При падении оборотов балансиры возвращаются назад пружинами, и обороты двигателя вновь начинают расти. Параметры регулятора настраиваются под каждый конкретный случай использования двигателя УД2.

Питание карбюратора бензином идет самотеком. Для очистки воздуха карбюратор оснащается масляным контактным воздушным фильтром. Моторы СМ-12 оснащались фильтром со сменным бумажным элементом. Важным элементом конструкции двигателя УД2 является система вентиляции картера. Для этого между клапанной коробкой и воздушным фильтром установлен резиновый шланг, закреплённый зажимами. На фотографии хорошо видны карбюратор и фильтр двигателя.

Смазка

Система смазки моторов УД-15 и УД-25 идентична. Для хранения запаса масла в количестве 1,5 л (3 литра для мотора с двумя цилиндрами) используется нижняя часть картера двигателя. Оттуда оно подается под давлением к подшипникам двигателя и в центрифугу для очистки. Очищенное масло подается для смазки подшипников шатунов и механизма газораспределения. При этом подача масла в клапанные коробки двигателей осуществляется через штангу привода одного из клапанов. Сток масла обратно из коробки идет по отдельной трубке. Для применения в двигателях могут использоваться самые дешевые минеральные масла летних и зимних сортов.

Для контроля над давлением масла имеется механический указатель. Нормой давления считается выступание штока указателя на 3 мм. Опционально на двигатели может быть установлен стрелочный манометр МТС-16У. Под его установку в картере имеется отверстие, закрытое резьбовой пробкой. Это отверстие используется для заливки свежего масла. Для слива имеется вторая пробка на нижней части картера двигателя.

Технические характеристики

Во времена СССР УД 2 был наиболее популярным силовым агрегатом среди умельцев, способных самостоятельно собрать мини-трактор, моторку и пр. Его эксплуатационно-технические параметры приведены в таблице.

ПАРАМЕТРЫ	ЗНАЧЕНИЕ
Мощность, л. с.	8
Объем цилиндров, см. куб.	610
Число цилиндров	2
Диаметр цилиндра, мм	72
Ход поршня, мм	75
Степень сжатия	5.5
Система смазки	Комбинированная (разбрызгивание+под давлением)
Масло	Минеральное
Объем заливаемого моторного масла, л	4
Система охлаждения	Воздушная, принудительная
Система подачи топлива	Карбюраторная
Тип карбюратора	К-16В
Топливо	Неэтилированный бензин А-72, А-76
Удельный расход топлива, г/л. с. час	370
Система зажигания	Принудительная (магнето высокого напряжения)
Тип магнето	М-68Б1 правого вращения
Свеча зажигания	А 10 Н
Размеры длина/ширина/высота, мм	550/485/555
Вес, кг	72
Моторесурс, час	3000

Зажигание и пуск

Двигатель УД-15 оснащен системой зажигания от обычного одноискрового магнето М-137 (двухискровое М-151 на УД-25). Конструкция узла обеспечивает постоянное регулирование угла момента подачи искры на свечу двигателя. Все узлы магнето расположены в корпусе из цинкового сплава. Привод осуществляется от шестерни регулятора оборотов с помощью дополнительной муфты.

Запуск обычного двигателя УД-15 осуществляется педалью кик-стартера. Кик-стартер представляет собой рычаг с зубчатым сектором, который входит в зацепление с шестернёй на валу маховика коленчатого вала. Эта шестерня оборудована храповым механизмом, выводящим ее из зацепления после запуска мотора. Обратный ход педали стартера обеспечивается пружиной.

Зажигание рабочей смеси

Зажигание двигателя УД2 обеспечивается от магнето высокого напряжения марки М-68Б1 с приводом через вал регулятора оборотов. Конструкция магнето включает в себя автоматический регулятор угла опережения зажигания, что обеспечивает надежную и бесперебойную работу двигателя при разных оборотах. По отдельному заказу система зажигания оснащается экраном для снижения радиопомех. На фотографии слева видно магнето.

Для пуска мотора применяется обычный рычажный кик-стартер, с осью на верхней половине картера. На рычаге имеется зубчатый сектор, который входит в зацепление со специальной шестерней на маховике. Такой способ запуска дал двигателю распространенное прозвище «топ-нога». На фотографии хорошо виден кик-стартер.

Модернизированные двигатели УД 2М

В результате многочисленных модернизаций, которые проводились в конце девяностых годов прошлого столетия, в маркировке силовых агрегатов появилась дополнительная приставка «М». Двигатель УД 2 модернизация: теперь современная базовая конструкция обозначается УД2-М1. Существует несколько исполнений двигателей УД 2М, их конструкция и технические характеристики получили некоторые изменения:

1. В состав силового агрегата УД2С-М1 входит топливный бак емкостью 20 литров, редуктор РО-1.
2. Двигатель УД2Т-М1 имеет восьмилитровый бак для топлива, который размещен сверху над корпусом. Заправленного количества бензина достаточно для беспрерывной работы в течение полутора часов.
3. Силовой агрегат УД2СТ-М1 имеет такой же топливный бак, вдобавок в его состав включен РО-1.

Применение в наши дни

Стационарные двигатели УД-15 широко применялись на различной сельскохозяйственной технике, например, на мотоблоке МТЗ-05. Кроме Ульяновска, моторы собирались на заводах в Петропавловске (Казахская ССР) под обозначением ПД или СК и в Херсоне — под индексом СМ.

В настоящее время двигатели достаточно широко используются на самодельной технике – тракторах и моторных лодках. На фотографии ниже — самодельный мотоблок.

Отзывы о двигателе УД-15 в основном положительные. Одним из главных условий безотказной работы мотора является своевременное и регулярное обслуживание с очисткой рёбер двигателя от грязи. Единственным минусом становится отсутствие качественных запасных частей, поэтому многие экземпляры двигателей разбираются на донорские детали.

Источник

Самодельная техника

Двигатель достаточно часто используется при создании различных образцов сельскохозяйственной техники. В такой технике большой вес мотора оказывает положительное действие, поскольку обеспечивает небольшой машине устойчивость при работе с различными сельскохозяйственными приспособлениями.

Самодельные трактора с двигателем УД-2 обычно оснащаются коробками передач от классических «Жигулей» или «Москвичей». Для соединения двигателя и коробки изготавливают переходную плиту. На коленчатый вал устанавливают многоручьевой шкив, от которого осуществляется привод генератора и различных вспомогательных узлов. Образец самодельного трактора на фотографии ниже.

