Блок-имитатор температурных полей

Авторы патента:

G01N25/72 - обнаружение локальных дефектов (путем определения коэффициента теплопроводности G01N 25/18)

B64G7/00 - Имитация космических условий, например для установления условий жизнеобеспечения (тренажеры для обучения или тренировки G09B 9/00)

Владельцы патента RU 2562277:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") (RU)

Изобретение относится к экспериментальной технике и может быть использовано для теплопрочностных статических испытаний конструкций летательных аппаратов, в частности к средствам, обеспечивающим воспроизведение нестационарных температурных полей в испытываемых конструкциях воздушно-космических самолетов (ВКС). Блок-имитатор температурных полей содержит инфракрасные ламповые излучатели и рефлектор. Корпус рефлектора изготовлен из установленных на стальной плите охлаждаемых водой стальных труб прямоугольного сечения. К облучаемой поверхности труб прикреплены отражатели в виде пластин, изготовленных из никеля и имеющих золотое покрытие. Причем пластины установлены так, что между ними образованы щели, через которые проходят струи воздуха, обдувающие кварцевые колбы излучателей и испытываемый объект. Технический результат - повышение достоверности воспроизведения в объекте испытаний нестационарных температурных полей, возникающих в нем при последовательном воздействии глубокого охлаждения и аэродинамического высокотемпературного нагревания. 3 ил.

Изобретение относится к экспериментальной технике для теплопрочностных статических испытаний конструкций летательных аппаратов, в частности к средствам, обеспечивающим воспроизведение нестационарных температурных полей в испытываемых конструкциях воздушно-космических самолетов (ВКС).

Воспроизведение температурных полей в конструкциях ВКС одна из наиболее трудных задач, которые приходится решать экспериментатору при исследовании статической прочности летательных аппаратов. Ее сложность объясняется не только большой интенсивностью внешних воздействий, но и чередованием процессов быстрого высокотемпературного нагревания и глубокого охлаждения объекта испытаний. Установка, используемая для воспроизведения сложного распределения внешних воздействий по поверхности конструкции воздушно-космического летательного аппарата, должна быть многоканальной и состоять из значительного (до ста и более) числа одинаковых стандартных блоков с независимым управлением каждым из них.

Известна экспериментальная установка США, применявшаяся при воспроизведении температурных полей в секциях носка крыла ВКС «Space Shuttle». Вакуумная камера состоит из двух частей. В первой части расположен нагреватель, под которым установлена испытываемая секция на специальной перемещаемой тележке. В этой части камеры секция нагревается, облучаемая нагревателем, до температуры 1643 K со скоростью до 5 К/с. Во второй части камеры располагается экран, охлаждаемый жидким азотом. После нагревания испытываемая секция перемещается во вторую часть вакуумной камеры, где она располагается в охлажденном экране (Beesley W.G. Space Shuttle entry thermal testing techniques. A Collection pf Technical Papers // AIAA Paper N 78-1628. Перевод - ТИ ЦАГИ, 1981, №17). Кроме большой сложности этой установки ее серьезным недостатком является невозможность воспроизведения при помощи экрана быстрого аэродинамического охлаждения секций носка крыла, происходящего перед посадкой ВКС.

За прототип выбрана дозвуковая аэродинамическая труба НИЦ им. Драйдена НАСА (США) с установленным в рабочей части 1 ламповым инфракрасным нагревателем 2 (De Angelis V.M., Anderson K.F. Thermal structural test facilities at NASA Dryden // NASA Technical Memorandum 104249, August 1992). Роль рефлектора выполняют пластина, на которой крепятся ламповые инфракрасные нагреватели, и стенки трубы. Под нагревателем 2 устанавливается испытываемый объект 3. В трубе были испытаны: панель экспериментального гиперзвукового самолета (M=8) и стабилизатор самолета Х-15 (M=5.3). После нагревания объекта 3 при помощи инфракрасного нагревателя 2 он обдувался потоком воздуха от компрессора 4. В процессе движения воздуха в направляющей части трубы 5 в него впрыскивается для охлаждения жидкий азот из форсунок 6 (Фиг. 1),

Недостатками этой установки являются:

1) Необходимость использования аэродинамической трубы.

