Технологія складання та випробування літальних апаратів

Міністерство освіти РФ

МАТИ - Російський державний технологічний університет ім. К. Е. Ціолковського

Кафедра «Технологія виробництва

приладів і систем управління літальних апаратів »

Пояснювальна записка

до курсового проекту по курсу

«Технологія складання та випробування літальних апаратів»

на тему «Розробка обладнання для ультрачистої промивки двигунів аерокосмічного приладобудування»

Результати оглядів Студент гр. Засу - 5 - 60

К. В. Муллахметов

1 Дивись%

Керівник

2 Дивись% доц.к.т.н.

Є. Г. Чуре

3 Дивіться%

Перевірив

проф., к.т.н.

В. І. Молодніцкій

Москва 2004

Зміст

Дослідження та вибір оптимальних характеристик светогідравліческой

системи (СГС) для ультрачистої промивки деталей приладобудування. . . . . . . . . . . .3.

Вибір основних фактів, які впливають на процес светогідравліческой промивки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.

Систематичне планування експерименту при дослідженні

оптимальних характеристик СГС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.

Визначення оптимальних умов светогідравліческой

промивки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.

Розробка структурної схеми установки для светогідравліческой

промивки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.

Структурна схема установки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.

Розрахунок оптичного тракту установки для промивки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.

Список використаної літератури. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.

Специфікація на установку. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30.

1. Дослідження та вибір оптимальних характеристик светогідравліческой системи (СГС) для ультрачистої промивки деталей приладобудування.

1.1. Вибір Основних чинників що впливають на процес светогідравліческой промивки.

Светогідравліческая система повинна складатися з цілого ряду елементів, причому, кждий з цих елементів в тій чи іншій мірі впливає на процес взаємодії променя лазера з всеочисній рідиною.

Найважливішими елементами структури СГС є: лазер; середовища, передають світловий потік (повітряна, оптична система і рідка) і парожидкостная область очищає рідини, що поглинають випромінювання лазером світло. У свою чергу, параметри кожного з перерахованих елементів структури СГС залежать від первинних технологічних факторів.

Якісно і кількісно оцінити внесок розглянутих факторів у процес промивки заготовок при светогідравліческой обробці можна лише використовуючи метод багатофакторного регресивного аналізу.

Цей метод дозволяє представити математичну модель будь-якого реального технологічного процесу по залежностях, що зв'язує значення вихідної величини зі значеннями параметрів, заданими на виході.

В якості вихідної величини були прийняті параметри схлопування парожідкостной області за рахунок розвитку светогідравліческого ефекту і оценіемой кількістю парожідкостной областей утворених після взаємодії з променем лазера (параметр К)

Правомірність такого вибору в якості вихідної величини визначається вимогами математичної коректності, а саме тим, що ця величина є: ефективною з точки зору досягнення заданої технологічної мети; кількісної величиною, що виражається числом; статично ефективною, тобто має фізичний зміст при всіх значеннях вхідних параметрів; досить легко визначається; існуючої при всіх значеннях вхідних параметрів, тобто виконуються всі необхідні і достатні умови для вибору вхідної величини.

Аналіз вхідних параметрів (основних технологічних факторів светогідравліческой промивання) показує, що всі фактори можна умовно розділити на три групи. А саме: до першої групи віднести фактори, які можуть змінити свої параметри в широких межах залежно від тих чи інших умов взаємодії світла з краплею промивної рідини; до другої - чинники, які повинні бути узгоджені з іншими факторами СГС, і, нарешті, до третьої групи віднести фактори, які можуть залишатися постійними для обраної схеми взаємодії в СГС.

До першої групи, відповідно до прийнятої класифікації, можна віднести наступні фактори:

W _Σ; r; Пк (3 фактори),

де: W _Σ - Енергетичні параметри лазера;

ч-радіус парожідкостной області;

Пк - показник заломлення парожідкостной області;

- До другої групи - фактори:

λ; Пв.с; Ув.с; Уж.с.; Пж.с.; Ук; Z к; Уо.с; По.с; Z о.з; Δ F; (11 факторів)

де: λ - довжина хвилі лазера;

Пв.с - заломлення повітряного середовища;

Ув.с - коефіцієнт розсіювання повітряного середовища;

Уж.с - коефіцієнт розсіювання рідкого середовища;

Пж.с - заломлення рідкого середовища;

Ук - коефіцієнт розсіювання краплі промивної рідини;

Z к - коефіцієнт заломлення краплі промивної рідини;

Уо.с. - Коефіцієнт розсіювання оптичної системи;

По.с. - Заломлення оптичної системи

- До третьої групи - фактори:

τ імп; Ө; t, Авозд.; АОС; Z жс; m; Δ F; Аж.с.; Кт.ф. (10 факторів).

де: τ імп - тривалість імпульсу лазера;

Ө - кут розходження променя лазера;

t - кількість імпульсів лазера;

Авозд - протяжність повітряного проміжку;

АОС - протяжність оптичної системи;

Z жс - коефіцієнт заломлення рідкого середовища;

m - маса краплі промивної рідини;

Δ F - положення фокуса оптичної системи щодо краплі промивної рідини;

Аж.с. - Протяжність рідкого середовища;

Кт.ф. - Теплофізичні параметри краплі промивної рідини.