В конструкции передних колес также широко используются элементы подвесок отечественных машин. В качестве рулевого редуктора применяют стандартный узел от легкового автомобиля. Некоторые конструкторы осуществляют привод от рулевого вала на редуктор с помощью моторной цепи. Ведущий мост используется от ВАЗ или АЗЛК, с укороченными по желанию конструкторов чулками. Привод от коробки скоростей на мост выполняется обрезанным до нужной длины стандартным карданным валом от «жигулей». Все узлы и агрегаты монтируются на самодельной раме из уголкового профиля или из швеллера. Еще один образец творчества с двигателем УД2.

Некоторые авторы оснащают свои минитрактора с двигателем УД2 различными подъемными механизмами с использованием деталей от подъемников кабин грузовых автомобилей.

Двигатель F-35 находится на перепутье, на карту поставлены миллиарды долларов для промышленности. Но, несмотря на годы разработки и дебатов, путь вперед еще не ясен.

В связи с тем, что ракетная мощность истребителя пятого поколения, средства радиоэлектронной борьбы и системы наведения выходят за рамки первоначально задуманного, а ВВС США обеспокоены потенциалом войны против Китая, служба планирует повысить мощность и охлаждающую способность истребителя. Ф-35.

Но есть несколько вариантов, как туда добраться. Один из подходов заключается в проведении серии модернизаций существующего двигателя F135 производства Pratt & Whitney, который в настоящее время используется на F-35 в рамках программы Enhanced Engine Program.

Еще один потенциальный вариант — замена совершенно нового двигателя с использованием передовых технологий, таких как третий поток воздуха для повышения топливной экономичности и тяги. Pratt & Whitney и General Electric Aviation разработали конкурирующие версии в рамках программы Adaptive Engine Transition Program, известной как AETP.

Официальные представители Министерства ВВС и обороны пока не решили, получит ли F-35 новый адаптивный двигатель или модернизированный F135. Но в течение следующего года компании ожидают, что будущие планы военных станут предметом пристального внимания.

Решение военных определит будущую мощность и двигательные возможности краеугольного камня истребительного флота ВВС, не говоря уже о том, на что в конечном итоге пойдут миллиарды оборонных долларов.

У компаний разные взгляды на то, подходит ли адаптивный двигатель для F-35. GE Aviation заявляет, что XA100 — его версия адаптивного двигателя — значительно улучшит тягу, скорость, дальность полета и управление теплом, что даст ему возможность работать с более совершенными системами.

Но в то время как Pratt & Whitney продолжает работу над своим адаптивным двигателем XA101, даже предполагая, что он будет использоваться для разрабатываемой ВВС платформы Next Generation Air Dominance, официальные лица компании утверждают, что было бы ошибкой ставить совершенно новый двигатель в одном- двигатель истребителя.

Если новый адаптивный двигатель на одномоторном F-35 выйдет из строя в воздухе, говорят в Pratt & Whitney, самолет и пилот могут оказаться в опасности. И если проблема будет обнаружена на земле, предупреждает компания, это может вывести из строя важную часть парка истребителей ВВС до тех пор, пока не будет найдено решение, что нанесет удар по боевой готовности.

Двигатель Pratt & Whitney F135, используемый в истребителе F-35 Lightning II, проходит испытания на базе ВВС Арнольд в Таллахоме, штат Теннеси. (PRNewsfoto/Pratt & Whitney) Двигатель повлечет за собой меньше новых факторов и меньший риск, а усовершенствованная версия по-прежнему будет иметь улучшенный сердечник, обеспечивающий дополнительную мощность, тягу, дальность полета и охлаждение.

Но чиновники, отвечающие за F-35, так или иначе должны принять решение, сказал Defense News Дэн Грейзер, военный аналитик Проекта государственного надзора и критик программы, — и программа может’ не могу ждать.

«Чем дольше они будут откладывать это решение, тем больше будет построено F-35, которые нужно будет модифицировать для работы с этими двигателями», — сказал Грациер. «Чем раньше они примут решение об этом, тем лучше будет для всех, потому что любая задержка приведет к увеличению будущих расходов».

Работа в горячем состоянии

Требования к управлению температурным режимом F-35 значительно возросли с момента его создания, когда была разработана текущая силовая установка F135. По мере того, как истребитель достигает своей полной способности Block 4, которую Счетная палата правительства теперь ожидает в 2029 году.— истребитель будет греться сильнее, что потребует более мощного охлаждения.

Модернизация Block 4, которая удовлетворит повышенные потребности F-35 в охлаждении, будет включать в себя расширенные возможности радиоэлектронной борьбы, улучшенное распознавание целей и способность нести больше ракет, среди других функций.

На апрельских слушаниях в Комитете Палаты представителей по делам вооруженных сил министр ВВС Фрэнк Кендалл заявил, что двигатель AETP, хотя до его полной разработки еще несколько лет, может обеспечить повышение производительности на 20-25% и значительную экономию средств.

«Это будет существенное улучшение по сравнению с текущими возможностями», — сказал Кендалл. «Двигатель AETP обеспечит повышенную мощность, которая нам понадобится, поскольку мы продолжаем модернизировать F-35. … И у нас будет очень большой парк F-35. Таким образом, экономия топлива, которую мы могли бы достичь с помощью этого двигателя, была бы значительной выгодой».

В конце июня на круглом столе с журналистами в Пентагоне руководитель отдела закупок ВВС Эндрю Хантер высоко оценил прогресс, достигнутый GE и Pratt & Whitney в разработке адаптивных двигателей, назвав первые результаты испытаний «очень обнадеживающими».

«Преимущества в мощности, управлении температурным режимом и эффективности использования топлива, которые мы искали, были продемонстрированы в программе испытаний», — сказал Хантер.

Хантер добавил, что возможности, которые первоначально предназначались для обеспечения AETP, такие как увеличенная дальность полета и лучшая способность справляться с высокими температурами при использовании современной электроники, оказываются именно тем, что понадобится F-35 в борьбе с Китаем.

В самой последней Стратегии национальной обороны администрации Байдена по-прежнему указывается Китай — с его модернизированными военными и передовыми возможностями, такими как гиперзвуковое оружие — как главная угроза, стоящая перед Соединенными Штатами, называя его «нашим самым значительным стратегическим конкурентом» в публичном резюме секретный документ. В нем также указано, что Россия представляет «острую угрозу».