2) Невозможность воспроизведения изменения интенсивности охлаждения (коэффициента теплоотдачи) по поверхности объекта.

3) Недостаточно высокая температура, до которой можно нагревать объект лампами (Т_макс<1500 K) из-за ограниченной термостойкости их колб.

4) Невозможность проведения испытаний конструкций более сложной формы из-за ограниченных возможностей аэродинамической трубы.

Задачей и техническим результатом настоящего изобретения является создание блока-имитатора температурных полей, воспроизводящего в объекте испытаний нестационарные температурные поля, возникающие в нем при последовательном воздействии глубокого охлаждения и аэродинамического высокотемпературного нагревания.

Решением задачи и техническим результатом изобретения является создание блока-имитатора температурных полей, содержащего инфракрасные ламповые излучатели и рефлектор, причем рефлектор содержит корпус, изготовленный из охлаждаемых водой стальных труб прямоугольного сечения, установленных на стальной плите, к облучаемой поверхности труб прикреплены отражатели в виде пластин, изготовленных из никеля и имеющих золотое покрытие, пластины установлены так, что между ними образованы щели, через которые проходят струи воздуха, обдувающие кварцевые колбы излучателей и испытываемый объект.

На фигуре 1 представлена схема установки для испытаний экспериментальной панели гиперзвукового самолета в аэродинамической трубе НИЦ им. Драйдена НАСА.

На фигуре 2 показана схема системы охлаждения блока-имитатора.

На фигуре 3 представлен общий вид блока-имитатора температурных полей.

Рефлектор 7 (фигура 3), собран из стальных труб квадратного сечения 8 (фигура 2), которые охлаждаются водой, а их облучаемая поверхность закрыта позолоченными никелевыми пластинами 9, имеющими высокую отражательную способность и теплопроводность, что позволяет избежать перегревания неохлаждаемых концов пластин. Пластины приклеены к трубам таким образом, чтобы между ними были образованы щели 10, через которые поступают струи воздуха, охлаждающего кварцевые колбы ламповых излучателей 11 и испытываемый объект 12. Трубы 8 закреплены на стальной плите 13 (фигура 2) при помощи приваренных к ним втулок 14 с внутренней резьбой и пустотелых шпилек 15. Шпильки используют для подачи и отвода в трубы 8 охлаждающей их воды. Ламповые излучатели 11, состоящие из кварцевых колб и размещенных в них тел накала, расположены параллельно друг другу на определенном расстоянии. Общий вид нагревательного блока 23 с ламповыми излучателями КГТО-220-2500-1 показан на фигуре 3.

Нагревательный блок работает следующим образом:

Электрический ток, поступающий от системы электропитания нагревательной установки, нагревает тела накала ламповых излучателей 11 (Фигура 2), которые испускают лучистый поток, падающий на испытываемый объект 12 и на позолоченные никелевые пластины 9 рефлектора 7 блока, который отражает большую часть падающего на него потока. Оба лучистых потока (отраженный и испускаемый рефлектором) падают на излучатели 11 и проходят между ними и через кварцевые колбы излучателей на испытываемый объект 12.

При воспроизведении температуры испытываемого объекта 12 на стадии выведения, когда температура объекта и интенсивность его нагревания невелики, охлаждающий газ в блок не подается. Для воспроизведения глубокого охлаждения испытываемого объекта, возможного во время его пребывания на орбите, в блок поступает воздух, предварительно охлажденный жидким азотом. В процессе воспроизведения аэродинамического нагревания испытываемого объекта 12 при входе его в атмосферу струи воздуха, обдувая кварцевые колбы ламповых излучателей 11, предохраняют их от нагревания до температуры выше 1500 K, при которой начинается рекристаллизация кварца колб. При воспроизведении последующего аэродинамического охлаждения испытываемого объекта 12 перед посадкой электропитание блока отключено, и испытываемый объект 12 обдувают струи ненагретого воздуха. Интенсивность охлаждения можно регулировать меняя расход воздуха и понижая его температуру впрыском жидкого азота.

