Способ тепловых испытаний керамических обтекателей

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на обтекатель летательного аппарата в наземных условиях. Заявлен способ тепловых испытаний керамических обтекателей, который включает нагрев наружной поверхности по заданному режиму и измерение температуры. Для изделий из партии при нагреве синхронно с измерением температуры наружной и внутренней поверхностей регистрируются диаметральные перемещения в заданных сечениях. При этом температурный режим задается по температуре наружной поверхности, а для следующих изделий, подлежащих испытанию, в случае выхода из строя термопар в обратной связи тепловой режим задается по уровню диаметральных перемещений, полученных по результатам испытаний предыдущих изделий из партии. Причем качество испытания всей партии оценивается по разнице минимума и максимума всех результатов измерения диаметральных перемещений по всей партии. Технический результат - повышение точности контроля теплового нагружения керамических оболочек вращения за счет контроля косвенных параметров, определяющих тепловое нагружение, погрешность измерения которых мала. 1 ил.

 

Изобретение относится к способам моделирования и управления тепловыми процессами и может использоваться при тепловых испытаниях оболочек летательных аппаратов.

Известны способы контроля теплового нагружения авиационных конструкций при моделировании аэродинамического нагрева, распространяющегося на методы внешнего нагрева (инфракрасный, конвективный и за счет теплообмена теплопроводностью через контакт с нагретым телом), например способы по патентам РФ №№ 2626406, 2646245, 2599460, 2632031, 2531052, 2676385, 2571442, 2451971, 2517790, 2525844, 2548617. Эти способы заключаются в том, что тождественность нагрева по заданному режиму определяется по равенству заданных и контролируемых в процессе нагрева условий теплообмена на границах конструкции. Один из этих способов заключается в контроле распределения плотности теплового потока через каждый элемент поверхности (граничное условие второго рода), другой – в контроле распределения температуры (граничное условие первого рода).

К недостаткам контроля граничного условия второго рода сложность измерения плотности тепловых потоков в установках радиационного нагрева, поэтому при тепловых испытаниях обтекателей в установках радиационного нагрева тепловые режимы задаются по температуре фронтальной поверхности.

Способ контроля граничных условий первого рода тоже обладает недостатком – это большая погрешность методов измерения температуры на внешней поверхности неметаллических материалов, например керамики, связанных с разностью теплофизических свойств материала объекта испытаний и контактного термоприемника.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Способ тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов" по патенту РФ №2632031, МПК G01N 25/72, публикация от 02.10.2017 г.

В прототипе для повышения точности задания температурного поля на фронтальной поверхности применяется продув оболочки со стороны носка и со стороны отражательных экранов инфракрасных нагревателей, т.е. техническое решение направлено на повышение точности задания граничных условий. Из сказанного следует, что прототип по патенту №2632031 обладает теми же недостатками, что и другие способы при задании граничных условий первого рода.

Целью настоящего изобретения является повышение точности контроля теплового нагружения керамических оболочек вращения за счет контроля косвенных параметров, определяющих тепловое нагружение, погрешность измерения которых мала. Например, изменение диаметра внутренней поверхности оболочки вследствие теплового расширения.

Поставленная цель достигается тем, что предложен способ тепловых испытаний керамических обтекателей, включающий нагрев наружной поверхности по заданному режиму и измерение температуры, отличающийся тем что для изделий из партии при нагреве синхронно с измерением температуры наружной и внутренней поверхностей регистрируются диаметральные перемещения в заданных сечениях, при этом температурный режим задается по температуре наружной поверхности, а для следующих изделий подлежащих испытанию в случае выхода из строя термопар в обратной связи, тепловой режим задается по уровню диаметральных перемещений, полученных по результатам испытаний предыдущих изделий из партии, причем качество испытания всей партии оценивается по разнице минимума и максимума результатов измерения диаметральных перемещений по всей партии.

В основу предлагаемого способа положена зависимость перемещения внутренней поверхности оболочки от среднеинтегральной температуры по стенке оболочки. Согласно (А.Д. Коваленко. Термоупругость.- К.: Вища школа. -1975, - с.88.) зависимость радиального перемещения точек цилиндрической оболочки от температурного профиля по стенке имеет вид:

, (1)

где , , , – средний коэффициент линейного теплового расширения в интервале температур , – коэффициент Пуассона, – внешний радиус цилиндра, – относительный радиус, – начальная температура.