Таким чином, з великої розмаїтості 24 основних технологічних факторів впливають на процес светогідравліческого ефекту, при проведенні багатофакторного регресивного аналізу можна не враховувати вплив 10 факторів, віднесених до третьої групи. Так як можна умовно прийняти, що ці фактори залишаються постійними для обраної схеми взаємодії і не змінюють своє значення не лише протягом усього часу протікання светогідравліческого ефекту, але і протягом більш тривалого часу.

Аналіз факторів, представлених у другій групі, показує, що фактор λ (довжина хвилі лазера) який повинен бути узгоджений з довжиною хвилі кольору краплі промивної рідини, є величиною постійною для вибраного лазера, так як змінити цей параметр в лазері типу ЛТІ-ПЧ не представляється можливим. Найлегше керувати цим фактором, змінюючи колір краплі промивної рідини, тобто впливати на фактор Пк (показник заломлення парожідкостной області), віднесений до першої групи чинників.

Фактори Пв.с; Ув.с; Уж.с.; Пж.с.; Ук; Z к; Уо.с; По.с; Z о.з, тобто параметри, що враховують поглинають, відбивні і розсіюючі здібності різних елементів структури СГС, так само можна умовно віднести до постійних. Не зраджувати своє значення протягом усього часу процесу взаємодії, але змінює свої параметри протягом більш тривалого часу.

Фактор Δ F (положення точки фокуса оптичної системи щодо поверхні краплі), віднесеного до другої групи факторів, так само можна вважати постійним, тому що в ряді робіт [1, 5, 8] було показано, що світловий потік, утворений лазером в рідкому середовищі , змінює свої геометричні параметри, утворюючи протяжний світловий циліндр. Довжина цього циліндра становить 11,95 мм (для води) при максимальному діаметрі сферичної краплі промивної рідини (фреон) рівного 6,5 мм. Отже, протяжність мінімального діаметра світлового циліндра майже в два рази більше діаметру сферичної краплі і, таким чином, немає необхідності точно враховувати положення точки фокусу відносно поверхні краплі, тобто правомочним твердження про те, що зазначений фактор можна вважати постійним.

Таким чином, з усього ряду перерахованих технологічних факторів, можна виділити основні фактори, які найбільшою мірою мають вплив на параметри вихідних величин, це: енергія світлового імпульсу (W _Σ), діаметр сфери краплі промивної рідини (2 r) і поглинаюча здатність краплі (Пк ).

Таким чином, основним завданням є проведення багатофакторного експерименту та отримання за його даними залежності:

К = t (W _Σ; r; Пк)

а також оцінка впливу і внеску кожного фактора із зазначених окремо і у взаємозв'язку на величину вихідного параметра в камері светогідравліческой промивної установки.

1.2. Статистичне планування експерименту при дослідженні оптимальних характеристик СГС.

З метою спрощення знаходження оптимальних характеристик СГС раціонально застосовувати методи статистичного планування експерименту, що дозволяють знаходити оптимум за допомогою порівняно невеликої кількості експериментів.

Одним з найбільш придатних для даного випадку методів є метод повного багатофакторного планування.

Як відомо [25], постановка повного факторного експерименту зводиться до наступних операцій: вибору рівняння регресії, складання плану повного факторного експерименту, розрахунку коефіцієнтів регресії, оцінці значущості цих коефіцієнтів та аналізу рівняння регресії, після цього можна переходити до пошуку оптимуму.

Апріорно встановлюємо, що умови протікання процесу в камері светогідравліческой промивної установки не оптимальні, тому функція виходу може бути з достатньою точністю описана статечним рядом, що не містить змінних в другій і вище ступенях.

Рівняння регресії тоді запишеться у вигляді:

i ij

г = βo + Σ β i x i + Σ ij x i x j

(1.2)

В результаті експериментів не можна абсолютно точно визначити значення теоретичних коефіцієнтів регресії βo; β i; β ij, можна лише обчислити значення вибіркових коефіцієнтів βo; β i; β ij, пов'язаних з теоретичними співвідношеннями:

β i = β i ± Σ S

β ij = β ij ± Σ S

βo = βo ± Σβ ii + Σβ iii ... Σ S

(1.3)

де Σ S - помилка, пов'язана з наявністю неврахованих факторів і похибкою методу.

Таким чином, рівняння регресії, отримане на підставі експерименту, має вигляд:

ŷ = b o + Σ b i x i b ij x i x j

(1.4)

Для трьох обраних факторів, відповідно до формули (1.4) рівняння регресії набуває вигляду:

ŷ = bo + b ₁ x ₁ + b ₂ x ₂ + b ₃ x ₃ + b ₁₂ x ₁ x ₂ + b ₁₃ x ₁ x ₃ + b ₂₃ x ₂₃ + b ₁₂₃ x ₁ x ₂ x ₃

(1.5)

Тут x ₁ x ₂ - значення факторів, bo - вільний член, рівний виходу при нульових умовах (тобто при х = 0), b _1; b ₂ - коефіцієнти регресії відповідних факторів, що вказують на вплив того чи іншого чинника на досліджуваний процес; b ₁₂₃ - коефіцієнт регресії при творі факторів, що свідчить про наявність взаємодії між факторами.

Реально діючі фактори замінимо на формалізовані. З цією метою фактор W _Σ (енергія світлового імпульсу) позначимо х _1; фактор 2 r (діаметр сфери рідкого каталізатора) - через х _2; фактор Пк (поглинаюча здатність краплі) - через х _3.