Нагреватель, собранный из таких блоков с независимым управлением каждым из них, позволит воспроизводить заданные неравномерные аэродинамические нагревание и охлаждение испытываемого объекта. Блок-имитатор может нагревать испытываемый объект до температуры 1875 K, облучая его потоком с плотностью до 500 кВт/м².

Блок-имитатор температурных полей, содержащий инфракрасные ламповые излучатели и рефлектор, отличающийся тем, что рефлектор содержит корпус, изготовленный из охлаждаемых водой стальных труб прямоугольного сечения, установленных на стальной плите, к облучаемой поверхности труб прикреплены отражатели в виде пластин, изготовленных из никеля и имеющих золотое покрытие, причем пластины установлены так, что между ними образованы щели, через которые проходят струи воздуха, обдувающие кварцевые колбы излучателей и испытываемый объект.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для идентификации близких к поверхности дефектов в контролируемом объекте. Согласно заявленному термографическому способу область поверхности контролируемого объекта нагревают, например, индуктивно.

Способ теплового контроля сложных пространственных объектов и устройство для его осуществления // 2537520

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежности сложных пространственных конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе результатов теплового контроля при нагружении изделий статической или динамической нагрузкой.

Способ тепловых испытаний керамических обтекателей ракет // 2531052

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.

Устройство и способ измерения плотности падающих тепловых потоков при тепловакуумных испытаниях космических аппаратов // 2530446

Заявленное изобретение относится к космической технике и может быть использовано для контроля теплообмена космического аппарата. Указанное устройство выполнено из сборок, в каждой из которых чувствительный элемент размещен на электроизолирующей подложке.

Способ тепловых испытаний материалов и изделий // 2530443

Изобретение относится к области стендовых тепловых испытаний и может быть использовано для диагностики характеристик термопрочности и термостойкости эксплуатируемых металлов.

Способ измерения теплопроводности и теплового сопротивления строительной конструкции // 2527128

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.

Способ определения степени повреждения силосного корпуса элеватора из сборного железобетона // 2525313

Изобретение относится к пищевой и мукомольно-элеваторной промышленности и используется для оценки степени повреждения швов наружного силоса элеватора из сборного железобетона.

Способ теплового контроля герметичности крупногабаритного сосуда // 2520952

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

Способ теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов // 2517790

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

Способ контроля качества неразъемных соединений // 2515425

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.

Способ электрических проверок космического аппарата // 2559661

Изобретение относится к наземным испытаниям, в т.ч. при изготовлении космических аппаратов (КА).

Стенд для тепловых испытаний радиоэлектронных устройств космических аппаратов // 2553411

Изобретение относится к тепловым имитационным стендам для испытаний аппаратуры космических аппаратов, выводимых на околоземную орбиту. Стенд содержит малогабаритную вакуумную камеру (ВК) с криогенным и соосным ему дополнительным экранами.

Устройство для моделирования гравитационного тягача при борьбе с астероидной опасностью // 2548973

Изобретение относится к учебным пособиям для наглядной имитации движения природных и искусственных небесных тел. Устройство содержит стальной шар (1), имитирующий астероид, круговой желоб (2) и подвижное основание (4), имитирующее космический аппарат (КА).

Способ эксплуатации имитатора системы терморегулирования космического аппарата // 2541612

Изобретение относится преимущественно к наземным испытаниям и отработке системы терморегулирования (СТР) космического аппарата. Согласно изобретению, заблаговременно определяют недостающее количество теплоносителя в системе, состоящей из имитатора СТР и модуля полезной нагрузки (ПН).

