Високий рівень науково-технічних розробок для технологічного забезпечення авіаційного виробництва засвідчує, що Україна продовжує зберігати за собою статус держави, науково-технічний, технологічний і кадровий потенціал якої дозволяє створювати конкурентоспроможну авіаційну продукцію, і перебуває в числі деяких країн світу, здатних забезпечувати прогрес у цій найважливішій і найскладнішій галузі світової економіки.

Рушійна сила конкурентної боротьби

Колективом авторів, що працюють у вищих навчальних закладах і на підприємствах авіаційного двигунобудування, була проведена складна робота із розробки й впровадження інтегрованих комплексних технологій для виробництва наукоємних виробів машинобудування (авіаційних двигунів і агрегатів нового покоління), що ще раз зміцнило становище України як авіаційної держави.

Ця робота розширює поняття технології до взаємопов’язаної сукупності науково-дослідних, дослідно-конструкторських, інжинірингових та управлінських процесів, які є основою продуктивної і творчої діяльності людства. При цьому у твердій конкурентній боротьбі перемагають ті виробництва, які постачають на ринок вироби, що володіють принципово новим рівнем функціональних, ресурсозберігаючих, екологічних, естетичних властивостей. Отже, наявність таких технологій є об’єктивно визначальною передумовою економічного розвитку країни, здатного задовольнити потреби її громадян у нових продуктах, нових матеріалах, нових процесах у всіляких комбінаціях їхнього злиття, тобто інтеграції.

У процеси створення наукоємних, високотехнологічних виробів включаються безліч новітніх технологічних рішень, і технології, раніше чітко розмежовані й, начебто, віддалені одна від одної, зближаються і з’єднуються в один інтегрований технологічний процес. Саме інтегровані технології стали головною рушійною силою конкурентної боротьби в глобальних масштабах, тому що тільки вони забезпечують рівень виробу, який є недосяжним для інших існуючих технологій. Секрет успіху переміщується від стратегії вартості, заснованої на часі, до стратегій, які засновані на нових інтегрованих технологіях, бо вони дозволяють не жертвувати ні якістю, ні вартістю при завоюванні ринку. Саме інтегровані технології дають змогу вчасно реагувати на ринкові вимоги, що швидко змінюються, і втілювати ці вимоги в конкурентоспроможні на світовому ринку компоненти, вироби, процеси й системи.

Інтегровані технології

Розроблені й впроваджені авторським колективом інтегровані технології базуються на органічному сполученні результатів наукових досліджень, останніх досягненнях у різних галузях науки, техніки, матеріалознавства, технології, інформатики і т. д., що дозволило створити сучасне комплексне технологічне забезпечення, яке й визначило конкурентоспроможність газотурбінних авіаційних двигунів і агрегатів як на ринку СНД, так і за його межами.

Слід зазначити високу ефективність окремих складових генеративних технологій. У структурі трудомісткості формоутворення деталей і складання газотурбінних двигунів найбільшу питому вагу займає механообробка, а серед груп деталей найбільша трудомісткість припадає на виробництво лопаток компресора й турбіни — від 22 до 30 відсотків від загальної трудомісткості виготовлення двигуна. Виконання такої обробки на обробних багатокоординатних центрах (ДП «Івченко-Прогрес», ВАТ «Мотор Січ», ДП ХМЗ «ФЕД»), які забезпечують високошвидкісне фрезерування, дозволило не тільки підвищити ефективність обробки важкооброблюваних матеріалів і вирішити проблему виготовлення корпусних деталей, лопаток компресора, моно- і відцентрових коліс шляхом створення кількох гнучких виробничих модулів, а й прискорити технологічну підготовку виробництва. Впровадження цих гнучких виробничих модулів дало змогу виключити слюсарні операції, а час обробки, наприклад, коліс скорочено з 800 до 150 годин, розширилася номенклатура оброблюваних лопаток, виключено холодне вальцювання тощо.