Вихідні величини - чинники, що беруть участь в експерименті, не піддавалися конфлюентному аналізу, так як параметр х ₁ міг задаватися з точністю ± 0,5% (зазначена величина відповідає точності завдання енергії світлового імпульсу з технічного паспорту на лазер ЛТІ-ПЧ та експериментальної перевірки зазначених даних); параметра х ₂ - з точністю 0,1% (що відповідає точності завдання діаметра краплі промивної рідини); параметр х ₃ - з точністю 0,01 ‰ (відповідну точність визначення та поглинає здібностям краплі). Крім цього вони сумісні в будь-яких поєднаннях, між ними відсутня кореляція. Вони однозначні і керовані, тобто виконуються всі необхідні і достатні вимоги математичної коректності до прийнятої сукупності факторів.

Для кожного з обраних факторів встановлюється умовний нульової рівень 0 x i, який призначається на підставі досвідчених чи теоретичних даних, а за відсутності таких - довільно. Для тих же факторів вибираються одиниці варіювання λ i, на які змінюються умови по кожному фактору в бік зменшення або збільшення його від нульового рівня.

Вибір одиниць варіювання є дуже відповідальним етапом, тому що при дуже малих одиницях варіювання жодних факторів може виявитися, що ефект від їх дії незначну не тому, що вони не впливають на процес, а тому, що цей ефект нижче помилки методу вимірювання виходу. З іншого боку, при дуже великих одиницях варіювання може виявитися, що досліджувана поверхня відгуку не може бути описана рівнянням, що не містить членів вищих ступенів.

Вибір параметрів 0 x i і λ i для зазначених трьох факторів грунтується на тому, що для першого фактора (W _Σ) мінімальне значення параметра світловий енергії складає 0,1 мВт, що близько до нижнього порогу світловий накачування для застосовуваного лазера ЛТІ-ПУ, а максимальне значення - 0,3 мВт, що відповідає верхньому порогу світловий накачування. Для другого чинника (2 r) мінімальне значення діаметру краплі промивної рідини умовно було вибрано 0,2 мкм, а максимальне - рівним 0,6 мкм, що відповідає умові відриву краплі від патрубка і спливання її на поверхню рідкого середовища.

Для третього фактора (Пк) мінімальне значення коефіцієнта заломлення вибрано рівним 2%, максимальне - рівним 5%, що близько до значень, зазначених у довідниках на фізичні параметри очищає рідини.

Складемо матрицю планування, виходячи з того, щоб в даному експерименті були вичерпані всі можливі комбінації варійованих факторів на верхньому і нижньому рівнях. Необхідна кількість варіантів N в = 2 ^i.

де i - кількість досліджуваних факторів.

У даному випадку N в = 2 ³ = 8. Для оцінки значимості коефіцієнтів регресії будемо виробляти кожен досвід три рази (К n = 3).

Тоді матриця планування буде мати вигляд: Таблиця 1.

Фактор	0 х i	i	+ I	- I	Розмірність
W (X1)	0.200	0.100	0.300	0.100	Джоулі
2r (X2)	0.1	0.4	0.2	0.2	мм
Пк (Х3)	5	3	8

До

ромі зазначених експериментів для подальшої оцінки лінійності рівняння регресії був 4 рази визначено вихід на нульовому рівні. Значення уо склали: 10,65; 10,82; 10,95 і 10,72, звідки середнє значення виходу уо = 10,78

У = 11,01 + 3,18 х ₁ + 2,02 х ₂ - 0,18 х ₃ - 0,05 x ₁₂ - 0.04x ₁₃ - 0.057x ₂₃ - 0.075x ₁₂₃

Це рівняння може бути математичною моделлю процесу, проте, перш необхідно визначити значимість вхідних у нього коефіцієнтів регресії.

З цією метою необхідно знайти вибіркову дисперсію. Для цього обчислюються:

2) дисперсія відтворюваності:

Σ S ² (y _N ^k)

S ² (y) = = 0,0634 / 8 = 0,0079

N ^b

(1.8)

3) дисперсія середнього значення:

Σ S ² (y _N ^k)

S ² (y) = = 0.0079 / 3 = 0,0026

kn (1.9)

4) дисперсія коефіцієнтів регресії:

Σ S ² (y _N ^k)

S ² (y) = = 0,0026 / 8 = 0,0003

N ^b

(1.10)

за якою знаходиться помилка коефіцієнтів регресії:

S (bi) = √ S ² (bi) = 0.017

Для оцінки значимості коефіцієнтів регресії складемо нерівність:

Bi> S (bi) tp (f)

(1.11)

де S (bi) - помилка коефіцієнта регресії, а

tp (f) - коефіцієнт Стьюдента, знаходять за таблицями для необхідної достовірності і числа ступенів свободи f, з якими були визначені коефіцієнти регресії. Для даної задачі f = 8 * 2 = 16 і t ₉₅ (16) = 2,12. Тоді S (bi) t ₉₅ (16) = 0.017 * 1.12 = 0.36, f = Nb * (kn - 1)

Звідси:

b ₀ = 11,01> 0,36 - значимий коефіцієнт регресії

b ₁ = 3,18> 0,36 - значимий коефіцієнт регресії

b ₂ = 2,02> 0,36 - значимий коефіцієнт регресії

b ₃ = 0,18 <0,36 - незначний коефіцієнт регресії.

Розглянутий коефіцієнт регресії b ₃ може бути незначним з багатьох причин, зокрема:

- Обрана занадто маленька одиниця варіювання для даного фактора, а помилка методу велика;

- Нульовий рівень з даного фактору лежить вже в оптимум і, отже, зміна даного фактора на величину може не викликати зміни виходу;

- І, нарешті, даний фактора дійсно не робить ніякого впливу на процес, так як не має до нього відношення.