В настоящее время ведутся два ключевых исследования, которые помогут определить путь развития будущего двигателя F-35. Управление совместной программы F-35 с помощью ВВС, ВМС и Корпуса морской пехоты проводит оценку экономического обоснования, изучая доступные и предлагаемые варианты системы управления температурным режимом двигателя и мощности, которые могут обеспечить желаемые возможности охлаждения.

Это исследование, которое, как ожидается, будет завершено к августу, оценит стоимость, график, производительность и технические риски каждого варианта, чтобы как руководители служб США, так и официальные лица стран-партнеров, летающих на F-35, могли принять решение.

Члены 380-й экспедиционной эскадрильи материально-технического обеспечения Оперативного центра аэровокзала выкатывают двигатель F-35A Lightning II из самолета C-17 Globemaster III, 26 августа 2020 года, на авиабазе Аль-Дафра, Объединенные Арабские Эмираты. (Технический сержант Чарльз Тейлор / ВВС США)

Главный старшина Мэтью Олей, представитель Объединенного программного офиса F-35, сказал, что его офис управления программой двигателей проинформирует Объединенный исполнительный руководящий совет истребителя о результатах исследования. падение. Но он сказал, что пока не ясно, когда будет принято окончательное решение.

Военно-воздушные силы также проводят дополнительную оперативную оценку, предназначенную для более широкого исследования, в котором рассматривается, как эти различные решения могут проявиться в реальной боевой ситуации. В мае ВВС проинформировали официальных лиц о первоначальных выводах исследования, и ожидается, что оно завершится в сентябре.

«Если решение дает дополнительную дальность, выносливость или полезную нагрузку, возникает вопрос: что это на самом деле означает на войне?» Генерал-лейтенант Эрик Фик, бывший исполнительный директор совместной программы F-35, рассказал об оперативной оценке ВВС во время еще одного апрельского слушания перед комитетом Палаты представителей по вооруженным силам. «Что это на самом деле означает в Азиатско-Тихоокеанском [регионе], когда дело доходит до фактического использования этой системы в бою?»

В этом году ВВС стремились собрать информацию, которая могла бы заложить основу для внедрения адаптивного двигателя в F-35. В январе служба опубликовала запрос информации о программе замены адаптивных двигателей F-35, целью которой является выход на низкопроизводительное начальное производство в 2028 году. струя. В заявках должны были быть указаны потенциальные препятствия в цепочке поставок, способы устранения потенциальных рисков, основные факторы затрат и способы сокращения расходов подрядчиком.

Но если ВВС выберут маршрут AETP, сказал Кендалл законодателям Палаты представителей, он полностью заменит F135, а это означает, что в арсенале F-35A не будет второго типа двигателя.

Кендалл сказал, что стоимость полной разработки AETP и запуска производства может превысить 6 миллиардов долларов.

Компания Pratt & Whitney заявила, что ее усовершенствованная модернизация двигателя для F135 может сделать работу намного дешевле, примерно за одну треть стоимости разработки AETP. Pratt & Whitney прогнозирует, что модернизированные двигатели будут стоить столько же, сколько F135, и могут сэкономить до 40 миллиардов долларов на затратах в течение жизненного цикла.

Отраслевые предложения

Джен Латка, вице-президент Pratt & Whitney по программе двигателей F135, сказала, что компания будет следить за следующей встречей Объединенного исполнительного совета F-35 этой осенью, чтобы понять, что будет с двигателями для истребителей в будущем.

«Решения относительно потоков финансирования в [прогнозах расходов на оборонную программу будущих лет] должны быть приняты относительно скоро, — сказал Латка в интервью Defense News 6 июня, — потому что мы опоздали с этим. Это должно быть заложено в бюджете».

В интервью 21 июня в офисе GE Aviation в округе Колумбия вице-президент по передовым программам боевых двигателей сказал, что опубликованное в следующем году бюджетное предложение на 2024 финансовый год будет показательным.

«Это будет очень важный документ, чтобы увидеть, куда хотят двигаться ВВС и куда [канцелярия министра обороны]», — сказал Дэйв Твиди в интервью Defense News.

Обе компании рассказывают об ожидаемых улучшениях, которые могла бы обеспечить их предпочитаемая двигательная установка.

Pratt & Whitney заявила, что ее подход к программе Enhanced Engine Program, которая позволит модернизировать F135, может обеспечить полную мощность блока 4, увеличить тягу и дальность полета более чем на 10%, а также обеспечить более чем 50% улучшение тепловой мощности.

Твиди сказал, что двигатель GE XA100 способен обеспечить на 25% большую топливную экономичность, чем текущий F135, что увеличило бы дальность полета F-35 на 30%. Он также сказал, что это может обеспечить на 10-20% больше тяги, что приведет к увеличению ускорения на 25-40% и удвоению теплового режима.

(GE Aviation)

«Вы хотите что-то, что может обеспечить трансформационные возможности, актуальные для эксплуатации на годы и десятилетия вперед?» — сказал Твиди. «Не просто поэтапный подход, который может решить проблемы следующих пяти лет?»

Твиди сказал, что двигатель XA100 состоит из трех элементов, которые позволяют ему реализовать эти возможности. Один из них — это адаптивный цикл, который позволяет «бесшовно приспосабливаться» к конфигурации, обеспечивающей наибольшую мощность и эффективность в данной ситуации.

Он также имеет третий поток воздуха, который служит для охлаждения как двигателя, так и струи — функция, ранее не существовавшая в авиационных двигателях.

И, наконец, адаптивный двигатель GE использует новые передовые материалы и технологии производства; Двигатель отходит от традиционного суперсплава на основе никеля и вместо этого использует композиты с керамической матрицей для турбин и других компонентов, которые могут выдерживать тысячи градусов, при которых работают эти двигатели.

Эти композиты в три раза легче традиционных сплавов, сказал Твиди, и могут выдерживать еще сотни градусов.

«Когда вы запускаете двигатели на более высоких температурах, вы получаете от них больше производительности», — сказал Твиди. «Но в то же время при этих более высоких температурах и более высоких характеристиках [композиты] обеспечивают повышенную долговечность по сравнению со сплавами на основе никеля».