До високих можна віднести технологію лазерної обробки — більш гнучку, що виключає підготовчі роботи, і, отже, більш вигідну. Впровадженню рецензованої роботи передував великий обсяг науково-дослідних робіт з виявлення зон термічного впливу, дефектного шару, появи мікротріщин.

Використання САD/САМ/САЕ систем дозволило створити «наскрізні» інтегровані технології, застосування яких істотно скоротило строки й підвищило якість технологічної документації, програм і налагоджень для верстатів із числовим програмним керуванням при виготовленні деталей двигунів.

У рамках розробки технологічного забезпечення здійснено справжній прорив у галузі високих інтегрованих генеративних технологій, до яких належать технології, що базують виготовлення виробів на пошаровому нарощуванні об’єктів до досягнення необхідних характеристик на макро-, мікро- і нанорівнях. Генеративні технології є зразком ефективного інтегрування досягнень матеріалознавства, інформаційних, лазерних, іонно-плазмових тощо наукоємних технологій, а також тривимірного моделювання, теорії керування, оптимізації конструкцій і технологічних процесів, останніх сучасних технологій лиття, прецизійної і ультрапрецизійної обробки. Ці технології на макрорівні реалізують перехід від тривимірної комп’ютерної моделі до твердого тіла незалежно від ступеня складності конструкції, форм і розмірів, без застосування додаткового оснащення, інструмента, верстата.

Уперше в Україні на ВАТ «Мотор Січ» створено виробничу ділянку, а при НТУ «ХПІ» — навчально-науково-виробничий центр високих генеративних технологій, який оснащено найсучаснішими установками лазерної стереолітографії та вибіркового лазерного спікання для виготовлення моделей деталей або їхніх прототипів для авіаційних газотурбінних двигунів і агрегатів. Розроблене програмне забезпечення дозволило під час проектування деталей складної форми відпрацювати їхнє виготовлення за твердотільними моделями, які отримані за технологіями LOM і SLA (стереолітографія). Реалізація пошарового нарощування за принципом «від малого до великого» знизила трудомісткість виготовлення заготовок лопаток, корпусних деталей агрегатів, технологічного оснащення тощо деталей двигуна в 5—24 рази.

Важливі результати багатьох досліджень дали змогу створити комплекс фінішних процесів, у тому числі полірувально-зміцнюючих, і відповідне технологічне оснащення для обробки особливо відповідальних деталей роторів, які в основному й визначають ресурс і надійність двигуна. Для їхньої оцінки створено автоматизовані стенди, які оснащені діагностичною апаратурою, що дозволяє зчитувати до 700 контрольованих параметрів на сталих і перехідних режимах роботи двигуна. Перелік подібних прикладів із представленої роботи можна було б продовжити, але необхідно підкреслити й інші її переваги. До них належать розробка й впровадження інтегрованої комплексної системи технологічної підготовки виробництва авіаційних двигунів і агрегатів нового покоління з підсистемами автоматизованого проектування технологічного оснащення, технологічної документації, підготовки керуючих програм для верстатів з ЧПУ, централізованою системою керування технологічною документацією підготовки виробництва складових частин нового виробу.

Розробка в рамках одного підприємства неможлива

Невід’ємною складовою сучасних авіаційних двигунів є агрегати, що також відрізняються високою трудомісткістю і наукоємністю, високою точністю вузлів, малими габаритами й вагою. При їхньому виробництві широко використовуються новітні інтегровані технології. Агрегати, якими оснащується двигун, унікальні й не мають аналогів у світі. Інтегральні гідроприводи для повного енергозабезпечення літака, крім ДПМЗ «ФЕД», у світі виробляє тільки американська фірма Hamіlton Sundstrand. Без високої якості та надійності агрегатів «ФЕДу» неможливий випуск сучасних конкурентоспроможних двигунів Д-27, Д-436, ВК-2500, ВК-1500ВМ, АИ-225-25, АИ-450, АИ-25ТL тощо. Новітні авіаційні двигуни й агрегати, вироблені ВАТ «Мотор Січ», «Івченко-Прогрес», ДП ХМЗ «ФЕД» застосовуються на всіх типах літаків і гелікоптерів, що їх випускають у країнах СНД.

