Нагреватель для стенда испытаний на прочность


 


Владельцы патента RU 2548617:

Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (RU)

Область использования: стендовые испытания на прочность конструкций летательных аппаратов (ЛА), например обтекателей на внешнее давление при неравномерном нагреве.

Сущность: нагреватель для стенда испытаний на прочность при неравномерном нагреве содержит гибкие поверхностные нагревательные элементы (НЭ) переменного сечения из токопроводящего материала и теплоизолирующую оболочку. Поверхностные нагревательные элементы натягиваются вдоль объекта испытаний (ОИ) устройствами натяжения. Между поверхностными НЭ и ОИ имеется зазор. Зазор обеспечивается установкой на поверхности НЭ точечных упоров. В зазоре установлен коллектор подачи газа для обеспечения охлаждения ОИ в определенные моменты времени. НЭ имеют участки разной ширины с выполненными на них вырезами. Величина зазора и площадь поперечного сечения НЭ подбираются для каждого участка ОИ в зависимости от условий теплообмена и определяются расчетно-опытным путем. НЭ соединены параллельно и объединены в группы, соответствующие верхней, нижней и боковым наружным поверхностям ОИ. Каждая группа подсоединена к своему источнику электропитания.

Таким образом достигается большее приближение условий испытаний ЛА к натурным за счет возможности воспроизведения по времени и температуре неоднократных нагревов и охлаждений различных участков поверхности ОИ за одно испытание. 1 ил.

 

В качестве нагревателей для теплопрочностных испытаний натурных конструкций летательных аппаратов (ЛА) наиболее широкое распространение получили радиационные нагреватели с кварцевыми трубчатыми лампами, обеспечивающие широкий диапазон температур и темпов нагрева [Баранов А.Н. Теплопрочностные испытания летательных аппаратов // Труды ЦАГИ, 1999, вып. 2638, с.78÷82]. Максимальная температура нагрева крупногабаритного объекта испытаний (ОИ) таким нагревателем составляет 1300÷1400 K, что уже недостаточно для современных скоростных ЛА. При прочностных испытаниях на внешнее давление нагреватель вместе с ОИ находится в ограниченном пространстве камеры высокого давления. На лампы осаждаются продукты деструкции ОИ и теплоизоляции камеры и нагревателя. Колбы ламп теряют прозрачность, сами поглощают тепло и разрушаются.

Известен высокотемпературный нагреватель, описанный в «Способе теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов» [патент RU №2456568, дата публикации 20.02.12], поверхностный нагревательный элемент (НЭ) которого непосредственно контактирует с наружной поверхностью ОИ. Заданное распределение температуры по высоте ОИ обеспечивается за счет разной толщины электропроводящих секторов нагревательного элемента, соединенных последовательно. На нагреватель с внешней стороны надета теплоизолирующая оболочка. Такая конструкция нагревателя не позволяет осуществлять быстрое охлаждение ОИ, что характерно для современных маневренных ЛА. Непосредственный контакт поверхностного нагревательного элемента с носовой частью испытываемого обтекателя, где должна быть обеспечена самая высокая температура, значительно затрудняет ее достижение. Как следует из самой формулы заявки, толщина нагревателя примерно обратно пропорциональна квадрату радиуса оболочки обтекателя. В носовой части радиус значительно уменьшается. Несмотря на увеличение удельного теплового потока в этой зоне, толщина нагревательного элемента увеличивается в несколько раз. В условиях больших темпов нагрева и охлаждения скажется инерционность утолщенного участка нагревателя. Еще больше увеличивает инерционность расположенная рядом массивная токоподводящая шина. Изменение сечения поверхностного нагревательного элемента за счет изменения его толщины - достаточно трудно реализуемая задача. Последовательное соединение всех зон нагревателя в одну цепочку не позволяет воспроизводить несинхронный нагрев разных участков ОИ. Это нижняя, верхняя и боковые поверхности ЛА, которые греются несинхронно.

Целью изобретения является максимальное приближение условий испытаний ЛА к натурным за счет возможности воспроизведения по времени и температуре неоднократных нагревов и охлаждений различных участков поверхности ОИ за одно испытание.

Это достигается тем, что между поверхностным нагревательным элементом и ОИ имеется зазор, в который на участках траекторного снижения температуры из коллектора подается охлаждающий газ. Величина зазора обеспечивается закрепленными на поверхности НЭ точечными упорами и устройствами натяжения НЭ, соединенными с выполненными подвижными токоподводящими шинами.

Зазор позволяет выполнить НЭ длиннее ОИ и выдвинуть вперед от носовой части и таким образом увеличить возможность его нагрева до заданной температуры.

