Способ тепловых испытаний материалов и изделий

Изобретение относится к области стендовых тепловых испытаний и может быть использовано для диагностики характеристик термопрочности и термостойкости эксплуатируемых металлов. Сущность предложенного изобретения заключается в том, что способ тепловых испытаний материалов и изделий включает размещение и регулировку положения нагревателей относительно поверхностей объекта до их облучения, а в процессе облучения поверхностей объекта по результатам контроля температурными датчиками параметров теплового воздействия осуществляют управление ими. Согласно изобретению нагреватели размещают набором отдельных модулей относительно облучаемых поверхностей объекта до их облучения, а в процессе облучения параметрами теплового воздействия их положение регулируют как индивидуально, так и взаимным расположением отдельных модулей. При этом осуществляют контролируемые и управляемые воздействия силовыми и динамическими нагрузками, а также воздействие окислительной средой на облучаемые поверхности объекта. Технический результат - повышение достоверности результатов диагностики. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области стендовых тепловых испытаний материалов, оборудования и машин. Оно может найти применение для диагностики характеристик термопрочности и термостойкости эксплуатируемых металлов, композиционных и керамических материалов, покрытий.

Из уровня техники известен способ испытания летательных аппаратов на прочность (RU 2396530, опубликован 11.03.2009), заключающийся в воздействии на испытуемый объект периодической знакопеременной нагрузкой посредством силовозбудителей и измерении величины полученной нагрузки с помощью датчиков силы. Величину и скорость периодической знакопеременной нагрузки регулируют электрическими параметрами, подаваемыми в электромеханические силовозбудители. Темпы нарастания и уменьшения нагрузки регулируют электромеханическими силовозбудителями и станциями частотного управления, управляемыми от программного устройства.

Недостатком данного способа является ограничение испытаний только при динамических нагрузках, без тестирования при высокоинтенсивном конвективно-терморадиационном воздействии.

Известен также способ (RU 2172709, опубликован 23.09.1999), реализованный стендом для тепловых испытаний космических объектов, в котором объект испытания устанавливают в вакуумной камере на подставке, регулируют положение нагревателей (имитаторов солнечного излучения) относительно облучаемых поверхностей, для обеспечения моделируемых условий воздействия космического пространства. После этого производят закрытие вакуумной камеры, ее вакуумирование и захолаживание. Во время работы вакуумной камеры осуществляют контроль по показаниям температурных датчиков, внешних расчетных полей температур, по каждой отдельно взятой поверхности контролируемого объекта и регулировку мощности излучения нагревателей. При этом каждую поверхность изолируют от облучения нагревателями, предназначенными для нагрева других поверхностей, а также для исключения бокового отражения лучистых потоков от элементов внутренней конструкции испытательного стенда.

Недостатком данного способа является то, что терморадиационная нагрузка моделируется только спектром солнечного излучения и низким значением соответствующего потока излучения (не более одной солнечной постоянной 1300 Вт/м2). Кроме этого отсутствует воспроизведение тепловых потоков ультрафиолетового (УФ) излучения, например, для имитации входа в плотные слои атмосферы, а также в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне для моделирования условий облучения в камерах сгорания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и газотурбинных двигателях (ГТД).

Известен способ (RU 2085897, опубликован 27.07.1997), реализованный стендом для тепловых испытаний изделий на теплостойкость, содержащим источник и профилированный канал для подвода нагружающей среды с заданным законом распределения давления по длине испытуемого участка изделия и нагреватель, представляющий собой газодинамическое устройство типа плазмотрона.

Недостатком данного технического решения является то, что комбинированное испытание проводится только на отдельном участке изделия и нагреватель, представляющий собой газодинамическое устройство, обеспечивает плазменный нагрев поверхности до заданной температуры, но с неизвестными компонентами конвекции и излучения.

Известен способ (RU 2010213, опубликован 30.03.1994), реализованный стендом для тепловых испытаний на прочность при температурном воздействии. Сущность его в том, что испытуемое изделие размещают в вакуумной камере между средствами температурного воздействия в виде камер из эластичного материала. Камеры соединены между собой стяжками с возможностью регулировки по высоте. Изделие подвергают температурному воздействию путем контактного теплообмена. Испытаниям могут подвергаться изделия различной конфигурации за счет плотного прилегания стенок камеры к каждой части поверхности изделия.

Недостатком данного технического решения является то, что такое испытание, обеспечивая тестирование теплопрочностных характеристик изделий криволинейной формы при заданном температурном режиме нагрева, не позволяет оценить вклад лучистых и конвективных компонент. Оно также не указывает, насколько возможно увеличение интенсивности тепловой нагрузки, которая в свою очередь будет деформировать и нарушать целостность прилегающих к стенкам изделия эластичных камер.

