Технология авиационного строения

Введение

Авиационная промышленность представляет собой совокупность предприятий, занятых конструированием, производством и испытаниями самолетов, ракет, космических аппаратов и кораблей, а также их двигателей и бортового оборудования (электрической и электронной аппаратуры и др.). Эти предприятия принадлежат государству или частным владельцам. Эта отрасль промышленности имеет огромное оборонное, общеэкономическое и научное значение для развитых и интенсивно развивающихся стран.

Особенности авиационной промышленности, состоят в том, что производственное оборудование этой одной из самых интеллектуально обеспеченных и технически передовых отраслей страны соответствует сложности ее продукции. В ней широко применяются и новейшие станки, и ручной труд высокопрофессиональных специалистов. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы предшествуют выпуску всех новых типов продукции авиационной промышленности, кроме малых самолетов гражданской авиации (их производство часто заимствует результаты изысканий из других областей техники).

По  темпам развития авиационная промышленность превзошла другие отрасли и приобрела определяющее значение для современной цивилизации.

Актуальность темы исследования состоит в том, что авиационная промышленность имеет важное политическое и экономическое значение. Ею в значительной мере определяются промышленный потенциал и престиж государства: ее предприятия поставляют свою продукцию на внутренний и внешние рынки, обеспечивают заказами другие отрасли хозяйства, предоставляют большое количество рабочих мест.

А сегодня, когда использование конкретных возможностей ракетно-космических  разработок стало уже обычной  практикой для многих областей науки, оборонно-промышленного комплекса  и народного хозяйства, эффективное  развитие отечественной космонавтики приобретает все большую актуальность, особенно для поддержания обороно- и конкурентоспособности России в мире.

Глава 1

Современное состояние  Российской авиационной промышленности

Современная российская авиационная промышленность представляет собой одно из наиболее перспективных направлений развития экономики России на ближайшие десятилетия. Производственный и научно-технический потенциал, накопленный в отрасли за многие десятилетия ее существования, по многим параметрам, в особенности в военном секторе авиастроения, до сих пор значительно превосходит достижения ведущих промышленно-развитых стран. Сохраняется присутствие российских предприятий авиационной промышленности на мировых рынках, в особенности на международном рынке военной авиации. Успешное продвижение отечественной авиационной техники сопряжено с жесткой конкурентной борьбой с мировыми лидерами, объединенными в крупные диверсифицированные авиаракетно-космические корпорации. Естественно, что для сохранения суверенитета, развития экономики, включая занятость населения высокоинтеллектуальным трудом, и социальной сферы России с ее огромной территорией всегда будет необходима гарантированная независимость в авиационных технологиях для военного авиастроения, для развития воздушно-космических коммуникаций, для поддержания их инфраструктуры и, следовательно, будет необходима передовая авиационная промышленность.

Существующая  международная система регулирования  авиационной деятельности и постоянно  возрастающие требования, предъявляемые  к авиационно-космической технике, к ее надежности, безопасности, экономичности, экологичности, требуют многочисленных нововведений и предшествующих им фундаментальных  и прикладных научных исследований и разработок.

С точки зрения базы инновационно-технологического развития всей российской экономики  значимость авиационно-космической  промышленности невозможно переоценить  – настолько велики масштабы и  спектр ее научно-технических и технологических  достижений и интересов.

Когда по отношению к авиационной  промышленности государство проводило  последовательную научно-промышленную политику, она находилась на передовых  позициях – и в научно-техническом  уровне авиастроения, и в масштабах  производства. Отрасль была одним  из мировых лидеров в разработках  и производстве гражданских (первый реактивный и первый сверхзвуковой  авиалайнеры — отечественные) и  военных самолетов и вертолетов почти всех типов.

Достижение высоких результатов  обеспечивалось действием ряда факторов: отрасль имела централизованную систему управления, пользовалась привилегией  приоритетного ресурсного обеспечения (финансового, кадрового, материально-технического), развивалась по сбалансированным текущим  и перспективным планам и целевым  программам, внутри отрасли специфическими (не экономическими) методами поддерживалась конкуренция различных научно-конструкторских  школ и производств, проводилась  научно-техническая политика единых правил, требований, государственных  и отраслевых стандартов, норм, систем сертификации и т.д.

С началом рыночных экономических  преобразований, со свертыванием политики широкомасштабной государственной  поддержки авиационной промышленности оказалась в глубоком кризисе. Критически важными стали факторы внутреннего  спроса и государственного финансирования, которые резко упали.

Процесс радикальной трансформации  социалистической экономики в капиталистическую нуждался в управлении. Демонтаж централизованной системы управления, обеспечивающей бюджетно-финансовую, производственную, социальную стабильность экономики, не был и не мог быть подкреплен созданием в короткие сроки всей системы необходимых и эффективно действующих рыночных институтов, гарантирующих ее устойчивое функционирование на всех уровнях экономики. В результате основные хозяйствующие субъекты (предприятия) оказались в экономической среде, лишенной механизмов их согласованного взаимодействия.