(любезно предоставлено Pratt & Whitney)

Твиди также сказал, что двигатель более широко использует аддитивное производство или 3D-печать, что позволяет его инженерам создавать компоненты, которые невозможно изготовить с помощью традиционных методов изготовления.

Pratt & Whitney признает, что такие усовершенствования, как композиты с керамической матрицей, могут быть ценными, но компания не считает, что использование совершенно другого материала в F-35 является правильным шагом.

«Когда вы отправляетесь в поле, вы узнаете что-то новое о любой новой технологии, а не только о двигателях», — сказал Латка. «С двигателями сложно чему-то научиться, потому что вы запускаете эту штуку в воздухе. Когда у тебя одномоторный истребитель, стандарты безопасности другие. Потому что, если этот двигатель даст сбой и выключится, вы потеряете самолет и подвергнете пилота опасности».

Вопросы стоимости и вариантов

Латка также указал на соображения стоимости и устойчивости, когда речь идет об установке нового адаптивного двигателя на однодвигательный F-35.

«Если у вас есть две конфигурации двигателей, вам нужно иметь две инфраструктуры поддержки для их поддержки», — сказал Латка. «Это не просто объекты — разные склады, другое вспомогательное оборудование. Это также означает наличие двух разных инженерных организаций, поскольку вы управляете несколькими конфигурациями. Это инструменты, вспомогательное оборудование, обучение, ремонт — все это должно быть несколько продублировано».

Твиди сказал, что адаптивный двигатель GE может помочь контролировать затраты на содержание F-35. «Когда вы начинаете экономить 25% расхода топлива и начинаете повышать надежность, это действительно может привести к снижению затрат в течение жизненного цикла в долгосрочной перспективе».

Но есть проблема, которая может увеличить стоимость адаптивного двигателя: текущие предложения не подходят для всех трех версий F-35.

Адаптивные двигатели GE и Pratt & Whitney будут устанавливаться на F-35A, на которых летает ВВС. GE заявила, что ее двигатель также подойдет для варианта авианосца F-35C, который эксплуатируется ВМС и Корпусом морской пехоты. Но в настоящее время двигатели не работают в самолетах морской пехоты F-35B с коротким взлетом и вертикальной посадкой.

Ударный истребитель морской пехоты F-35B, кажется, парит над взлетно-посадочной полосой во время первого короткого взлета и вертикальной посадки на базе ВВС Эглин, штат Флорида, 25 октября. Важная учебная миссия пилотировал майор Брендан М. Уолш из Учебной штурмовой эскадрильи истребителей морской пехоты-501. Уолш недавно прошел квалификацию по операциям вертикальной посадки на авиабазе морской пехоты Юма, штат Аризона, в рамках подготовки к этой миссии. (Фото ВВС США/Сэмюэл Кинг-младший)

Компания Pratt & Whitney заявила, что все три варианта F-35 могут принять модернизированный F135 в рамках программы Enhanced Engine Program, или EEP, требующей минимальных испытаний и изменений планера для интеграции.

Грег Хейс, исполнительный директор компании Raytheon Technologies, владеющей Pratt & Whitney, прошлой осенью выразил сомнение в том, что ВВС могут позволить себе разработку адаптивного двигателя с учетом ограничений вариантов.

Фик также выразил скептицизм по поводу того, сможет ли адаптивный двигатель работать на F-35, отличных от модели «А», что означает, что ВВС должны будут взять на себя его полную стоимость. В сентябре журнал Air Force сообщил, что Фик сказал, что двигатель AETP «потребует значительных модификаций», чтобы соответствовать F-35C, и назвал его «полностью не пусковым» для F-35B.

Но Твиди сказал, что это решаемая проблема, и сейчас GE пытается выяснить, как создать версию адаптивного двигателя, которая подошла бы для F-35B. По его словам, инженерное исследование адаптивного двигателя F-35B проводится совместно с Корпусом морской пехоты в надежде, что этой осенью будет получена информация о потенциальных характеристиках.

«Это не «можем ли мы» [вопрос], это «насколько хорошо мы можем с этим справиться?», — сказал Твиди.

Pratt & Whitney заявила, что ее F135 способен справиться с потребностями в мощности модернизации F-35 Block 4, но что они выдвинут его возможности охлаждения далеко за пределы первоначальных спецификаций. Латка сказал, что система управления температурным режимом на F135 теперь работает в два раза быстрее, чем она была разработана.

А когда двигатель должен работать больше, он нагревается сильнее, что приводит к увеличению потребности в техническом обслуживании и увеличению стоимости жизненного цикла. «Этот двигатель делает все, что нужно пилоту», — сказал Латка. «Это вопрос стоимости, а не вопрос возможностей».

Вот почему F135, который практически не изменился с первых дней программы F-35, требует работ по модернизации в рамках EEP, сказал Латка.

«Чтобы включить Блок 4 для будущей угрозы, требуется [система управления температурным режимом]», — сказал Латка. «Но вы бы никогда не поставили новый двигатель, чтобы удовлетворить это требование [охлаждения]. [Есть] гораздо более простые, менее дорогостоящие и менее разрушительные решения для удовлетворения этого требования».

Третий поток воздуха в адаптивном двигателе — это впечатляющая технология, сказала она, но это не единственная технология, которую можно использовать для повышения эффективности F-35. По ее словам, улучшенное ядро ​​EEP обеспечивает большую эффективность использования топлива в F135 — не так сильно, как адаптивный двигатель, но все же значительное увеличение.

«Мы уже на пути к выводу этой технологии на рынок», — добавил Латка.

Pratt & Whitney заявила, что планирует завершить испытания своего адаптивного двигателя XA101 в 2023 году, и что пока тесты показывают, что технология соответствует поставленным задачам.

Твиди сказал, что GE построила и испытала два полномасштабных прототипа двигателя XA100, один из которых впервые был запущен в конце декабря 2020 года на своем заводе в Эвендейле, штат Огайо, недалеко от Цинциннати. Испытания этого двигателя, в том числе некоторые на высоте над уровнем моря, продолжались в течение первых трех месяцев 2021 года.

Компания GE начала первую фазу испытаний другого прототипа на объекте в Эвендейле в августе 2021 года, которые продлились до ноября. По словам Твиди, это было сосредоточено в первую очередь на структурных и механических испытаниях и началось рассмотрение характеристик двигателя.