Известен способ имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима космических аппаратов (RU 2302984, опубликован 07.10.2005), заключающийся в воспроизведении характеристик штатного облучения космического аппарата имитатором внешних тепловых потоков с предварительным использованием аппарата-имитатора. Он тестируется при температурном режиме полета, при штатной эксплуатации космического аппарата на орбите, при указанных значениях вакуума и температуры криоэкранов.

Несмотря на точное предварительное моделирование тепловых потоков аппаратом-имитатором и воспроизведение внешних температурных режимов и вакуума, данное техническое решение обеспечивает испытание при интенсивностях теплового потока не выше солнечной постоянной, при отсутствии вклада конвективной и терморадиационной компонент теплового потока, т.е. моделируются только условия космического полета. Поэтому невозможно воспроизведение физических условий входа в плотные слои атмосферы. Кроме того, данные тепловые испытания ограничены применением методологии испытаний только космических объектов, не позволяя обеспечить подобную тепловую нагрузку в другом диапазоне длин волн, например, в ближнем ИК - актуальном для режимов эксплуатации камер сгорания ДВС и ГТД.

Также известен способ теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов, (RU 2456568, опубликован 22.02.2011), принятый нами за прототип, включающий зонный нагрев изделия и измерение температуры. Нагрев изделия осуществляют за счет контакта нагревателя с наружной поверхностью, а распределение температуры по высоте обтекателя задают электропроводящими секторами нагревателя разной толщины, соединенными в электрическую цепь последовательно, причем толщину каждого сектора нагревателя определяют по расчетной формуле.

В данном способе реализована возможность моделирования тепловых потоков любой величины, но только контактным способом, без возможности определения конвективных и лучистых компонент на различных участках испытуемого материала или изделий сложной формы. Кроме того, отсутствуют характеристики динамической нагрузки и внешние условия термовакуума и атмосферного давления. При этом может быть испытаны конструкции только неметаллических корпусов, что обусловлено модельным электронагревом, а температуры нагрева должны быть ограничены, чтобы избежать процессов термической деструкции.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является повышение эффективности моделирования тепловых испытаний в комбинации с динамическими, с заданным вкладом тепловых потоков конвективной и терморадиационной компонент до 10 МВт/м2 в УФ видимом и ближнем ИК диапазонах длин волн при воздействии на материалы и изделия на режимах, максимально приближенных к натурным условиям их эксплуатации.

Сущность предложенного изобретения заключается в том, что способ тепловых испытаний материалов и изделий, включающий размещение и регулировку положения нагревателей относительно поверхностей объекта до их облучения, а в процессе облучения поверхностей объекта по результатам контроля температурными датчиками параметров теплового воздействия осуществляют управление ими, согласно изобретению нагреватели размещают набором отдельных модулей относительно облучаемых поверхностей объекта до их облучения, а в процессе облучения параметрами теплового воздействия их положение регулируют как индивидуально, так и взаимным расположением отдельных модулей, при этом осуществляют контролируемые и управляемые воздействия силовыми и динамическими нагрузками, а также воздействие окислительной средой на облучаемые поверхности объекта.

Кроме того, отличия еще состоят в том, что силовыми и динамическими нагрузками осуществляют воздействия в условиях окислительной среды, путем приложения силовых статических сосредоточенных и распределенных нагрузок в заданных точках или областях облучаемых поверхностей объекта; воздействие окислительной средой осуществляют на режимах, приближенных к натурной эксплуатации поверхностей объекта; силовые и динамические воздействия, а также воздействие окислительной средой выбирают с учетом условий теплового воздействия на облучаемые поверхности объекта. Основным техническим результатом является:

- модульный принцип размещения нагревательных элементов, что позволяет обеспечивать наилучшее соответствие распределения тепловых потоков натурным (реальным) распределениям;

- автоматическая регулировка, в процессе теплового воздействия как нагревательных элементов индивидуально, для облучаемых поверхностей объекта, так и взаимного расположения набора отдельных модулей, что позволяет, например, моделировать изменение тепловых нагрузок при изменении угла атаки, когда изменяется режим нагрева поверхностей объекта, а также оценить влияние маневренности объекта на его характеристики в широком диапазоне режимов эксплуатации (полета);

- совмещение моделирования условий нагрева с одновременным силовым и динамическим воздействием путем приложения силовых статических сосредоточенных (точечных) и распределенных нагрузок в заданных точках (узлах) или областях поверхностей объекта позволяет приблизить режимы испытаний к различным режимам эксплуатации, вплоть до имитации натурных по величине и времени воздействий.