Из формулы (1) вытекает зависимость изменения диаметра внутренней поверхности (ρ = ρ1):

, (2)

где r1 – внутренний радиус цилиндра.

Формулу (2) можно преобразовать к виду:

; (3)

где .

Формула (3) показывает, что изменение диаметра пропорционально изменению среднеинтегральной температуры по стенке оболочки.

Одним из условий тождественности теплового нагружения является равенство фактически получаемых значений температур и значений заданного температурного профиля по стенке оболочки в процессе нагрева. В то же время, равенству температурного профиля по стенке в процессе внешнего нагрева при одних и тех же теплофизических характеристиках, начальных условиях и геометрии оболочки соответствует равенство среднеинтегральных температур. Учитывая это, а также выражение (3), можно утверждать, что равенство радиального перемещения внутренней поверхности оболочки заданным значениям в процессе тепловых испытаний является условием тождественности внешнего нагрева.

Схематично способ контроля представлен на фигуре.

Перед тепловыми испытаниями внутрь оболочки 1 монтируется охлаждаемый датчик линейных перемещений 2. Нагрев осуществляется нагревателем, состоящим из инфракрасных излучателей 3 и отражательных экранов 4 причем в процессе нагрева фронтальной поверхности оболочки 1 регистрируются показания датчика перемещений 2. Далее, сравнивая полученные данные с эталонными значениями, производится корректировка нагрева в ручном или автоматическом режиме. Цифрами 5 обозначены термопары на фронтальной поверхности, а цифрой 6 термопары на внутренней поверхности оболочки.

Представленный способ может быть использован для контроля внешнего нагрева керамических оболочек вращения при тепловых испытаниях различными методами нагрева: инфракрасным, конвективным и теплопроводностью через контакт с нагретым телом. Кроме того, способ может быть использован для оценки качества теплопрочностных испытаний данного типа обтекателей во времени.

Способ тепловых испытаний керамических обтекателей, включающий нагрев наружной поверхности по заданному режиму и измерение температуры, отличающийся тем, что для изделий из партии при нагреве синхронно с измерением температуры наружной и внутренней поверхностей регистрируются диаметральные перемещения в заданных сечениях, при этом температурный режим задается по температуре наружной поверхности, а для следующих изделий, подлежащих испытанию, в случае выхода из строя термопар в обратной связи тепловой режим задается по уровню диаметральных перемещений, полученных по результатам испытаний предыдущих изделий из партии, причем качество испытания всей партии оценивается по разнице минимума и максимума результатов измерения диаметральных перемещений по всей партии.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу определения качества асфальтового покрытия, включающему: а) обеспечение наличия и инициализацию по меньшей мере одного датчика (1), соединенного с процессорным устройством (2), содержащим по меньшей мере один процессор (20А, 20В), связанный по меньшей мере с одной памятью (21А, 21В), предназначенной для хранения по меньшей мере значений (Tn) температуры, времени (t) и/или мгновенного положения (X) для всей ширины (W) асфальтового покрытия (4) при его укладке вдоль пути (X); b) сканирование и регистрацию ряда (Р) отдельных температурных интервалов (TIn) для ряда (Р) подсекций (ΔХ') в секции (ΔХ); с) компилирование указанных интервалов TIn температур для указанной секции (ΔХ), распределенных вдоль указанной ширины (W); d) определение и сохранение в указанной памяти (21) усредненного интервала (TIm) температур, представляющего усредненный интервал (TIm) температур для указанного ряда (Р) скомпилированных интервалов (TIn) температур, распределенных вдоль указанной ширины (W) указанной секции (ΔХ); е) повторение шагов b-d, пока не будет пройдено все указанное расстояние (X) вдоль покрытия, при этом указанные сохраненные усредненные интервалы (TIm) температур в указанной памяти (21) обрабатывают указанным процессором (20А, 20В) для определения показателя (V) качества для указанного расстояния (X) вдоль покрытия на основе относительного значения (PDIn), которое связано с дисперсией усредненных интервалов (TIm) температур в поперечном направлении для указанного пути (X).

Изобретение относится к методам определения механических характеристик конструкционных материалов с учетом условий их применения. Способ определения предела прочности при растяжении керамических и композиционных материалов, включает индукционный нагрев до заданной температуры со скоростью 10-100°С посредством промежуточного нагревательного элемента и определения предела прочности при растяжении образца.