В этих условиях перед авиационной  промышленностью, как и перед  оборонно-промышленным комплексом в  целом, встал ряд проблем, требующих  быстрейшего решения. Одна из таких  проблем – отсутствие специалистов по организации сбытовых сетей, маркетингу сложной и достаточно специфической  продукции. При ее производстве в  централизованной системе управления в этом не было необходимости –  формирование госзаказа, его финансирование и распределение являлось исключительной функцией правительства.

Другим необходимым условием повышения эффективности отрасли  является совершенствование организации, методов и технологии управления. В экономике РФ единый аэрокосмический  комплекс пока окончательно не сформировался, если оценивать степень рациональности его организационной и научно-производственной структуры. Исторически авиационная и ракетно-космическая отрасли развивались с точки зрения организационного и научно-технического взаимодействия относительно независимо.

После реорганизации системы  управления оборонно-промышленного  комплекса в 1999 г. был сделан первый шаг к объединению авиационной  и ракетно-космической отраслей (Российское авиационно-космическое  агентство) в авиационно-ракетно-космический научно-промышленный комплекс экономики. Следует отметить, что организационные и финансовые задачи в этом процессе не единственно трудные. Не менее сложным представляется осуществление единой научно-технической политики.

В долгосрочной перспективе  подобная реорганизация позволит сформировать новую целостную производственную совокупность, которую по праву можно  будет назвать российской аэрокосмической  промышленностью.

В настоящее время авиастроение в основном существует за счет прошлых  научно-технических, конструкторских  и технологических заделов, запас  которых неуклонно истощается. Хронический  недостаток финансовых ресурсов, ограниченных узкими рамками госзаказа и федеральных  целевых программ, приводит к затягиванию  или приостановке перспективных  исследований и разработок. В условиях отсутствия серьезных инвестиций в  нововведения все труднее конкурировать  с западными корпорациями.

Резкое сокращение, а по некоторым направлениям — и полная ликвидация государственного заказа привели  к фрагментарному функционированию подотраслей авиационной промышленности. Финансово-экономическое положение в военном и гражданском самолетостроении, двигателестроении и вертолетостроении сильно различается. В лучшем состоянии сейчас находится военное авиастроение, что обусловлено его внешнеторговыми контрактами.

Авиационная промышленность – это ряд научно-производственных комплексов замкнутого проектно-технологического цикла, состоящих из проектно-конструкторских  организаций, опытных и серийных промышленных предприятий, центральных  научно-исследовательских институтов по разработке, производству, ремонту  и модернизации авиационной техники  гражданского и военного назначения, а также наземного оборудования, обеспечивающего эксплуатацию этой техники.

Кроме того, отрасль располагает  множеством заводов общего назначения, обеспечивающих первый и второй уровень  авиастроительной кооперации (радио- и  электронные приборы, аппаратура, различные  агрегаты, узлы, нормали и т.д.), создающих  специфическую технологическую  оснастку и станки. Авиационная отрасль  в широком понимании включает в себя весь спектр сфер деятельности по разработке, производству, эксплуатации, обслуживанию и ремонту летательных  аппаратов. Также в отрасли числятся так называемые «прочие» предприятия. Сюда относятся корпорации и холдинги различного вида, объединяющие сохраняющие  юридическую самостоятельность  предприятия, а также дочерние, посреднические, снабженческие, внедренческие предприятия.

Для улучшения ситуации ведется реструктуризация авиационной промышленности, конечная цель которой – сформировать в ближайшие годы профильные, тематически и технологически тяготеющих друг к другу структуры: приборостроительные, двигателестроительные, самолетостроительные холдинги. В результате реструктуризации многие предприятия выводятся из состава отрасли как утратившие авиационный профиль.

Глава 2

Технология авиационного строения

Технология авиастроения — область технологии машиностроения, включающая процессы, методы, способы и технические средства изготовления изделий авиационной техники.

В начальный период развития авиационной техники технология авиационного строения располагала ограниченными средствами, которые определяли характер технологических процессов при создании ЛА, изготовлявшихся в основном из деревянных деталей с использованием полотняной обшивки. В заготовительном производстве преобладали деревообрабатывающие операции, на сборке применялось главным образом склеивание деталей органическими клеями. Подавляющее большинство операций производилось вручную; сборка узлов и агрегатов — без специальных приспособлений с подгонкой деталей по месту сопряжения. По мере увеличения в планёре числа металлических деталей стала применяться обработка металлов резанием, в основном точение, сверление и фрезерование на универсальном оборудовании; совершенствовались слесарно-сборочные работы.

В 20-е гг. с началом создания цельнометаллических самолётов появились новые технологические операции: изготовление деталей из металлических листов, профилей и труб, а также новые виды соединений, в том числе неразъёмных — ручная клепка и ручная кислородно-ацетиленовая сварка. Для получения плоских металлических деталей разработаны методы раскроя листовых заготовок, штамповки и прессования. При сборке узлов и агрегатов нашли применение специальные приспособления. В 30-е гг. интенсивно развивались специфические для авиационной промышленности технологические процессы и технические средства оснащения производства, в том числе процессы механизированной потайной клёпки.