В настоящее время этот двигатель проходит второй этап испытаний в Инженерно-конструкторском комплексе Арнольда на базе ВВС Арнольд в Теннесси, где испытания больше напоминают условия полета и более точно измеряют результаты, чем на собственном предприятии GE. Эти испытания с участием команд из GE, Центра управления жизненным циклом ВВС и авиабазы ​​Арнольд начались 25 марта и, как ожидается, завершатся к концу лета.

Твиди сказал, что текущие тесты запускают двигатель в нескольких различных условиях, с которыми он может столкнуться в полете, таких как разные высоты и настройки мощности, чтобы определить, как он будет работать в различных сценариях. Он сказал, что испытания уже доказали, что XA100 может обеспечить дополнительную топливную экономичность, тягу и другие рабочие характеристики, для которых он был разработан.

Более точные исследования, проводимые на авиабазе Арнольд, позволят получить точные данные, которые потребуются для проектных работ, если система перейдет в стадию разработки и производства, сказал он.

«Основной вопрос: работает ли эта технология? Он зрелый?» Мы как бы ответили на этот вопрос», — сказал Твиди. «Вот почему я думаю, что вы начинаете видеть гораздо более серьезные обсуждения, конечно, публично, но также и в частном порядке, о том, каковы следующие шаги для продвижения вперед с этой технологией?»

Купол Капитолия США виден на восходе солнца над Вашингтоном, округ Колумбия, 25 сентября 2013 г. В Сенате США предстоят воскресные дебаты по поводу того, следует ли продолжать работу правительства, но пререкания по поводу подписанного президентом США Бараком Обамой закона о здравоохранении опасны для федеральных агентств. близко к отключению. Расколотый Конгресс изо всех сил пытается одобрить временный законопроект о расходах, который держит двери правительства открытыми после того, как текущий финансовый год закончится в следующий понедельник. ФОТО AFP / Saul LOEB / ФОТО AFP / SAUL LOEB (Фото должно быть написано SAUL LOEB/AFP через Getty Images)

Твиди сказал, что GE ожидает, что ВВС продолжат работу над AETP, сославшись на свой запрос на финансирование программы в размере 286 миллионов долларов в 2023 финансовом году для этой программы.

И Конгресс выложил свою чековую книжку за усилия. В законопроекте о расходах на 22 финансовый год законодатели резко увеличили первоначальный запрос на финансирование AETP почти на 124 миллиона долларов на 460 миллионов долларов, в результате чего общие утвержденные расходы составили около 584 миллионов долларов.

Но для Грациера сложности и многолетние дебаты по поводу двигателя F-35 показывают «прямое следствие тех решений», которые были приняты, когда более двух десятилетий назад разрабатывалась концепция совместного ударного истребителя.

Проблема с вариантами F-35 и вероятность того, что адаптивный двигатель не будет работать для всех трех, «является одним из лучших аргументов против совместной программы, такой как F-35», — сказал он. По его словам, разные службы имеют разные задачи и потребности в своих истребителях, и попытка создать один общий планер, применимый к каждому из них, резко увеличила сложность и стоимость программы.

«Было бы здорово, если бы эти концепции были полностью раскрыты во время испытаний, до того, как мы начали закупать сотни и сотни F-35», — сказал Грациер. «Мы как бы пожинаем то, что посеяли еще в 1990-х».

О Стивене Лоузи

Стивен Лоузи — репортер Defense News о воздушных боях. Ранее он освещал вопросы руководства и персонала в Air Force Times и Пентагон, специальные операции и боевые действия в воздухе на сайте Military.com. Он ездил на Ближний Восток, чтобы освещать операции ВВС США.

Поделиться:

Аддитивное производство и усовершенствованный турбинный двигатель армии США | Статья

Аддитивное производство и усовершенствованный газотурбинный двигатель армии США

Мэллори Смит Джеймс

Инженер-технолог. Командование развития боевых возможностей,

Авиационно-ракетный центр, Управление системной готовности,

1 / 6 Показать заголовок + Скрыть заголовок – Рисунок 1. GE Aviation T901 (Фото предоставлено армией США) ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ 2 / 6 Показать заголовок + Скрыть заголовок – Рис. 2. Схема процесса лазерной сварки в слое порошка (Фото предоставлено армией США) ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ 3 / 6 Показать заголовок + Скрыть заголовок – Рисунок 3. Т901 B-отстойник (Фото предоставлено армией США) ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ 4 / 6 Показать заголовок + Скрыть заголовок – Рисунок 4. Топливная форсунка LEAP (Фото предоставлено армией США) ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ 5 / 6 Показать заголовок + Скрыть заголовок – Рис. 5. Фабрика Concept Laser M Line (Фото предоставлено армией США) ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ 6 / 6 Показать заголовок + Скрыть заголовок – Рисунок 6. Т901 Передняя рама (Фото предоставлено армией США) ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ

Офис проекта авиационных турбинных двигателей

Обзор

Программа усовершенствованных турбинных двигателей (ITEP), управляемая Управлением проекта авиационных турбинных двигателей армии США (ATE PO), выбрала турбовальный двигатель General Electric T901 для замены двигателей семейства T700 на вертолетах H-60 ​​Black Hawk и AH-64 Apache.

Армия также выбрала Т9.01 для их конкурсной программы прототипов будущих штурмовиков-разведчиков (FARA) Future Vertical Lift (FVL). Новый двигатель (рис. 1) необходим для обеспечения необходимой дополнительной мощности в высоких и жарких условиях, в которых должны работать современные авиационные платформы (высота 6000 футов и температура наружного воздуха 95° по Фаренгейту).

Для достижения целей армии по увеличению мощности на 50 % и уменьшению удельного расхода топлива на 25 % при минимизации веса и стоимости двигателя GE Aviation использует аддитивное производство с прямым лазерным плавлением металла (DMLM) для сложных компонентов двигателя, которые ранее изготавливались из литья. или обработанные детали, собранные с использованием специальной сварки или пайки. DMLM также известен в промышленности как Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Согласно SAE International, LPBF определяется как «процесс аддитивного производства, в котором тепловая энергия, подаваемая одним или несколькими лазерами, избирательно сплавляет области порошкового слоя».