У даному випадку нульовий рівень по третьому фактору лежить в оптимумі, а тому він і не викликає зміни виходу.

Крім цього, знак мінус при третьому факторі свідчить про те, що зі збільшенням показника заломлення зменшується вихід. Це відбувається по всій видимості тому, що поглинаюча здатність краплі збільшується до певної величини, потім відображає здатність його стає домінуючою, тобто крапля виконує роль своєрідного дзеркала на шляху світлового потоку лазера.

Коефіцієнти Х1; Х2; х23; Х123 незначущі для Р = 95%, а тому рівняння регресії (1.5) після відкидання незначущих членів матиме вигляд:

ŷ = 11,01 + 3,15 x ₁ + 2,02 х ₂ - 0,18 х ₃

(1.12)

проаналізуємо рівняння регресії (1.12) з точки зору перевірки правильності вибраної гіпотези, що система лінійна, іншими словами необхідно встановити, чи може вихід процесу бути описаний рівнянням без членів вищих порядків і, можливо, без членів, що враховують парні взаємодії.

Оцінимо значимість коефіцієнтів регресії при членах вищих порядків.

Для цього був проведений експеримент в нульовій точці з числом повторностей Z = 4.

Обчислене середнє значення Уо є чистою оцінкою для Уо ^Z,

ii ii

а різницю (Уо - bo) = [β - (βo + Σ β ii)] = Σ β ii оцінкою для суми коефіцієнтів регресії при членах вищих порядків. Якщо вона незначущі, то прийняте припущення про можливість опису процесу рівнянням без квадратичних і більше членів правильно.

Д ля оцінки значущості, знаючи bo і S ² (bo) = S ² (bi), можна скористатися формулою (1.13):

_ S ² √ (Nb + Z)

[ Уо - bo]>

Nb * Z * tp (f)

(1.13)

г де _ (Nb - 1) S ² (bi) + (Z - 1) S ² (Уо)

S ² =

Nb + Z - 2

середнє зважене з двох дисперсій. Тут на додаток до раніше прийнятим позначенням tp (f)-значення коефіцієнта Стьюдента, находиме по таблиці, для вибраного рівня довірчої ймовірності та числа ступенів свободи.

Д Щоб розглянутої задачі:

(Уо - b о) = │ 10,78 - 11,01 │ = 0,23

Розрахунок S ² (Уо) ведеться за формулою:

S ² (Уо) = Σ │ Уо - Уо ^Z │ / Z (Z - 1) = 0,425

(1.14)

де Z - число повторностей у визначенні У.

Тоді S ² = 0,23 <0,46

Різниця між Уо і b про статично незначимо, отже, гіпотеза про можливість використання рівняння без квадратичних членів вірна.

Тепер для спрощення математичної моделі, перевіримо можливість опису процесу лінійним рівнянням, тобто рівнянням без парних членів. Для цього залишимо додаткову матрицю планування за наступною схемою (Табл. 4).

З цієї матриці обчислимо дисперсію неадекватності даної моделі (без парних взаємодій):

Σ (У _N - У _N) ²

S ² _ag = ------ = 21,61 / 7 = 3,08

N + l - i - 1

Тут N + l - i - 1 - число відкинутих членів, де:

l - число виключених парних взаємодій. Тепер порівняємо S ² _ag з дисперсією відтворюваності, розрахованої вище, за критерієм Фішера (F):

F розр = S ² _ag / S (У) ² = 18,117

№ вари анта	Х1	Х2	Х3	У _N	У _N = bo + b1 + і2Х2 + і3Х3	У _{N-ŷ N}	( У _{N-ŷ N)} ²
1	-	-	-	7.3	У1 = 5.99	1.39	1.39
2	+	-	+	13.83	У2 = 11.59	2.24	5.01
3	-	-	+	7.04	У3 = 5.63	1.41	1.98
4	+	-	-	14.01	У4 = 12.35	1.66	2.75
5	-	+	+	8.08	У5 = 9.67	1.59	2.52
6	+	+	+	15.08	У6 = 16.39	1.31	1.71
7	-	+	-	8.33	У7 = 10.03	1.7	2.89
8	+	+	+	14.35	У8 = 16.03	1.68	2.82
Коефіцієнт регресії					bo = 11.01	_ Σ (У _N - ŷ _N) ² = 21.61
					b1 = 3.18
					b2 = 2.02
					b3 = - 0.18

Критерій Фішера, знайдений по таблиці 4 F (f _1; f ₂₎ для ступенів свободи f ₁ = N + l - i - 1 = 7 і f ₂ = Кп - 1 = 3 - 1 = 2 - числа ступенів свободи, для якого визначалася дисперсія відтворюваності, дорівнює для ймовірності 95%

F ₉₅ (7; 2) = 19,35, а для ймовірності 99%

F ₉₅ (7; 2) = 99,36. Таким чином,

F розр ≤ F (f _1; f ₂₎ і, отже, можна відкинути парні взаємодії і користуватися лінійної моделлю.

Отже, тепер з достатньою точністю можна стверджувати, що процес описується наступною математичною моделлю:

Ŷ = bo + b ₁ x ₁ + b ₂ x ₂ b ₃ x ₃ = 11,01 + 3,18 х ₁ +2,02 х ₂ - 0,18 х ₃

Як відомо, для пошуку оптимуму, найбільш простим з точки зору виконання, є експресний метод, званий «методом крутого сходження».

