Способ тепловых испытаний приборного отсека летательного аппарата
Владельцы патента RU 2526406:
Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (RU)
Изобретение относится к наземной отработке систем терморегулирования аппаратуры изделий авиационной и ракетно-космической техники. Испытания проводят в термокамере в два этапа. На первом этапе подвергают натурный теплоизоляционный пакет приборного отсека внешнему тепловому нагружению, имитирующему полетное. Одновременно создают на внутренней поверхности пакета граничные условия теплообмена, соответствующие теплоотводу от оболочки корпуса внутрь приборного отсека. По измеренным температурам указанной внутренней поверхности получают график изменения температур корпуса приборного отсека по времени. На втором этапе нагревают корпус без теплоизоляции в соответствии с полученным графиком. Одновременно замеряют температуры газовой среды и аппаратуры приборного отсека, производящей тепловыделение в соответствии с полетной циклограммой. Техническим результатом изобретения является сокращение затрат на испытания, проводимые без использования специальных крупногабаритных стендов и камер, с имитацией аэродинамического потока. 1 з.п. ф-лы.
Техническое решение относится к авиационной и ракетной технике и может быть использовано при наземной отработке тепловых режимов и систем терморегулирования аппаратуры теплоизолированных приборных отсеков летательных аппаратов (ЛА).
Высокие скорости полета гиперзвуковых ЛА сопровождаются интенсивным аэродинамическим нагревом конструкции отсеков, в том числе и приборных. Обеспечение допустимых температурных условий для функционирования аппаратуры производится защитой конструкции отсека от внешних теплопритоков путем установки на корпус приборного отсека теплоизоляции. При этом расчетные значения полей температур газовой среды и аппаратуры отсеков на условия внешнего и внутреннего теплонагружения необходимо экспериментально подтверждать.
Известен способ испытаний объектов авиационной техники, заключающийся в циклическом воздействии на объект испытаний, размещенный в испытательной камере, климатических факторов - температуры, давления и влажности воздуха. Известно и устройство для осуществления этого способа испытаний, содержащее испытательную камеру, связанную с системой изменения температуры, регистрирующей аппаратурой и т.д. (патент РФ №2117926, 1998, G01M 19/00).
Также известен способ регулирования температуры объекта испытаний в термокамере, включающий измерение температур на объекте испытаний, сравнение их значений с допустимыми, расчет и подачу управляющего напряжения на нагреватели (патент РФ №2195695, 2002, G05D 23/00, G05D 23/19).
К достоинствам известных технических решений следует отнести повышение точности испытаний путем приближения условий испытаний к эксплуатационным, а к недостаткам - высокую стоимость испытаний. Так, для имитации натурного воздействия аэродинамического потока необходим специальный дорогостоящий стенд, в котором отсеки ЛА обдуваются потоком воздуха с высокой скоростью и соответствующей температурой.
Целью предложенного технического решения является сокращение затрат на проведение испытаний без использования специальных крупногабаритных стендов и испытательных камер с имитацией аэродинамического потока.
Поставленная цель достигается тем, что в способе испытаний, заключающемся в измерении текущих значений температуры и регулировании нагревателями температуры на объекте испытаний, в термокамере проводят испытания фрагмента натурного теплоизоляционного пакета приборного отсека с внешним соответствующим полетному тепловым нагружением с одновременным созданием на внутренней поверхности теплоизоляционного пакета граничных условий теплообмена, имитирующих условия теплоотвода от оболочки корпуса внутрь приборного отсека, по измеренным значениям температур внутренней поверхности теплоизоляционного пакета принимают график температур корпуса приборного отсека по времени, затем нагревают корпус приборного отсека без теплоизоляции в соответствии с ранее полученным графиком изменения температур и одновременным замером температур газовой среды и аппаратуры приборного отсека, производящей тепловыделение в соответствии с полетной циклограммой.
Сущность предложенного технического решения заключается в разделении тепловых испытаний создаваемого теплоизолированного приборного отсека (ПО) ЛА на два этапа.