Изобретение относится к области исследований физико-механических свойств материалов и может быть использовано для определения огнестойкости строительных материалов.

Изобретение относится к теплофизике и может найти применение при разработке испытательного оборудования, обеспечивающего нагревание объекта до высокой температуры (2000-2200 K) за сравнительно короткий промежуток времени ~20-30 с и последующее охлаждение объекта.

Изобретение относится к области исследования и анализа материалов, в частности к способам контроля целостности изделий из композиционных материалов на основе углеродного волокна, и может быть использовано для выявления производственных дефектов и эксплуатационных повреждений изделий из композиционных материалов, содержащих углеродное волокно.

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к средствам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на поверхности элементов летательных аппаратов, например головных обтекателей ракет, в наземных условиях.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть предназначено для исследования невидимой ткани. Способ предназначен для идентификации невидимой ткани.

Изобретение относится к неразрушающему контролю скрытых дефектов в тепло- и гидроизоляционных обшивках крупногабаритных цилиндрических изделий, относящихся к химической, нефтегазовой и ракетно-космической отраслям промышленности с использованием активного теплового метода.

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к воспроизведению тепловых режимов головной части (обтекатель) ракеты в наземных условиях.

Изобретение относится к испытательным установкам тепла-холода и предназначено для испытания крупногабаритных изделий при воздействии на них воздушных потоков с быстро меняющейся температурой.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения составляющих векторов аэродинамической силы и момента, действующих на модели летательных аппаратов при исследованиях в аэродинамических трубах (АДТ).

Изобретение относится к области аэродинамики и предназначено для исследования ближнего поля давления модели при сверхзвуковом обтекании в аэродинамической трубе.

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к воспроизведению тепловых режимов головной части (обтекатель) ракеты в наземных условиях.

Изобретение относится к способам тепловых испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), в частности керамических обтекателей ракет. Заявленный способ теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов включает зонный радиационный нагрев обтекателя и измерение температуры.

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть применено для измерения высоты и скорости полета воздушных судов на основании использования аэрометрического метода.

Изобретение относится к способам и устройствам, используемым для расчета пропускной способности проектируемых гидравлических трактов транспортных и дозирующих систем в химической, нефтехимической, авиационной, текстильной, лакокрасочной и других отраслях промышленности, в частности узлов транспортирования клеевых составов в сборочных производствах с клеевыми соединениями.

Изобретение относится к области контактных измерений параметров высокотемпературных газов, в частности к средствам измерения температуры газа и распределения ее значений в полостях высокотемпературных элементов газотурбинных двигателей, и может быть применено для экспериментальных исследований рабочего процесса силовых установок при проведении аэродинамических испытаний.

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и предназначено для определения аэродинамических характеристик модели самолетов, ракет и др. в трансзвуковых аэродинамических трубах.

Изобретение относится к области аэромеханических измерений и может быть использовано для измерения компонентов векторов аэродинамической силы и момента, действующих на модели воздушных винтов самолетов, несущих винтов вертолетов и гребных винтов судов, испытываемых в аэродинамических трубах, бассейнах и в гидроканалах.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при проверке прочности оболочек антенных обтекателей из хрупких материалов, преимущественно керамических, при статических испытаниях.

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, в частности к устройствам для изменения положения испытываемой модели в рабочей части аэродинамической трубы.

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на обтекатель летательного аппарата в наземных условиях. Заявлен способ тепловых испытаний керамических обтекателей, который включает нагрев наружной поверхности по заданному режиму и измерение температуры. Для изделий из партии при нагреве синхронно с измерением температуры наружной и внутренней поверхностей регистрируются диаметральные перемещения в заданных сечениях. При этом температурный режим задается по температуре наружной поверхности, а для следующих изделий, подлежащих испытанию, в случае выхода из строя термопар в обратной связи тепловой режим задается по уровню диаметральных перемещений, полученных по результатам испытаний предыдущих изделий из партии. Причем качество испытания всей партии оценивается по разнице минимума и максимума всех результатов измерения диаметральных перемещений по всей партии. Технический результат - повышение точности контроля теплового нагружения керамических оболочек вращения за счет контроля косвенных параметров, определяющих тепловое нагружение, погрешность измерения которых мала. 1 ил.

Наверх