Суть методу полягає в тому, що якщо поставити серію дослідів. В яких в кожному наступному варіанті змінювати величину діючих факторів пропорційно добутку коефіцієнта регресії даного чинника на величин одиниці варіювання, то такий рух по поверхні відгуку буде найкоротшим шляхом до досягнення оптимуму. У даному випадку:

У якості «кроку» вибираємо величину 0,05 b ₁ λ _1. Тоді план «крутого» сходження буде виглядати так, як представлено в таблиці 5.

Таблиця 5.

Вари-

ант

Умови в кодованому вигляді

0 Х ₁

0 Х ₂

0 Х ₃

0 +0,05 b ₁ λ ₁

0 +0,05 b ₂ λ ₂

0 +0,05 b ₃ λ ₃

0 +0,1 b ₁ λ ₁

0 +0,1 b ₂ λ ₂

0 +0,1 b ₃ λ ₃

0 +0,15 b ₁ λ ₁

0 +0,15 b ₂ λ ₂

0 +0,15 b ₃ λ ₃

0 +0,2 b ₁ λ ₁

0 +0,2 b ₂ λ ₂

0 +0,2 b ₃ λ ₃

0 +0,25 b ₁ λ ₁

0 +0,25 b ₂ λ ₂

0 +0,25 b ₃ λ ₃

Вари-

ант

Умови в реальному вигляді

200

215

4,2

4,975

230

4,4

4,95

245

4,6

4,925

260

4,8

4,9

275

5,0

4,875

Вихід

10,78

13,22

14,62

15,06

16,46

17,86

Реалізований досвід показав, що прийняте рішення про проведення крутого сходження вірно. Вихід процесу при Х ₁ = 275, Х ₂ = 5,0 і Х ₃ = 4,875 більш ніж в півтора рази вище, ніж на вихідному нульовому рівні. Можна зробити припущення про те, що оптимум знаходиться саме в такому поєднанні значень розглянутих факторів.

Щоб переконатися в правильності ухваленого рішення про знаходження оптимуму був поставлений додатковий експеримент з центром у точках ОХ ₁ = 275; ОХ ₂ = 5,0; ОХ ₃ = 4,875.

Крок варіювання вибираємо дрібніше, ніж при раніше проводилися дослідах. Нехай:

λ _{¹ 1} = 5; λ ₂ ¹ = 0,05; λ ^{₁ березня} = 0,05.

Таблиця 6.

Тоді	ОХ		+ I	- I
W (X)	275	5	280	270
2r (X)	5, 0	0,05	5,05	4,95
Пк (X)	4,875	0,05	4,925	4,825

Таблиця 7.

Варіант	Х ₀	Х ₁	Х ₂	Х ₃	У _N ¹	У _N ²	У _N ³	У _N
1	+	-	-	-	17, 85	17,85	17,85	17,850
2	+	+	-	+	17,85	17,86	17,85	17,853
3	+	-	-	+	17,85	17,85	17,86	17,853
4	+	+	-	-	17,86	17,85	17,86	17,856
5	+	-	+	+	17,85	17,86	17,85	17,853
6	+	+	+	-	17,86	17,86	17,86	17,860
7	+	-	+	-	17,85	17,86	17,85	17,853
8	+	+	+	+	17,85	17,86	17,85	17,853
Коефіцієнта- ціент регресії	17,853	0,016	0,016	0,016

Визначаємо порядкову дисперсію

Розраховуємо дисперсію відтворюваності:

S ² I У I = 0,00165

Дисперсія середнього значення:

S ² I У I = 0,00055

Дисперсія коефіцієнтів регресії:

S ² (bi) = 0,00007

за якою знаходиться помилка коефіцієнтів регресії:

S ² IbiI = √ 0,00835 = 0,00835

Критерій значущості:

S ² IbiI t (f ') = 0,00835 2,12 = 0,0177

Всі коефіцієнти светогідравліческой промивання вийшли незначними, отже в даному випадку оптимальними умовами можна вважати наступні:

- Величина енергії світлового імпульсу лазера повинна лежати в межах 50 мілі Ватт в кожному імпульсі;

- Діаметр краплі промивної рідини повинна становити 0,5 мкм;

- Показник заломлення промивної рідини становить 2%.

Рис 1. Поверхня відгуку.

На малюнку 1 наведена поверхню відгуку, отримана в результаті графічного представлення описаного досвіду. Аналіз цієї поверхні показує, що отримані умови є оптимальними лише для вибраного типу лазерного обладнання, параметрів рідкої робочого середовища і каталізатора. Очевидно, що подальше збільшення енергії лазера (неможливо для даного типу лазера) може дати приріст значень вихідного параметра, так само як збільшення діаметра краплі (неможливе внаслідок відриву краплі діаметром більше 6 мм від патрубка).

2. Розробка структурної схеми установки для светогідравліческой промивання й оцінка його можливостей застосування в промисловості.

Різноманітність розв'язуваних конкретних технологічних завдань визначає і різні вимоги до параметрів светогідравліческіх установок, що в свою чергу, призводить до великої кількості їх схем побудови. У даному розділі розглянемо основні елементи і методи побудови технологічних лазерних установок, що використовують енергію светогідравліческого ефекту.

2.1. Розробка структурної схеми установки для светогідравліческой промивки.

Аналіз схем можливих варіантів светогідравліческой обробки дозволив розробити загальну структуру технологічних установок, що використовують цей принцип (рис. 2.1).