Сокращению сроков освоения новой авиационной техники способствовало внедрение типизации технологических  операций и процессов, стандартизации элементов технологической оснастки и инструмента. Трудоёмкие ручные операции постепенно заменены механизированными: изготовление деталей из листов и  профилей на молотах и прессах, клёпка пневмомолотками, а также с использованием переносных и стационарных прессов, выполнение сварных соединений электродуговой, атомно-водородной и электроконтактной  сваркой. Для увязки геометрических параметров составных частей летательных аппаратов (агрегатов), аэродинамические обводы которых стали более сложными, был разработан плазово-шаблонный метод. Значительное увеличение выпуска самолётов в период Великой Отечественной войны потребовало расширения механизации технологических процессов, применения поточной и поточно-конвейерной сборки летательных аппаратов и авиационных двигателей. В послевоенные годы в связи с созданием реактивной техники для технологического обеспечения производства разработаны новые технические средства и технологические процессы изготовления заготовок, деталей, узлов и агрегатов летательных аппаратов. К ним относятся: получение заготовок крупногабаритных тонкостенных деталей (например, панелей из алюминиевых сплавов) литьём способом выжимания; корпусных деталей из алюминиевых и магниевых сплавов литьём под низким давлением; деталей из жаропрочных и магниевых сплавов штамповкой на молотах и прессах; изготовление деталей из листов и профилей методами группового раскроя листовых заготовок на копировально-фрезерных станках; получение обшивок летательных аппаратов одинарной и двойной кривизны гибкой, прокаткой, обтяжкой или обтяжкой с растяжением; листовых деталей сложных форм вытяжкой; бесшовных тонкостенных оболочек постоянной и переменной толщины с оребрением раскаткой и выдавливанием; корпусных деталей кольцевой обтяжкой разжимными пуансонами, гибкой или гибкой с растяжением. В области обработки деталей резанием разработаны и освоены такие процессы, как контурное фрезерование длинномерных деталей (поясов лонжеронов, стрингеров и поясов балок) переменного сечения на специализированных станках со следящими копировальными устройствами; фрезерование сложных силовых деталей на копировальных станках с гидравлическим следящим приводом; обработка профиля пера, замковой части и кромок лопаток газотурбинных двигателей на копировальных фрезерных, шлифовальных и доводочных станках; обработка деталей из жаропрочных сплавов и высокопрочных сталей с интенсификацией режимов резания.

Различными способами  сварки обеспечиваются сварные соединения. Ручной и автоматической аргоно-дуговой сваркой соединяют элементы деталей из сталей и лёгких сплавов; автоматической сваркой в среде защитных газов — стальные изделия; полуавтоматической и автоматической сваркой под флюсом — детали из сталей; импульсной сваркой — тонкие оболочки, сильфоны и гибкие металлические рукава; механизированной контактной точечной и роликовой сваркой — различные элементы листовых заготовок; термоимпульсной и УЗ сваркой — полимерные материалы.

Для выполнения сборочно-клепальных работ созданы и освоены различные  способы монтажа сборочной оснастки из нормализованных элементов с  использованием плазкондукторов и инструментальных стендов; приёмы сборки узлов, секций, отсеков и агрегатов летательных аппаратов по сборочным и базовым отверстиям. Получило распространение механизированное сверление и зенкование отверстий под заклёпки и болты; полуавтоматическая групповая прессовая клёпка плоских каркасных узлов и панелей, освоено выполнение высокоресурсных герметичных заклёпочных соединений.

Дальнейшее интенсивное  развитие технологии авиационного строения связано с созданием сверхзвуковых самолётов, пассажирский самолётов новых поколений, а также с применением в авиастроении нержавеющих высокопрочных сталей и титановых сплавов. Для технологического обеспечения производства летательных аппаратов разработаны такие процессы, как изготовление деталей и моноблочных элементов конструкций на станках с числовым программным управлением (ЧПУ); электрохимическая и электрофизическая, электронно-лучевая и лазерная обработка, виброупрочнение поверхностей деталей. Продолжается совершенствование изготовления деталей и узлов из лёгких цветных и жаропрочных сплавов.

Развитие технологии авиационного строения в 80-е гг. определялось дальнейшим расширением номенклатуры изделий авиационной техники, повышением их эксплуатационных характеристик. Усложнение аэродинамических обводов летательных аппаратов, улучшение характеристик ГТД, повышение требований к точности и качеству изготовления узлов и деталей потребовало расширения применения труднообрабатываемых материалов, в особенности титановых сплавов и жаропрочных сталей. В связи с увеличением размеров самолётов и вертолётов возросло применение монолитных крупногабаритных деталей (нервюр, шпангоутов, балок, стенок), в том числе длиной до 30 м из высокопрочных алюминиевых сплавов (панелей крыла, поясов лонжеронов и др.). Всё в большем объёме применяются сотовые клеёные, сварные и паяные конструкции, а также конструкции с деталями из полимерных композиционных материалов.