Предлагаемый способ тепловых испытаний материалов и изделий реализуется следующим образом:

- размещают и регулируют положение различного размера панелей терморадиационных нагревателей относительно криволинейных поверхностей объекта до их облучения;

- терморадиационные нагреватели размещают набором отдельных модулей, индивидуально для каждой облучаемой поверхности объекта;

- устанавливают параметры теплового воздействия как по величине теплового потока, так и по требуемому диапазону длин волн;

- регулируют положение терморадиационных нагревателей, относительно облучаемых поверхностей объекта (в процессе теплового воздействия, для достижения требуемых его параметров) как индивидуально, так и изменением взаимного расположения отдельных модулей по результатам контроля температурными датчиками;

- одновременно с тепловым воздействием, осуществляют контролируемые воздействия на поверхности объекта силовыми и динамическими нагрузками, а также окислительной средой;

- воздействие окислительной средой осуществляют на режимах, приближенных к натурной эксплуатации поверхностей объекта;

- силовые и динамические воздействия, в условиях окислительной среды, осуществляют путем приложения силовых статических сосредоточенных (точечных) и распределенных нагрузок в заданных точках (узлах) или областях поверхностей объекта;

- режимы силовых, динамических воздействий и окислительной среды выбирают с учетом условий теплового воздействия на облучаемые поверхности объекта.

Согласно заложенному в предлагаемом способе принципу испытаний материалов и изделий реализуются и режимы испытаний в условиях воздействия вибрации с параметрами частоты и амплитуды воздействий, соответствующих натурным режимам, что позволяет определять спектр собственных частот всего изделия, в том числе и в условиях нагрева. Таким образом, реализация одновременного теплового, силового и динамического воздействия в режимах, соответствующих натурным, позволяет получать функциональные характеристики объекта и существенно сократить стоимость создания реальных образцов.

Воздействия, одновременно с ранее указанными факторами, окислительной средой на поверхности (реальных размеров) с нанесенными защитными покрытиями позволяют оценить стойкость этих покрытий на режимах, соответствующих натурной эксплуатации, чего нельзя сделать на малых (лабораторных) образцах, когда проявляется масштабный эффект.

На малых образцах и реальных поверхностях (в силу существенного различия их резонансных частот) покрытие (в условиях воздействия совокупности тепловых, силовых и динамических нагрузок) может иметь совершенно разные характеристики стойкости (расслоение, отслоение и т.п.). Возможность многократного повторения испытания, при вариации режимов моделирования внешних условий воздействий, повышает их эффективность, что нельзя достичь, например, при летных испытаниях в силу их высокой стоимости.

1. Способ тепловых испытаний материалов и изделий, включающий размещение и регулировку положения нагревателей относительно поверхностей объекта до их облучения, а в процессе облучения поверхностей объекта по результатам контроля температурными датчиками параметров теплового воздействия осуществляют управление ими, отличающийся тем, что нагреватели размещают набором отдельных модулей относительно облучаемых поверхностей объекта до их облучения, а в процессе облучения параметрами теплового воздействия их положение регулируют как индивидуально, так и взаимным расположением отдельных модулей, при этом осуществляют контролируемые и управляемые воздействия силовыми и динамическими нагрузками, а также воздействие окислительной средой на облучаемые поверхности объекта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что силовыми и динамическими нагрузками осуществляют воздействия в условиях окислительной среды путем приложения силовых статических сосредоточенных и распределенных нагрузок в заданных точках или областях облучаемых поверхностей объекта.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие окислительной средой осуществляют на режимах, приближенных к натурной эксплуатации поверхностей объекта.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что силовые и динамические воздействия, а также воздействие окислительной средой выбирают с учетом условий теплового воздействия на облучаемые поверхности объекта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к тепловому неразрушающему контролю объектов, и может быть использовано для определения теплового сопротивления и теплопроводности строительных конструкций.
Изобретение относится к пищевой и мукомольно-элеваторной промышленности и используется для оценки степени повреждения швов наружного силоса элеватора из сборного железобетона.

Изобретение относится к способам теплового контроля герметичности и может быть использовано для контроля герметичности крупногабаритных сосудов, например котлов железнодорожных цистерн.