Джерелом енергії в установці є лазер [2], випромінювання якого через оптичну систему направляється в камеру светогідравліческого пристрою. Взаємодія всіх елементів, що утворюють схему установки, регулює блок управління (Б.У.) [3].

Рис 2.1. Загальна структурна схема установок для светогідравліческой промивки.

1 - робоча камера;

2 - лазер з оптичною системою;

3 - блок управління (Б.У.);

4 - блок герметизації робочої камери;

5 - блок вакуумування робочої камери;

6 - блок реєстрації рівня рідини в робочій камері;

7 - блок подачі рідкого середовища в робочу камеру;

8 - блок зливу відпрацьованої рідкого середовища;

9 блоків тарований подачі крапель промивної рідини в робочу камеру;

10 - блок вимірювання спектрографічних характеристик промивної рідини.

11 - датчик пристрою вбудованого контролю якості виконання операції.

Герметизація камери здійснюється за рахунок механізму притиску [4], в якому одночасно передбачений датчик для вимірювання сили притиску. Після досягнення заданого значення зусилля притиску подається сигнал на Б.У., який скасовує механізм 4 і подає сигнал на включення блоку 5, що представляє собою пристрій вакуумування робочої камери.

Величина достатнього вакууму реєструється і після досягнення заданого його значення подається сигнал на Б.У. про відключення блоку 5 і наступних блоків.

У підготовлену таким чином камеру подається рідка робоче середовище за рахунок пристрою 7, частина рідини при цьому перетікає в спеціальну ємність водного затвора, в якій рівень її реєструється блоком, який після досягнення заданого рівня подає на Б.У. сигнал про припинення подачі рідкого середовища та включення в роботу блоку 9.

У рідку робоче середовище вводяться краплі за рахунок блоку тарований подачі 9 і одночасно ведеться вимір його кількості. Після досягнення заданого параметра на Б.У. подається сигнал, який припиняє подачу крапель. Одночасно з введенням крапель Б.У. подає команду на зарядку блоку конденсаторів лазера 2.

Блок управління подає команду на включення в роботу лазера. За рахунок светогідравліческого ефекту в камері створюється хмара крапель промивної рідини, характеристики яких реєструються блоком 10.

Якість виконання операції може реєструватися за допомогою датчиків вбудованого контролю (блок 11), які подаються блоком 10.

Якість виконання операції може реєструватися за допомогою датчиків вбудованого контролю (блок 11), які подають сигнали на Б.У. У разі невиконання заданих вимог Б.У. видає команду на повторення операції, а при досягненні необхідної якості - на блок 8, який зливає оброблену рідке середовище і каталізатор, і приводить всі елементи установки в початковий стан.

Вибір конкретної конструкції і параметрів всіх перерахованих елементів установки залежать, як уже зазначалося, від виду розв'язуваної технологічного завдання.

Рис.2.2. Алгоритм роботи лабораторного зразка установки для светогідравліческой

промивки.

немає

да

Лист 01.

немає

Лист 02.

Лист 03.

Лист 04.

Рис.2.2. Алгоритм роботи лабораторного зразка установки для светогідравліческой промивки.

Рис. 2.3. залежність діаметра монодисперсних парожідкостной мікропузирей очищає рідини від потужності світлового потоку лазера.

3. Розрахунок оптичного тракту установки для промивки.

В оптичний тракт установки входять елементи, кожен з яких має певну поглинає і відображає.

Основним елементом, що поглинає світлову енергію лазера, є парожідкостной бульбашку.

Коли парожідкостной бульбашка вибухового скипає, поглинаючи основну частку світлової енергії, причому при схлопиванії бульбашки мають місце кавитационні явища.

Рис. 2.4. Оптичний тракт установки для промивання.

Під дією кавітаційних явищ з одного боку відбувається очищення заготовки, а з іншого боку замість великого парожідкостной бульбашки діаметром близько 0,2 мм утворюються дрібні бульбашки діаметром від 2 до 0,2 мкм, співмірні за своїми геометричним параметрам з геометричними параметрами мікротріщин на поверхні заготовки.

Таблиця 8.

Відбивна і поглинальна здатність елементів оптичного тракту.

№ п / п	Елемент оптичного тракту	Відбивна здатність	Поглинаюча здатність.
1	Лазер з вихідною потужністю ( )	-	-
2	Повітряне середовище	0,001 від W _Σ	0,001 від W _Σ
3	Захисне вікно	0,001 від W _Σ	0,001 від W _Σ
4	Очищуюча рідина	0,001 від W _Σ	0,001 від W _Σ
5	Парожідкостной бульбашка	0,01 від W _Σ	0,99 від W _Σ

Список використаної літератури.