Необхідно відзначити ще одну важливу перевагу роботи. Україна має значний кадровий і технологічний потенціал в галузі створення й виробництва авіаційних двигунів і агрегатів. Але сучасні авіаційні газотурбінні двигуни — це настільки складний наукоємний швидко удосконалюваний виріб, для якого необхідні динамічніші розробка й освоєння нових конструкцій і технологій, що в рамках одного підприємства зробити неможливо. Тому для створення технологічного забезпечення виробництва авіаційних двигунів і агрегатів необхідні кооперація і технологічна інтеграція багатьох підприємств України, Росії та інших країн, що знайшло відбиття в розглянутій роботі. Заводи-виробники України мають ділові зв’язки з партнерами більш як у 60 країнах світу.

Серед авторів роботи — відомі вчені й фахівці ДП «Івченко-Прогрес», ВАТ «Мотор Січ» ( Запоріжжя), ДП ХМЗ «ФЕД» (Харків), Харківського і Запорізького національних технічних університетів, Національного авіаційного університету (Київ), які зробили важливий внесок у розвиток технології точного машинобудування, насамперед авіаційного двигунобудування, у створення високоефективних способів обробки матеріалів і прискореного формоутворення, що склали базу наукоємних інтегрованих технологій і сучасного технологічного забезпечення.

Високий рівень науково-технологічних розробок, які представлені в роботі, спрямований на рішення важливого народногосподарського завдання, передбаченого державною комплексною програмою розвитку авіаційної промисловості України до 2010 року в напрямі створення технологічного забезпечення виробництва авіаційних двигунів і агрегатів на основі розробленого й реалізованого комплексу інтегрованих технологій і технологічного оснащення для літаків та гелікоптерів, що не мають аналогів у світі (АН-70, АН-140, АН-148, БЕ-200, БЕ-132МК, КА-60, МІ-8Т).

Висування роботи, яка присвячена рішенню технологічних проблем точного машинобудування — виробництва вітчизняних авіаційних двигунів і агрегатів, є своєчасним і обґрунтованим.

Робота, висунута Запорізьким національним технічним університетом, і авторський колектив, безумовно, заслуговують присудження їм Державної премії України в галузі науки й техніки.

Генеральний директор ХДАВП, доктор технічних наук, Герой України А. К. Мялиця, ректор КДІПУ, завідувач кафедри «Технологія машинобудування», доктор технічних наук, Герой України Ф. Я. Якубов.

ІСТОРИЧНА ДОВІДКА

На початку тридцятих років минулого сторіччя кільком конструкторським групам у Москві, Ленінграді та Харкові було доручено спроектувати парові авіаційні турбіни для великих літаків, розроблюваних А. П. Туполєвим. Спроба застосувати в авіації парові турбіни була спричинена тим, що можливість використання пари як робочого тіла і її дешевина, на перший погляд, обіцяли економічність, простоту і легкість. У Харківському авіаційному інституті (ХАІ) проектували авіаційну парову турбіну, а також конденсатор для охолодження і перетворення на воду пари, відпрацьованої літаковою установкою. Однак якщо проектування турбіни здійснювалося більш-менш успішно, те з перетворювачем пари на воду все було інакше. Великий лобовий опір радіатора цієї установки зводив нанівець економічні переваги всієї установки перед авіаційними дизельними установками. Крім того, обсяг конденсатора виходив надмірно великий. У пошуках засобів підвищення економічності парової установки прийняли рішення ввести в цю установку допоміжну газову турбіну. З’явилася нова назва — парогазотурбінна установка. Однак надалі довелося відмовитися в схемі силової установки від пари і перейти до чисто газотурбінного двигуна.