Чтобы дело трубное было нетрудное
Пермское конструкторское бюро «Авиадвигатель», стремясь идти в ногу со временем, активно внедряет компьютерные технологии в процессы проектирования двигателей. Одним из значительных результатов, достигнутых в этой области, является разработка и применение методологии электронного макетирования обвязки двигателей, позволяющей обеспечить качественно новый уровень проектирования трубопроводных коммуникаций (ТК) двигателей.
Суть процесса проектирования обвязки с использованием электронных макетов такова. После согласования технического задания и получения пневмогидравлических схем систем двигателя, а также компоновок его основных узлов выполняется компоновка трассировки коммуникаций на плоскости (по контурам изделия). Параллельно ведется сборка базового электронного макета двигателя (ЭМ) с использованием геометрических моделей (ГМ) корпусов изделия, а также заимствованных и новых агрегатов и узлов, формирующих зону проектирования обвязки.
На этом же этапе выпускаются чертежи и ГМ новых деталей арматуры и крепежа. Следующим шагом становится компонование ТК на ЭМ с использованием системы Unigraphics в модуле UG/Routing. При этом конструктор, исходя из рациональности общей компоновки трубопроводов с агрегатами, согласует с разработчиками соответствующих узлов необходимые уточняющие изменения относительно их первоначального облика. При необходимости проверяется возможность гибки труб на станке с ЧПУ и выполняется расчет прочности и собственных частот трубопроводов с использованием прикладных программ, разработанных специалистами «Авиадвигателя».
После согласования и утверждения компоновки оформляется чертеж трубопровода. Файл чертежа впоследствии используется при подготовке производства и при изготовлении трубопровода в цехе.
Преимущества полномасштабного электронного проектирования по сравнению с натурным очевидны:
- существенно уменьшаются затраты времени и средств на создание обвязки двигателей и установок;
- обеспечивается эффективное сопровождение обвязки в процессе серийного производства;
- упрощается доступ к конструкции обвязки широкого круга специалистов, принимающих участие в проектировании, изготовлении и обслуживании двигателей;
- данный метод проектирования исключает необходимость хранения и сопровождения сотен и тысяч «железных» эталонов трубопроводов, а также изготовления стационарных стапелей для них;
- открываются новые перспективы по созданию и использованию эксплуатационно-технической документации, в частности, создание технических карт в форме видеоряда.
За последние 7-10 лет в Перми на электронных макетах отработана конструкция трубопроводных коммуникаций пяти новых двигателей: ПС-90ГП-2А, ПС-90ЭУ-16А, ПС-90ГП-25, ПС-90А2, Д-30ЭУ-2; спроектированы десятки комплектов трубопроводов, включающих от 5-10 до 50-120 наименований, для обеспечения применения серийных двигателей семейств ПС-90ГП и Д-30ЭУ в составе различных газотурбинных установок (ГТУ) газотранспортного и энергетического назначения. Это стало возможным только благодаря применению методов проектирования обвязки с использованием электронных макетов, методик и программ, разработанных специалистами ОАО «Авиадвигатель».
Кроме того, отработано множество местных изменений ТК серийных двигателей с целью повышения их надежности и ресурса. Так, например, была разработана конструкция крепления гидропневмоклапанов и ряда трубопроводов для ГТУ с электрогидропневматической системой управления. Для повышения надежности опоры роликоподшипника турбины высокого давления ПС-90А разработана конструкция крепления воздухо-воздушного теплообменника и необходимых трубопроводов.
Проектирование трубопроводных коммуникаций авиадвигателя ПС-90А2 (фрагмент)
ПС-90А2 - первый авиационный двигатель, обвязка которого полностью спроектирована на электронном макете. В значительной степени именно это обстоятельство позволило уменьшить количество трубопроводов от 483 до 420 штук и снизить общую массу обвязки на 20 кг по сравнению с ПС-90А. Произошло улучшение производственных эксплуатационно-технических характеристик обвязки ПС-90А2 в сравнении с прототипом ПС-90А в части упрощения конструкции ряда трубопроводов и снижения трудоемкости монтажа-демонтажа агрегатов. Стало возможным изготовление значительной части трубной обвязки и ее сборка уже для второго опытного двигателя ПС-90А2 на серийном заводе, тогда как при натурном проектировании требовалось пять и более макетов до серийного выпуска двигателей.
Среди множества преимуществ электронного макетирования перед натурным главным является интегрирование процесса проектирования обвязки в процесс проектирования основных узлов и систем. Это позволяет своевременно учитывать и согласовывать требования всех заинтересованных субъектов, а также прорабатывать несколько вариантов конструктивных решений. Например, при проектировании ПС-90А2 найдены наиболее рациональные типоразмеры и места расположения штуцеров на вновь разрабатываемых агрегатах САУ двигателя: НР-90А2, АРТ-90А2, РЭД-90А2 с учетом конструкции обвязки в зонах их расположения.
Снижение трудоемкости проектирования и внедрения трубной обвязки в серийное производство предоставляет возможность решать задачи по проектированию необходимого количества объектов с заданным уровнем качества в более сжатые сроки. На данный момент автоматизированы многие процессы: создание чертежей, выполнение расчетов на прочность и малоцикловую усталость материалов трубопроводов, проверка возможности их гибки на станке с ЧПУ, создание ГМ трубопровода по результатам измерений.
По технологической части - автоматизирован ввод данных и создание управляющего алгоритма для трубогибочных станков, создание карт сборки универсальных сборочных приспособлений. Технология изготовления трубопроводов, спроектированных методом электронного макетирования, была передана «Пермскому моторному заводу», и с 2004 года успешно используется в серийном производстве.
Разработка указанных выше программ и методик стала возможной благодаря общим усилиям группы специалистов отдела внешних систем, отделения информационно-вычислительных систем, отдела главного технолога, механического цеха опытного производства «Авиадвигателя», а также отдела главного технолога и цеха изготовления трубопроводов «Пермского моторного завода». Необходимо отметить особенный вклад в эту работу начальника бригады систем автоматического проектирования Ильи Повышева и инженера-конструктора Андрея Любимцева.
В планах КБ создание информационно-поисковой системы деталей арматуры и крепежа трубопроводов, усовершенствование под собственные нужды модуля UG/Routing. В стадии разработки находится технология беccтапельного изготовления трубопроводов и ряд других мероприятий по удешевлению трубопроводов для двигателей промышленного назначения.