Адлер Ю.П., Макарова О.В., Грановський Ю.В. «Планування експеременту при пошуку оптимальних умов». М.: Наука, 1981. - 281 с, іл.
Андрєєва Л.Є. «Пружні елементи приладів». М.: Машгіз, 1982. - 455 с., Мул.
Аренков А.Б. «Основи електрофізичних методів обробки матеріалів».: Машинобудування,, Ленінградське отд-ня, 1967. - 372 с., Мул.
Анучин М.А. та ін «Штампування вибухом. Основи теорії ». М.: Машинобудування, 1972. - 150 с., Мул.
Апанасевіч П.П. «Основи теорії взаємодії світла з речовиною». Мінськ.: Наука і техніка, 1977. - 495 с., Мул.
Аскарьян Г.А., Прохоров А.М., Чантурія Г.Ф., Шипуля Г.П. «Луч ОКГ в рідині». в журналі: журнал експериментальної і технічної фізики, т. 44, ст. 6, 1963, с 2180 - 2182.
Ахіманов С.А., Хохлов Р.В. «Проблеми нелінійної оптики». М.: Наука, 1964. - 155 с., Мул.
Басов Н.Г., Кологривов А.А., Крохин О.Н. ін «Спостереження стиснення порожнистих мікросфер, що опромінюються лазером». - В журналі: Листи в ЖЕТФ, т. 23, ст. 8, 1976, с. 752 - 753.
Баринов В.В., Сорокін С.А. «Вибухи водних крапель під дією оптичного випромінювання». - В журналі: Квантова електроніка. 2 (14), 1973, с. 5 - 11.
Батуев Г.С., Голубков Ю.В., Єфремов А.К., «Інженерні методи дослідження ударних процесів». М.: Машинобудування, 1977. - 239 с., Мул.
Бломберг Н. «Нелінійна оптика». Пер. з англ. М.: Мир, 1966. - 865 с., Мул.
Бойєр К. «Про можливість використання в РД термоядерної реакції, що ініціюється лазером». У журналі: Питання ракетної техніки, № 7, 974, с. 74 - 82.
Борадочев І.А. «Основні питання теорії точності виробництва». М.: Изд. Академії наук СРСР, 1950. - 388 с., Мул.
Базука А.А., Попов Ю.А., Тесленко В.С. «Експериментальне випромінювання вибухового процесу, викликаного фокусуванням моноимпульсной випромінювання лазера в воду». У журналі: ПМТФ, № 5, 17, 1969, с. 17 - 24.
Букздорф Н.В., Погодаев В.А., Чистяков Л.К. «Про зв'язок неоднорідностей внутрішнього оптичного поля опроміненій краплі з її вибухом». У журналі: Квантова електроніка, т. 2, № 5, 1975, с. 1062 - 1064.
Бункин В.Ф., Конов В.І. та ін «светоакустіческіе кавітація у воді». У журналі: ЖЕТФ, № 67, ст. 6 (12), 1974, с. 2087 - 2091.
Вукс М.Ф. «Розсіювання світла в газах, рідинах і розчинах. Л.: вид. Ленінград. ун-ту, 1977. - 320 с., Мул.
Гаврилов О.М. «Технологія авіаційного приладобудування». М.: Оборонгіз, 1962. - 365., Мул.
Замишляє Б.В., Яків Ю.С. «Динамічні навантаження при підводному вибуху. Л.: Суднобудування, 1967. - 158 с., Мул.
Зельдович Я.Б. «Теорія ударних хвиль.» М.: Изд. АН СРСР, 1946. - 482 с., Мул.
Іоффе О.І., Мельников Н.А., Наугольний К.А., Упадишев В.А. «Ударна хвиля при оптичному пробої в воді». У журналі: ПМФТ, № 3, 225, 1970. с. 18 - 22.
Картавих С.А., Коваленко В.С. «Застосування ОКГ для технологічних цілей». Київ: Техніка, 190 - 275 с., Мул.
Кей Дж., Лебі Т. «Таблиці фізичних і хімічних постійних». Изд. Друге перероблене. Переклад з англ. М.: Держ. видавництва фізико-матем. Літератури, 1962. - 247 с.
Конінгстайн І.А. «Введення в теорію комбінаційного розсіювання світла». М.: Мир, 1975. - 375 с., Мул.
Кошелев К.Н., Чекалін С.В., Чурилов С.С. «Про оптичної фокусуванні лазерного випромінювання на поверхні твердої мішені». У журналі: Квантова електроніка, т. 2 № 7, 1975, с. 1593 - 1596.
Кракстон к. «Фізика рідкого стану. Статичний запровадження ». Переклад з англ. М.: Мир, 1978. - 565 с., Мул.
Кузіковскій А.В. «Динаміка сферичної частинки в потужному оптичному полі». У журналі: Известия ВУЗів Фізика. № 5, 1970, с. 89 - 94.
Ландау Л.Д. «Про ударних хвилях на далеких відстанях від місця їх виникнення». - У журналі: ПММ, т. IX, вип. 4, 1945, с. 18 - 22.
Ландау Л.Д., Лівшиць Є.М. «Механіка суцільних середовищ». - М: Готехіздат, 1954 - с., Мул.
Леонов Р.К., Таурин Н.Ф. та ін «Про роль кавітації в світловому руйнуванні поверхні скла, що контактує з рідиною». У журналі: Фізика і хімія обробки матеріалів, № 6, 1974. с. 22 - 23.
Лихачов А.П. «Лазерний спосіб дослідження речовин при надвисоких температурах і тиску». У журналі: Геохімія, № 10, 1978, с. 25 - 28.
Лосєв С.А. «Газодинамічні лазери». М.: Наука, Глав. ред.фіз. мат. лит., 1977. - 255 с., Мул.
Миркин Л.І. «Фізичні основи обробки матеріалів променями лазера». М.: Изд. Московського університету, 1975, 162 с., Мул.
Най Дж. «Фізичні властивості кристалів». М.: Мир, 1967, 375 с., Мул.