Необходимое изменение площади поперечного сечения НЭ достигается подбором величины зазора, что позволяет изменять ширину НЭ, а не только толщину, а также вырезами в местах, где необходимо уменьшить площадь поперечного сечения. Величина зазора и площадь поперечного сечения поверхностного НЭ подбираются для каждого участка ОИ в зависимости от условий теплообмена и определяются расчетно-опытным путем.

Изготовление нагревателя из нескольких поверхностных НЭ позволяет соединять их параллельно и объединять в группы, соответствующие верхней, нижней и боковым наружным поверхностям ОИ. Каждая группа подсоединяется к своему источнику электропитания.

Это позволяет воспроизводить по времени и температуре неоднократные нагревы и охлаждения различных участков поверхности ОИ за одно испытание.

На чертеже представлена схема нагревателя. Нагреватель содержит несколько поверхностных НЭ 1, расположенных вокруг ОИ 2 с зазором 3, величина которого обеспечивается точечными упорами 4 и устройствами натяжения 5. ОИ закреплен на имитаторе смежного отсека 6. Вся сборка установлена на днище 7 компрессионной камеры. Нижние концы поверхностных НЭ подсоединены к минусовым токоподводящим шинам 8, 9, 10 и 11, объединяющим НЭ в группы для независимого нагрева верхней, нижней и боковых поверхностей ЛА. Минусовые токоподводящие шины выполнены подвижными. К ним подсоединены устройства натяжения НЭ. Верхние концы НЭ подсоединены к неподвижной общей плюсовой токоподводящей шине 12. В нижней части зазора установлены четыре коллектора 13 подачи газа для обеспечения охлаждения ОИ в определенные моменты времени и в определенной зоне боковой поверхности ОИ. Вокруг поверхностных НЭ надета теплоизолирующая оболочка 14. По длине НЭ в местах, где необходимо уменьшить площадь поперечного сечения, располагаются вырезы 15. Все элементы нагревателя закреплены на каркасе (на схеме не показан).

Нагреватель работает следующим образом.

При пропускании электрического тока через поверхностный НЭ происходит его резистивный разогрев. Участки с меньшей площадью поперечного сечения имеют большее электрическое сопротивление. На них выделяется большее количество тепла. За счет заранее подобранного распределения площадей поперечного сечения по длине НЭ путем выбора ширины участков и расположением вырезов и с учетом величины зазора подбирают необходимые тепловыделения и распределение температуры по длине участка поверхности ОИ, нагреваемого данным НЭ. Такой подбор идет для каждого НЭ. Нагреватель в целом проектируется под конкретный ОИ.

В процессе испытания для обеспечения заданной временной зависимости температуры ОИ регулируется напряжение электропитания каждой группы НЭ и подача газа для охлаждения соответствующей зоны ОИ. Контроль ведется по показаниям датчиков температуры (термопарам), установленным на поверхности ОИ.

В процессе нагрева и охлаждения НЭ меняют свою длину, а при нагружении ОИ нагрузками последний может деформироваться. Устройства натяжения НЭ постоянно поддерживают заданную величину зазора между ними и ОИ.

Нагреватель обеспечивает независимый нагрев или охлаждение любой из сторон ОИ, что характерно для современных маневренных ЛА, и одновременно позволяет проводить нагружение внешним давлением.

Нагреватель для стенда испытаний на прочность, содержащий гибкие поверхностные нагревательные элементы переменного сечения из токопроводящего материала, токоподводящие шины и теплоизолирующую оболочку, отличающийся тем, что между нагревательными элементами и объектом испытаний имеется зазор, обеспечиваемый точечными упорами и устройствами натяжения, соединенными с выполненными подвижными токоподводящими шинами, в зазоре установлены коллекторы подачи охлаждающего газа, нагревательные элементы соединены между собой параллельно и объединены в группы с независимым управлением, нагревательные элементы имеют участки разной ширины с вырезами, а величины зазора и площади поперечного сечения нагревательных элементов определяются расчетно-опытным путем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к аккумулятору транспортного средства. Аккумулятор транспортного средства содержит один аккумуляторный модуль, размещенный под панелью пола транспортного средства; другой аккумуляторный модуль, размещенный рядом с одним аккумуляторным модулем и имеющий высоту, превышающую высоту одного аккумуляторного модуля.

Изобретение относится к нагревательному модулю, эффективному при управлении температурой аккумуляторного модуля, изготовленного посредством пакетирования определенного числа аккумуляторных элементов.