платформа, над которой лазер или лазеры будут плавить определенные области металлического порошка, чтобы сплавить структуру. После того, как каждый слой построен, манипулятор для повторного нанесения покрытия распределяет еще один слой порошка по рабочей платформе из резервуара для порошка. Этот процесс продолжается до тех пор, пока структура детали не будет завершена, после чего из рабочей камеры должен быть удален сыпучий порошок, а рабочая платформа удалена, чтобы можно было отрезать структуру от рабочей пластины. Схема процесса LPBF представлена ​​на рис. 2.

Почему добавка?

Аддитивное производство (AM) позволяет значительно уменьшить количество компонентов и повысить надежность при одновременном снижении стоимости и веса. T901 (на рис. 3). Поддон AM T901 B на 20 % легче, чем при использовании традиционных подходов к производству. Дополнительные преимущества AM включают повышение производительности, повышенную геометрическую сложность, а также сокращение времени цикла разработки и производства. GE Aviation привнесла в модель T9 богатый опыт коммерческой AM.01, в том числе более 716 миллионов летных часов на двигателях LEAP, GE9X и GEnx, в которых используются присадки. Для аддитивной разработки GE использует свой Центр аддитивных технологий в Вест-Честер-Тауншип, штат Огайо. На этом предприятии имеется более 90 машин для 3D-печати и квалифицированная команда дизайнеров, машинистов и инженеров, которые разрабатывают и совершенствуют производственные процессы, которые в конечном итоге передаются на производственные мощности GE в Камери, Италия, и Оберне, Алабама.[iii] В 2016 г. GE приобрела Concept Laser, немецкого производителя машин DMLM, а также компанию Arcam AB, производящую принтеры и металлические порошки с добавками. Эти значительные инвестиции позволили GE лучше контролировать критически важные аспекты цепочки поставок AM. GE использует две различные имеющиеся в продаже машины для производства T9.01 компоненты для разработки и развития производства (EMD).

Эффективная добавка

Важно отметить, что объем квалификационных требований и охват цепочки поставок для оборудования, изготовленного аддитивным способом, неодинаковы для разных приложений. Требования к авиационному сообществу особенно высоки для обеспечения безопасности и летной годности этих продуктов на протяжении всего жизненного цикла двигателя. Кроме того, аппаратное обеспечение авиационного класса, скорее всего, потребует более значительных операций постобработки, чем некритические приложения. Некоторые из этих этапов включают горячее изостатическое прессование (HIP), термообработку раствором и старением или обработку поверхности для увеличения срока службы компонентов, изготовленных аддитивным способом. Каждый из этих процессов требует специализированного оборудования, квалифицированных и контролируемых процессов и квалифицированной рабочей силы.

Как и в случае с любой новой технологией, организациям по стандартизации требуется время, чтобы разработать передовой опыт и сделать его доступным для широкой публики. На более ранних этапах исследований и разработок многие параметры процесса, элементы управления, стандарты и спецификации являются конфиденциальными документами, уникальными для каждой компании, изучающей технологию.

Многие запатентованные документы и процессы являются результатом значительных частных инвестиций в усовершенствование аддитивных материалов и процессов, а также конкурентного преимущества, которое дает передовое применение. По мере развития технологии часть этой информации, вероятно, станет более доступной благодаря усилиям органов по стандартизации, научных кругов и государственных учреждений. До тех пор оборонные программы могут столкнуться с некоторыми проблемами при заключении контрактов и техническом надзоре, характерном для аддитивного производства. Стратегии управления и преодоления этих проблем обсуждаются в разделе «Рекомендации» далее в документе.

Некоторые из преимуществ аддитивного производства, в частности сокращение продолжительности цикла и доступность новой цепочки поставок для компонентов, которые исторически трудно достать, естественным образом привлекают к этой технологии устаревшие системы. Во многих случаях в авиации изменение производственного процесса требует усилий по перепроектированию, проверке и дельта-квалификации компонентов, чтобы адаптировать технологию к более старым приложениям.

Поскольку включение AM в устаревшие приложения требует драгоценного времени и средств, самый простой подход — рассмотреть возможность добавления с самого начала для новых систем, которые все еще находятся на этапе проектирования и разработки, таких как T9.01. Методы проектирования, такие как оптимизация топологии, которая оптимизирует компоновку компонента на основе набора ограничений, могут применяться во время начального проектирования системы, чтобы помочь определить подходящих кандидатов для AM. После технических соображений анализ экономического обоснования должен подтвердить, что аддитивное производство является правильным методом производства и с точки зрения затрат. Когда старые системы адаптируются для AM, соответствующие соображения могут уже сильно ограничиваться существующими конструктивными особенностями, оболочкой, в которую должен вписываться компонент, интерфейсными функциями, финансовыми ограничениями или графиком программы.

Индустриализация

Компания GE Aviation имеет опыт крупносерийного производства небольших компонентов, изготовленных методом аддитивного производства, включая топливную форсунку LEAP (рис. 4). GE изготовила свой 30-тысячный[iv] топливный пистолет в 2020 году[v] на производственном предприятии GE в Оберне, штат Алабама, где сейчас используется более 50 принтеров[vi]. независимо от размера детали, есть некоторые уникальные проблемы, связанные с более крупными компонентами. Например, для небольших компонентов, которые производятся с несколькими копиями одной и той же детали на одной сборочной платформе, можно использовать более агрессивные планы деструктивного отбора проб для обеспечения качества и безопасности продукта. Для сравнения, более крупные компоненты должны основываться на меньших образцах или купонах, изготовленных на рабочей пластине вместе с деталью, и дополняться методами неразрушающего контроля. Хотя эти меньшие образцы действительно дают представление об успехе сборки, им часто не хватает уникальных геометрических особенностей и температурной истории, которые мог бы обеспечить полномасштабный компонент. Кроме того, более крупные компоненты, как правило, имеют более длительное время печати, а это означает, что если в сборке есть проблемы, которые не обнаруживаются до конца печати, то страдает производительность, загрузка фабрики и производительность. Чтобы решить эти проблемы и потенциально снизить затраты, связанные с разрушающими испытаниями, отраслевые и академические исследования и разработки направлены на мониторинг процесса на месте в качестве технологии, позволяющей производить крупносерийное производство этих более крупных компонентов.