Прутами К.А., Рой Н.А. «Електричні розряди у воді». М.: Наука, 1971, 153 с., Мул.
«Обладнання та технологічні продесси з використанням електрогідравлічного ефекту». Під ред. к.т.н. Г.А. Гулого. М.: Машинобудування. 1977, 320 с., Мул.
Огібалов П.М., Кийко І.А. «Нариси з механіки високих параметрів. СБ науч. тр. Московського університету ». М.: МГУ, 1966, 151 с.
Перник А.Д. «Проблеми кавітації». М.: Судпромгіз, 1963, 382 с., Мул.
Піховіков Р.В., Зав'ялова В.І. «Штампування листового металу вибухом» м.: Машинобудування, 1984, 152 с., Мул.
Пустовалов В.К., Романов Г.С. «Випаровування краплі в дифузному режимі під дією монохроматичного випромінювання». У журналі: Квантова електроніка, 4, № 1, 1977, с. 84 - 94.
Рейнхарт Дж.С., Пірсон Дж. «Вибухова обробка металів». М.: Мир, 1966, 220 с., Мул.
Рінкевічус Б.С. «Лазерна анемометрії». М.: Енергія, 1978, 159 с., Мул.
Рикалін М.М., Углов А.А. «Процеси об'ємного пароутворення». У журналі: ТВТ, т. 9, № 3, 1971, с. 575 - 582.
Степанов В.Г., Шавров І.А. «Високоенергітіческіе імпульсні методи обробки матеріалів». Л.: Машинобудування, 1975, 277 с., Мул.
Суміна В.М., Чуре Є.Г. «Оцінка технологічних можливостей енергії светогідравліческого ефекту для обробки деталей. Праці науково-технічної конференції з технології та конструювання мікроелектронних пристроїв ». М.: Електроніка, 1980, 451 с., Мул.
А.С. 220207 «Пристрій для штампування листових заготовок». (Сумін В.М., Чуре Є.Г.) - Публікація заборонено.
А.С. 278617 «Пристрій для штампування листових заготовок». (Сумін В.М., Чуре Є.Г.) - Публікація заборонено.
А.С. 577733 «Пристрій для штампування оптичним квантовим генератором». (Сумін В.М., Чуре Є.Г.) опубл. в Б.І., 1978, № 9.
А.С. 597143 «Пристрій для гідролазерний штампування». (Сумін В.М., Чуре Є.Г.) опубл. в Б.І., 1978, № 9.
А.С. 674300 «Пристрій для штампування оптичним квантовим генератором». (Сумін В.М., Чуре Є.Г.) - Публікація заборонено.
Суміна В.М. «Гідролазерний штампування». У журналі: Авіаційна промисловість, № 10, 1970, с. 47 - 50.
Суміна В.М., Промислів Є.В., Скворчевскій А.К. «Обробка деталей променем лазера». М.: Машинобудування, 1976, 196 с., Мул.
Суміна В.М., Скворчевскій А.К. «Зрівноважування обертових тіл променем лазера». М.: Машинобудування, 1974, 175 с., Мул.
Суміна В.М., Чуре Є.Г. та ін «Технологічне лазерне обладнання в машинобудуванні та приладобудуванні. Каталог ВДНХ ». М.: Машинобудування, 1974, 24 с., Мул.
Суміна В.М., Чуре Є.Г. «Дослідження светогідравліческого ефекту і оцінка його технологічних можливостей. Тези доповідей II Всесоюзній конференції. «Застосування лазерів в приладобудуванні, машинобудуванні і медичної техніки» ». М.: МВТУ, 1979, 34 с.
А.С. 752901 «Спосіб створення імпульсного тиску». (Сумін В.М., Чуре Є.Г.) - Публікація заборонено.
А.С. 849613 «Пристрій для електрогідравлічної обробки» (Сумін В.М., Чуре Є.Г.) - Публікація заборонено.
Тесленко В.С. «Дослідження светоакустіческіх і светогідродінаміческіх параметрів лазерного пробою в рідинах». У журналі: Квантова електроніка. Т. 4, № 8, 1977., З 1732 - 1737.
Чуре Є.Г. «Взаємодія лазерного випромінювання з різними матеріалами в рідині». РФ. Фізика, 1977, № 7, Реферат 7Д 1240. Дер. У ЦНІІТЕІ приладобудування 26 серпня. 1976 р., № 604.
Чуре Є.Г. «Взаємодія світлового випромінювання з легко випаровуються рідинами і металами у воді». У журналі: Известия ВУЗів по розділу «Приладобудування», т.ХХП, № 12, 1979, с. 71 - 75.
Юткін Л.А. «Електрогідравлічний ефект». М.: Машгіз, 1955, 35 с., Мул.
Чуре Є.Г. «Светогідравліческій ефект і його застосування в космічній технології. Тези доповіді на 1-му Міжнародному аерокосмічному Когрес ». Москва, 1994 р.
Чуре Є.Г. «Светогідравліческій ефект і його місце в механіці рідких середовищ. Тези доповіді на 7-му Міжнародному симпозіумі «Застосування лазерів в механіці рідких середовищ.» »Лісабон, Португалія, Інститут високих технологій, 1996 р.
Чуре Є.Г. «Технологічне застосування светогідравліческого ефекту». Лісабон, Португалія, Інститут високих технологій, 2001 р.
Чуре Є.Г., Чувпило Г.А. «Механіка рідких середовищ як наукова основа технологічного застосування светогідравліческого ефекту». Лісабон, Португалія, Інститут високих технологій, 2003 р.
Чуре Є.Г. Чувпило Г.А. «Розробка обладнання для стерилізації медичних інструментів» Звіт по гранту № 2483, С. Петербург, центр грантів, 1996 р.