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на обтекатель ракеты в наземных условиях и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при диагностике неразъемных соединений, в частности для контроля качества паяных соединений камер сгорания и сопел жидкостных ракетных двигателей.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для технической диагностики неоднородных конструкций. Устройство для определения сопротивления теплопередачи многослойной конструкции включает датчики температуры и теплового потока и тепловизионное устройство.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и может быть использовано для контроля скрытых дефектов. Согласно заявленному способу активного одностороннего теплового контроля скрытых дефектов в твердых телах нагревают одну из поверхностей объекта контроля в течение фиксированного времени оптическим излучением источника нагрева и регистрируют нестационарное температурное поле этой поверхности в виде последовательности термограмм.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежностей конструкций из полимерных композиционных материалов. Способ включает силовое воздействие на поверхность конструкции и регистрацию обусловленных им изменений.

Использование: для неразрушающего контроля качества поверхностного слоя металла. Сущность: заключается в том, что используют две группы одинаково нагретых электродов из одного материала, устанавливают одну группу нагреваемых электродов на контролируемое изделие, а другую па эталонный образец, измеряют разностную термоЭДС, возникающую при контакте первой группы нагреваемых электродов с контролируемым изделием и второй группы нагреваемых электродов с эталоном, о качестве поверхностного слоя судят по ее величине, при этом сначала измеряют температуру контролируемого изделия, используя которую изменяют температуру групп нагреваемых электродов таким образом, чтобы используемая при измерении термоЭДС разностная температура между первой группой нагреваемых электродов и контролируемым изделием, а также между второй группой нагреваемых электродов и эталоном оставалась одинаковой при любых колебаниях температуры контролируемого изделия и эталона, после чего измеряют разностную термоЭДС.

Изобретение относится к области управления промышленной безопасностью и технической диагностики, в частности к контролю напряженно-деформированного состояния таких объектов, как сосуды, аппараты, печи, строительные конструкции, трубопроводы, находящихся под действием механических и/или термомеханических нагрузок, с использованием анализа распределения температурных полей на поверхности объекта и связанного с ними распределения механических напряжений.

Изобретение относится к области авиации, в частности к технике экспериментов в аэродинамических трубах кратковременного (импульсного) действия с продолжительностью пуска порядка 40 миллисекунд, работающих при высоких давлениях и температурах газа.

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на обтекатель ракеты в наземных условиях и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов.

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики, в частности к аэродинамическим трубам с регулируемыми соплами. Устройство состоит из силового механизма, изменяющего его контур по заданной программе, и командного устройства, управляющего этой программой.

Изобретение касается систем управления в экспериментальной аэродинамике, в частности к аэродинамическим трубам с регулируемыми соплами. Устройство содержит контроллер управления приводами ведомых рядов гибких стенок сопла, приводы управления гибкими стенками сопла, цифровые датчики обратной связи, а также командное устройство, цифровой блок вычисления заданного положения ведомых рядов в функции измеренного положения ведущего ряда, а также цифровой датчик положения ведущего ряда и переключатель режима работы.

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики, в частности к аэродинамическим трубам с регулируемыми соплами. Способ заключается в том, что управление гибкими стенками сопла осуществляют автоматическими приводными механизмами по заданной программе.

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты в наземных условиях и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационной промышленности при проведении наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению в естественных условиях эксплуатации.

Изобретение относится к области аэродинамических испытаний и предназначено для использования в аэродинамических трубах. .

Изобретение относится к испытательной технике. .

Изобретение относится к области тепловых испытаний и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов. Способ тепловых испытаний керамических обтекателей ракет включает нагрев и контроль температуры обтекателя в зоне узла соединения керамической оболочки со шпангоутом. Нагреву до заданной температуры подвергается металлический шпангоут изнутри обтекателя с одновременным контролем температуры шпангоута. Технический результат - повышение достоверности результатов испытаний. 1 ил.

Изобретение относится к области стендовых тепловых испытаний и может быть использовано для диагностики характеристик термопрочности и термостойкости эксплуатируемых металлов. Сущность предложенного изобретения заключается в том, что способ тепловых испытаний материалов и изделий включает размещение и регулировку положения нагревателей относительно поверхностей объекта до их облучения, а в процессе облучения поверхностей объекта по результатам контроля температурными датчиками параметров теплового воздействия осуществляют управление ими. Согласно изобретению нагреватели размещают набором отдельных модулей относительно облучаемых поверхностей объекта до их облучения, а в процессе облучения параметрами теплового воздействия их положение регулируют как индивидуально, так и взаимным расположением отдельных модулей. При этом осуществляют контролируемые и управляемые воздействия силовыми и динамическими нагрузками, а также воздействие окислительной средой на облучаемые поверхности объекта. Технический результат - повышение достоверности результатов диагностики. 3 з.п. ф-лы.

Наверх