Производство более крупных компонентов присадок в больших объемах является растущим приоритетом для одного из новых коммерческих двигателей GE, Catalyst, который, как и T901, использует AM для крупных структурных компонентов. Если программа Catalyst будет продолжена с переходом производства в 2021-2022 гг. [vii], они будут производить компоненты присадок примерно для 300 двигателей в год на своем предприятии Avio Aero (подразделение GE Aviation) в Бриндизи, Италия. [viii] Переход на Catalyst к среде с большими объемами для больших деталей может принести пользу ITEP, так как любые знания, полученные в результате этого перехода, будут применены к T9.01. В настоящее время запуск двигателя T901 планируется начать с низкой производительности (LRIP) в 2025 финансовом году (FY) и с полной производительностью (FRP) в 2027 финансовом году с меньшей прогнозируемой годовой производительностью, чем у Catalyst.

Будущее развитие

Глядя в будущее, связанное с переходом ITEP на LRIP, а затем на FRP, можно отметить несколько возможностей усовершенствования технологий и производства, которые могут повысить производительность и привести к снижению себестоимости продукции. Ключевой областью развития GE Aviation является новая машина GE Additive под названием Concept Laser M Line Factory (рис. 5). В настоящее время машины печатающие Т9В оборудовании 01 используется один лазер на деталь. В случае M2 два его лазера могут одновременно производить две меньшие детали, не взаимодействуя друг с другом (так называемое клонирование), но соотношение лазера к детали по-прежнему остается один к одному. Линия M представит мультилазерную строчку для T901, когда четыре лазера будут работать вместе для печати одного и того же компонента. Ожидается, что четырехлазерная система M-Line обеспечит значительную экономию средств и повышение производительности. Эта возможность может значительно сократить время сборки компонента, но характеристика свойств материала и специальные методы для областей на детали, где взаимодействуют лазеры, требуют дополнительной разработки, чтобы обеспечить достаточную зрелость технологии для T9. 01 производство. SLM Solutions была первой компанией, выпустившей систему с 2 лазерами: их первоначальные исследования показывают, что смещение лазера создает проблему для обеспечения качества и повторяемости швов на компонентах, напечатанных с использованием нескольких LPBF, и подчеркивает необходимость дальнейшего развития производителей машин и пользователей. . В некоторых случаях смещение лазера может оставить следы или даже дефекты сплавления в сшитых областях компонентов. использование. [x] Наконец, он имеет больший объем сборки, что упростит производство T9.Крупнейший добавочный компонент 01, передняя рама (рис. 6), которая в настоящее время изготавливается из двух частей, поскольку она превышает пределы сборки своего текущего сертифицированного принтера по оси Z.

Другими развивающимися областями технологии являются повторное использование порошка и мониторинг ванны расплава. Разбрызгивание и окисление могут происходить внутри аддитивной сборки и вызывают опасения по поводу возможности повторного использования оставшегося порошка для более важных применений, таких как авиация. Возможность повторного просеивания и тестирования порошка, чтобы убедиться, что он по-прежнему соответствует заданным требованиям, таким как гранулометрический состав, морфология порошка и химический состав, после нескольких или даже неопределенных циклов использования, позволяет значительно сократить затраты на сырье. Мониторинг расплавленной ванны на месте обеспечит метрику для выявления проблем сразу во время сборки, позволяя операторам вмешиваться, чтобы потенциально спасти компонент, или остановить печать и утилизировать актив, не завершая сборку и не дожидаясь неразрушающей оценки. для выявления проблемы. Кроме того, мониторинг процесса на месте может в конечном итоге позволить сократить или исключить дорогостоящие неразрушающие оценки, такие как компьютерная томография и ультразвуковой контроль.

Рекомендации

Из-за новизны технологии программы оборонных закупок могут столкнуться с рядом проблем, связанных с аддитивным производством. Различные проблемы связаны с интеллектуальной собственностью, в том числе проблемы технического надзора с проверкой процессов отраслевых партнеров на соответствие редко доступным стандартам третьих сторон и способность армии выдерживать органические или конкурентоспособные запасные и ремонтные возможности дополнительного оборудования.

По сравнению с более зрелыми технологиями (такими как сварка, литье или композиты) существует меньше сторонних стандартов, предписывающих передовой опыт в отношении аддитивных материалов, квалификации и контроля процессов. Что касается ITEP, усилия по надзору показывают, что квалификационные планы GE и инфраструктура цепочки поставок для AM надежны, но методология надзора за этими усилиями продолжает совершенствоваться по мере того, как сторонние инструменты проверки становятся более доступными. Каждое обсуждение или технический обзор обеспечивает еще один уровень понимания, и правительство продолжает сотрудничать с GE, чтобы проверить всю глубину требований и задействованных артефактов данных.

Основываясь на опыте ITEP по использованию AM, усиление стандартизации пойдет на пользу текущим и будущим усилиям. Точно так же, как правительство требует ISO 9000 или AS9100 для управления качеством или спецификаций аэрокосмических материалов SAE International (AMS) для материалов, производимых традиционным способом, отраслевые стандарты аддитивного производства могут быть добавлены в техническое задание программы или технические чертежи, чтобы не полагаться исключительно на специфику компании. собственнические требования.

Центр космических полетов им. Маршалла (MSFC) НАСА разработал и опубликовал два общедоступных документа: MSFC-STD-3716, «Стандарт для оборудования для космических полетов, изготовленного методом аддитивного производства путем лазерного сплавления порошков в металлах» и MSFC-SPEC-3717, «Спецификация для Контроль и квалификация металлургических процессов плавления лазерного порошка». Эти документы были ценными ссылками в деятельности ITEP по надзору за подрядчиками во время EMD. Двумя важными требованиями, предъявляемыми НАСА, являются План управления аддитивным производством и План производства деталей. В этих документах подробно описывается план производителя по внедрению и соблюдению требований агентства, а позже они становятся инструментами, используемыми для проверки требований.[xi] есть какие-либо требования к формальным результатам, документирующим внутренние спецификации, процессы и систему управления качеством, используемые для решения многих областей, обсуждаемых в документах MSFC. Вместо этого такие темы, как проектная документация AM, исходное сырье, управление производственным оборудованием, квалификация и калибровка машин, цифровая резьба, методы контроля, обучение персонала, статистический контроль процессов и постобработка, обсуждались на учебных занятиях, организованных GE, и в неофициальных рабочих группах по аддитивному производству, а также возникают особые темы или проблемы.