На первом этапе проводят испытания образцов теплоизоляционного пакета ПО, поддерживая на внешней поверхности теплоизоляции расчетные значения температуры, например, контактным воздействием электронагревателей. На внутренней поверхности теплоизоляционного пакета с помощью имитатора корпуса ПО создают граничные условия теплообмена, воспроизводящие теплоотвод от оболочки корпуса внутрь ПО, например, за счет конвективного и лучистого теплообмена. При этом замеряют значения температур на внутренней поверхности теплоизоляционного пакета и сравнивают с определенными ранее расчетными данными. По результатам анализа экспериментальных и расчетных данных определяют переменное по времени поле температур, которое будет необходимо поддерживать на корпусе ПО при последующих испытаниях.
Испытания образцов теплоизоляционного пакета проводят как правило в существующих малогабаритных тепловых испытательных камерах.
На втором этапе проводят тепловые испытания непосредственно ПО ЛА с размещенной внутри аппаратурой, но на корпус отсека не устанавливают штатный теплоизоляционный пакет. Температуру корпуса ПО по времени поддерживают равной значениям, определенным на первом (предыдущем) этапе испытаний с помощью источников внешнего теплового нагружения изменением подводимой к ним мощности.
При этом аппаратура ПО или ее габаритно-массовый макет, но обязательно имеющий штатную (натурную) теплоемкость, производит тепловыделение согласно циклограмме энергопотребления полетного режима ЛА. Далее полученные значения полей температур газовой среды и аппаратуры сравнивают с расчетными значениями и делают заключение об обеспечении требуемого теплового режима аппаратуры ПО ЛА и достаточности средств термостатирования.
Тепловые испытания ПО ЛА на втором этапе проводят при нормальных климатических условиях, без использования каких-либо испытательных камер, а внешнее тепловое нагружение ПО без теплоизоляции осуществляют с помощью нагревателей, которые могут быть как контактными - тепловой поток передается теплопроводностью, так и инфракрасными - нагрев осуществляется излучением.
Использование инфракрасных нагревателей позволяет с достаточной точностью нагревать корпус приборного отсека лучистым тепловым потоком. При этом сокращаются затраты на проведение испытаний, т.к. применяются унифицированные инфракрасные нагреватели, тогда как контактные нагреватели необходимо проектировать и изготавливать их специально в зависимости от размеров нагреваемого ПО.
При проведении тепловых испытаниях по предложенному способу происходит существенная экономия энергоресурсов, т.к. корпус приборного отсека без теплоизоляции необходимо нагревать до сравнительно невысокого уровня температур ~ 60-80°C, тогда как для приборного отсека с установленной теплоизоляцией на ее внешней поверхности необходимо поддерживать зависящую от скорости полета ЛА высокую температуру - 1000°C и более.
Таким образом, предложенный способ испытаний, включающий два этапа испытаний - испытания образцов теплоизоляционного пакета ПО и тепловые испытания приборного отсека без теплоизоляции - позволяет провести тепловые испытания приборного отсека ЛА с обеспечением приемлемой точности с существенным сокращением затрат, т.к. при этом не используются специальные крупногабаритные стенды и испытательные камеры с имитацией аэродинамического потока.
1. Способ тепловых испытаний приборного отсека летательного аппарата, включающий измерение текущих значений температуры и регулирование нагревателями температуры на объекте испытаний, отличающийся тем, что в термокамере проводят испытания фрагмента натурного теплоизоляционного пакета приборного отсека с внешним, соответствующим полетному, тепловым нагружением с одновременным созданием на внутренней поверхности теплоизоляционного пакета граничных условий теплообмена, имитирующих условия теплоотвода от оболочки корпуса внутрь приборного отсека, по измеренным значениям температур внутренней поверхности теплоизоляционного пакета определяют график изменения температур корпуса приборного отсека по времени, затем нагревают корпус приборного отсека без теплоизоляции, в соответствии с ранее полученным графиком изменения температур и с одновременным замером температур газовой среды и аппаратуры приборного отсека, производящей тепловыделение в соответствии с полетной циклограммой.
2. Способ тепловых испытаний по п.1, отличающийся тем, что имитацию внешнего теплового нагружения приборного отсека без теплоизоляции осуществляют излучением с помощью инфракрасных нагревателей.