Изобретение относится к области электротехники, а в частности к электрическим приборам и устройствам, используемым в холодное время года для отопления бытовых и производственных помещений, а также салонов и кабин подвижного состава пассажирского и индивидуального транспорта.

Изобретение относится к области теплотехники, к технологии нагрева жидких и др. .

Изобретение относится к области теплотехники, непосредственно к технологии нагрева жидких, полужидких или твердых субстанций, размещенных внутри цилиндрических неподвижных емкостей с плоским днищем, посредством их нагрева снизу, со стороны днища, снаружи.

Изобретение относится к отопителю для транспортного средства. .

Изобретение относится к области теплотехники, а непосредственно к технологии нагрева жидких субстанций внутри цилиндрических неподвижных емкостей с плоским днищем посредством нагрева днища снаружи.

Изобретение относится к нагревательным элементам. .

Изобретение относится к плоскому вырабатывающему теплоту элементу, предназначенному для использования на рулевых колесах автомобильных транспортных средств и моторных катеров.

Изделие относится к области испытательной техники, в частности к устройствам для прочностных испытаний фюзеляжей летательных аппаратов. Стенд содержит систему циклических нагрузок сжатым воздухом, состоящую из источника сжатого воздуха, основного трубопровода подачи сжатого воздуха в фюзеляж с расположенным на нем входным большерасходным регулирующим клапаном, байпасного трубопровода, трубопровода сброса воздуха из фюзеляжа с расположенным на нем клапаном сброса, средствами защиты фюзеляжа от перегрузки избыточным давлением сжатого воздуха и устройством шумоглушения, а также средств автоматического программного управления, включающих в свой состав регулятор давления в фюзеляже и первый датчик давления.

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам контроля состояния летательных аппаратов в процессе эксплуатации. Система контроля технического состояния конструкций летательного аппарата содержит датчики технического состояния лопастей винта вертолета или консолей крыла самолета и блок-регистратор, размещенный на их борту.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к установкам для прочностных испытаний летательных аппаратов. Установка содержит трубопроводы подачи и сброса воздуха с расположенными на них клапанами, а также средства автоматического программного управления этими клапанами.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, в частности, при аттестации, сертификации и исследовании продукции заводов, выпускающих трехниточные шпалы и шпалы с разной шириной колеи.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к установкам для ресурсных испытаний фюзеляжа циклическими нагрузками внутренним избыточным давлением сжатого воздуха.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к установкам для прочностных испытаний фюзеляжа летательных аппаратов на выносливость циклическим нагружением внутренним давлением сжатого воздуха.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к установкам для прочностных испытаний фюзеляжей летательных аппаратов на выносливость циклическим приложением внутреннего избыточного давления, создаваемого сжатым воздухом.

Изобретение относится к технике испытаний протяженных объектов с переменной по длине жесткостью. Сущность: объект консольно закрепляют на силовой колонне и с помощью механического кривизномера измеряют кривизну отдельных его участков, средние сечения которых располагаются в заданных расчетных сечениях, при изгибе объекта под действием заданной нагрузки, приложенной к свободному его концу.

Изобретение относится к моделированию и может быть использовано для создания модели поведения конструкций и изделий авиационной техники в условиях неопределенности входных параметров.

Изобретение относится к прочностным испытаниям конструкций летательных аппаратов (ЛА). Стенд содержит устройство нагружения объекта испытаний распределенными нагрузками в виде наружных ограничительных обечаек с продольными и поперечными ребрами, образующими ячейки, в которых размещены надувные эластичные мешки, соединенные с датчиками давления и с системой подачи переменного давления газа, по краям ячеек установлены эластичные кромки.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний авиационных конструкций. Гидросистема включает электрогидравлический усилитель, блокирующие клапана с злектроуправлением, распределительные клапана с электроуправлением, сливные клапана, обратные клапана, ограничитель нагрузки, силовозбудитель и систему автоматического управления. Распределительный клапан выполнен в виде двухлинейного двухпозиционного распределительного клапана, открытие-закрытие которого выполняется по заданной программе. При этом распределительный клапан осуществляет слив жидкости из линии нагнетания, где установлены сливные клапана, в линию слива. Обратные клапана служат для снижения остаточного давления в полостях силовозбудителя во время слива жидкости, при этом в линии нагнетания двухлинейного двухпозиционного распределительного клапана дополнительно установлен обратный клапан. Управление распределительными клапанами осуществляется от системы автоматического управления. Технический результат заключается в повышении надежности защиты объекта испытаний и упрощении эксплуатации испытательного стенда. 1 ил.
Наверх