Совсем недавно, в январе 2020 года, Ассоциация аэрокосмической промышленности в сотрудничестве с Федеральным управлением гражданской авиации и участниками отрасли выпустила отчет под названием Рекомендуемое руководство по сертификации компонентов AM . Как и в спецификации или стандарте, в этом документе используется формулировка «должен» для рекомендации требований «для включения в будущие согласованные стандарты, политику регулирования или руководства». применимы к ИТЭФ, чем стандарты НАСА, из-за более высоких объемов производства авиационной техники, чем аппаратуры для космических полетов. К сожалению, документ AIA еще не был доступен в начале ITEP EMD, поэтому стандарты НАСА более активно использовались для проверки в отсутствие согласованных стандартов третьей стороны, специфичных для авиации.

Несколько органов по стандартизации прилагают усилия для разработки спецификаций и стандартов, и некоторые из них были опубликованы. Однако программа развития ИТЭФ уже шла полным ходом, и контракты были заключены еще до того, как многие из этих документов стали доступны. Будущие программы Министерства обороны (DoD), использующие AM, должны извлечь выгоду из растущей доступности стандартизации третьих сторон, когда они включены в контрактное техническое задание программы. Стандартизация третьей стороной может помочь в техническом надзоре, а также дополнить стандарты и спецификации, разработанные отраслевыми партнерами в частном порядке.

Спецификация аэрокосмических материалов SAE International для процесса лазерной сварки в слое порошка, AMS 7003, определяет ключевые переменные процесса, относящиеся к LPBF. В соответствии со спецификацией производители должны установить значения, допуски и частоту измерений для каждой из метрик, показанных в таблице на рисунке 7. Для T901 GE управляет каждой из этих переменных (и несколькими другими, которые не указаны в явном виде SAE International). ) через спецификации компании, технические планы и рабочие инструкции. В идеале, другие программы Министерства обороны могли бы ввести AMS 7003 или аналогичные стандарты в свой контракт или в пакет технических данных своего продукта. Таким образом, правительство может официально подтвердить внутренние дополнительные процессы и стандарты Подрядчика в соответствии с отраслевым стандартом, основанным на консенсусе. Кроме того, описания элементов данных могут разрабатываться в соответствии с этими сторонними стандартами по мере их выпуска. Затем программы могли бы использовать эти требования в технических заданиях своих контрактов, чтобы предписывать требования к результатам контрактов в дополнение к техническому надзору правительства за аддитивными технологиями.

Продолжаются попытки определить, как армия будет поддерживать и поддерживать эту технологию. Срок службы компонентов, стратегии ремонта и стоимость продукта учитываются для определения того, какие компоненты могут быть отремонтированы или заменены на армейском складе, тогда как некоторые компоненты будут преднамеренно поставляться от первоначального производителя в обозримом будущем. Технических данных, которые армия получит в EMD, будет недостаточно, чтобы выдержать возможность производства органических добавок для T9.01, если это будет окончательным желанием армии. Многие из ключевых переменных процесса, которые должны быть адекватно определены и контролироваться для производства совместимого, согласованного оборудования, представляют собой пробелы в технических данных программы. В настоящее время у армии нет опыта для самостоятельного устранения этих пробелов, и даже если этот набор навыков созреет в будущем, остается неизвестным, продемонстрирует ли источник производства органических добавок соответствие требованиям летной годности. Новые и новаторские стратегии лицензирования могут быть другим вариантом, позволяющим снизить потребность в прямом приобретении дорогостоящей интеллектуальной собственности или усилиях по обратному инжинирингу.

Постоянные инвестиции в научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы с академическими кругами, другими государственными учреждениями и промышленностью помогут Министерству обороны в достижении его целей. Внутри компании есть преимущества в создании команды армейских экспертов по ПТ с непосредственным опытом. Увеличение инвестиций в практические проекты под руководством правительства, включающие разработку аддитивных материалов, определение характеристик материалов, возможности машин и методы постобработки, поможет государственным инженерам занять равные позиции со своими отраслевыми и академическими коллегами и лучше информировать надзор за отраслевыми аддитивными процессами. Углубление и расширение возможностей развития из первых рук для армейских экспертов по AM окажется критически важным, если армии потребуется устранить пробелы в технических данных и производственных возможностях для воссоздания аддитивных процессов в рамках органической промышленной базы.

Несмотря на то, что область аддитивного производства существует уже несколько десятилетий, применение лазерного синтеза порошкового слоя в авиации все еще очень новое. Интерес и инвестиции в основном были сосредоточены на применении AM к устаревшим системам, но равные или даже большие возможности заключаются в использовании его при проектировании, разработке и квалификации новых систем. Чтобы достичь зрелых возможностей органического ПТ, которых желает армия, она должна предоставить армейским инженерам больше возможностей из первых рук для участия в аддитивных проектах и ​​подчеркнуть ценность включения аддитивов на ранних этапах проектирования и разработки новых систем. Совершенствуя свой собственный опыт, армия может внести более значительный вклад в технологии аддитивного производства, включая разработку нескольких лазеров, мониторинг процессов на месте и усилия по стандартизации, и может меньше полагаться на промышленность и ее интеллектуальную собственность. Постоянное сотрудничество ITEP как с армейскими, так и с отраслевыми экспертами AM для достижения этих целей обеспечит максимальное использование преимуществ технологии не только для новейшего армейского двигателя, но и для создания лучших решений для истребителей для будущих поколений.

[i] SAE International (2018, июнь). AMS 7003: Процесс лазерной сварки в порошковом слое .

[ii] GE Aviation (без даты). Турбовальный двигатель Т901. https://www.geaviation.com/military/engines/t901-turboshaft-engine

[iii] https://www.ge.com/news/reports/3d-printed-age-futuristic-ohio-factory -proving-mark-twain-wrong

[iv] GE Aviation, Gatlin, E. and Eschenbach, J., 2021. [email].

[v] GE Aviation, Gatlin, E. and Eschenbach, J., 2021. [email]

[vi] GE Additive (4 октября 2018 г.). Новый этап производства: 30 000 топливных форсунок . https://www.ge.com/additive/stories/new-manufacturing-milestone-30000-additive-fuel-nozzles

[vii] GE Aviation, Gatlin, E. and Eschenbach, J., 2021. [email]

[viii]Metal AM (2019, 7 августа). Avio Aero начинает производство деталей AM для нового двигателя Catalyst в Саленто. https://www.metal-am.com/avio-aero-begins-am-part-production-for-new-catalyst-engine-in-salento/

[ix] Гриллс, Р.