Способ изготовления космического аппарата // 2541599

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для изготовления космического аппарата (КА). Изготавливают комплектующие, собирают КА из системы электропитания с солнечными и аккумуляторными батареями (САБ), стабилизированным преобразователем с зарядным и разрядным преобразователями, модуля служебных систем, полезной нагрузки, проводят электрические испытания КА на функционирование, термовакуумные, заключительные с применением имитаторов САБ, подключенных к промышленной сети через систему гарантированного электроснабжения с блокированием работы зарядных преобразователей стабилизированного преобразователя напряжения системы электропитания наземными средствами либо работающих по зарядному интерфейсу без рекуперации энергии заряда в промышленную сеть, проводят испытания на воздействие механических нагрузок и на контроль стыковки солнечных и аккумуляторных батарей с применением штатных аккумуляторных и солнечных батарей.

Система терморегулирования космического аппарата // 2541597

Изобретение относится к системам терморегулирования (СТР) космических аппаратов (КА), преимущественно телекоммуникационных спутников. СТР содержит два независимых, одинаковых по составу, бортовых циркуляционных тракта с теплоносителем, которые размещены рядом друг с другом в сотовых панелях (или на них).

Способ изготовления космического аппарата // 2535824

Изобретение относится к электропитанию космических аппаратов (КА), в частности телекоммуникационных КА. Способ включает сборку КА, в т.ч.

Комплексный тренажёр для космонавтов // 2534474

Изобретение относится к области космической техники и может применяться для тренажерной подготовки экипажей пилотируемых космических аппаратов, а также авиационных и морских комплексов.

Способ моделирования физиологических эффектов пребывания на поверхности планет с пониженным уровнем гравитации // 2529813

Изобретение относится к космической медицине, в частности к способам моделирования эффектов пониженной гравитации в экспериментальных исследованиях. Способ включает перевод человека на период дневного бодрствования в ортостатическое положение с положительным углом наклона тела относительно горизонтальной оси.

Способ наземной имитации полета космических аппаратов в космосе // 2527632

Изобретение относится к космонавтике, а именно к способам имитации полета космических аппаратов (КА). Подготавливают аппаратные средства, моделируют орбитальное движение КА по предварительно заданному алгоритму и/или при приеме управляющих команд в режиме реального времени, моделируют движение небесной сферы в поле зрения каждого звёздного датчика по параметрам текущей ориентации КА с учетом динамики его движения, внешней среды, положения Солнца и Луны в инерциальной системе координат, моделируют появление нештатных ситуаций в работе бортовой аппаратуры ориентации и навигации КА, осуществляют контроль реакции системы управления ориентацией и навигацией при нештатных ситуациях, имитируют солнечное излучение для астроориентации и создания боковой помехи в инфракрасном и видимом диапазонах, имитируют сигналы спутников ГЛОНАСС и/или GPS с учетом параметров орбитального движения КА, моделируют орбитальное движение КА по трем осям вращения.

Способ тепловакуумных испытаний космического аппарата // 2564056

Изобретение относится к области космической техники, а именно к наземной отработке теплового режима космических аппаратов. Способ тепловакуумных испытаний космического аппарата заключается в вакуумировании камеры с размещенным в ней КА до давления, исключающего конвективный теплообмен в камере, и воздействии на КА натурных тепловых потоков с помощью имитатора внешних тепловых потоков. На КА воздействуют созданной имитатором внешних тепловых потоков температурой, эквивалентной среднерадиационному значению равновесных температур внешних поверхностей КА в орбитальном полете. Температуру определяют тепловым расчетом без учета внутреннего теплового нагружения КА. Одновременно воспроизводят внутреннее тепловое нагружение КА, соответствующее штатной циклограмме энергопотребления КА в орбитальном полете, которое осуществляют включением приборов КА с помощью наземной контрольно-проверочной аппаратуры. Техническим результатом изобретения является снижение трудо- и энергозатрат с одновременным получением результатов с необходимой степенью достоверности. 1 ил.