Способ тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов



Способ тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов
Способ тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов
Способ тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов
Способ тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов
Способ тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов
Способ тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов
Способ тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов

 


Владельцы патента RU 2571442:

Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" (RU)

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА) и может быть использовано для проектирования аэродинамического теплового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты в наземных условиях. Предлагаемый способ воспроизведения аэродинамического нагрева дает возможность задать температурное поле элементов ЛА типа тел вращения с минимальными энергетическими затратами и с равномерным тепловым нагружением в сечениях изделия. Отличительными признаками способа является возможность задания температурного поля по высоте изделия, если известно значение температуры в одном сечении и геометрические размеры изделия. Способ включает условное разбиение поверхности изделия на сектора по окружности изделия, определения толщины секторов по электрическому сопротивлению, монтаж электропроводящего слоя на наружной поверхности изделия, расположение на изделии токоведущих шин и чехла из теплоизоляционного материала. Технический результат - повышение точности и достоверности результатов теплопрочностных испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов. 1 ил.

 

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты в наземных условиях.

В настоящее время воспроизведение теплового воздействия, которое ракета испытывает в полете, осуществляется в различных установках: аэродинамических трубах, баллистических установках, плазменных установках, стендах на основе сжигания топлива (прямоточных реактивных двигателях, которые отработали свой ресурс), стендах радиационного нагрева [Баранов А.Н., Белозеров Л.Г., Ильин Ю.С., Кутьинов В.Ф. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. - М.: Машиностроение. - 1974. - 344 с.; Материалы и покрытия в экстремальных условиях. Взгляд в будущее: В 3 т. - Т. 3. Экспериментальные исследования. / Ю.В. Полежаев, С.В. Резник, А.Н. Баранов и др., Под ред. Ю.В. Полежаева и С.В. Резника. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 264 с.: ил.].

Наиболее широкое распространение в практике наземных испытаний получили стенды радиационного нагрева, так как они просты в эксплуатации, позволяют набирать широкую гамму конфигураций в зависимости от геометрии конструкции обтекателя. Однако радиационный нагрев имеет ряд ограничений. Для элементов летательных аппаратов сложной формы, когда геометрические размеры конструкции сравнимы с размерами нагревателей, наблюдается большая погрешность задания температурного поля.

Уменьшение величины погрешности задания температурного поля в установках радиационного нагрева возможно двумя путями:

1. Уменьшение геометрических размеров нагревателей и, соответственно, увеличением количества зон нагрева.

2. Коррекция с помощью покрытий с изменяемой степенью черноты (авторское свидетельство СССР №208377, F16N 15/00, F01M 9/02, опубл. 1968).

Недостатки первого способа - усложнение и удорожание испытательного оборудования.

Во втором способе преобразовывается радиационный нагрев поверхности обтекателя в нагрев за счет теплопроводности (контактный нагрев). Недостатком такого способа является то, что первичным источником энергии остается радиационный нагреватель.

Наиболее близкими по технической сущности являются способы воспроизведения аэродинамического нагрева неметаллических головных обтекателей с помощью гибких контактных нагревателей. Например, способ, описанный в патенте №2456568 (Российская Федерация, МПК G01M 9/04, G01N 25/72, опубл. 20.07.2012). Способ обладает рядом преимуществ (более высокая точность задания температурного поля на наружной поверхности, практически, можно исключить составляющую излучения, более экономичен (более чем в 3 раза требуется меньше энергии)), перед радиационным нагревом, однако имеет и ряд недостатков. В частности, задание теплового режима обтекателя может быть реализовано только по изменению плотности теплового потока, а во многих случаях требуется воспроизведение температурного поля на всей траектории полета. Кроме того, в процессе нагрева, особенно при больших темпах, единственным способом контроля тепловых режимов является измерение температуры наружной поверхности изделия.

Техническим результатом заявляемого изобретения является задание температурного поля на наружной поверхности при теплопрочностных испытаниях обтекателей ракет из неметаллических материалов, например из керамики.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе воспроизведения аэродинамического нагрева неметаллических обтекателей ракет, включающем контактный нагрев всей поверхности и измерение температуры в одном сечении, распределение температуры по окружности изделия задается несколькими электропроводящими секторами постоянной толщины, покрывающими всю поверхность обтекателя и выполненными по форме наружной поверхности обтекателя, разделенной продольными меридиональными линиями, причем все электропроводящие сектора соединены в электрическую цепь параллельно и пересекаются у носка, где монтируется одна из электрических шин, а вторая электрическая шина охватывает все сектора ниже торца обтекателя, где металлические части электроизолируются полупрозрачным материалом, например кварцевой тканью, причем для стабилизации термического контакта наружная поверхность нагревателя равномерно продавливается по всей поверхности через слой теплоизоляции.

Известно, что темп нагрева в i-м сечении обтекателя описывается уравнением:

где - темп нагрева в заданном i-м сечении поверхности изделия;

Pi - мощность элементарного источника тепла в i-м сечении; γ - плотность материала нагревателя; c - удельная теплоемкость материала.

Из (1) находим, что температура в i-м сечении за время τ будет равна:

а в j-м сечении:

Разделив (2) на (3), получим, что:

Для электрического контактного нагревателя постоянной толщины (δ) типа тела вращения, выполненного по форме наружной поверхности обтекателя, элементарную мощность в i-м поперечном сечении можно выразить формулой:

где I - сила тока на участке i - того сечения; dh - высота i-го сечения; Ri - радиус нагревателя в i-м сечении; ρ - удельное электрическое сопротивление материала нагревателя.

Подставляя (5) в (2), (3) и (4), получим, что:

Из (6) следует, что для нагревателя типа тела вращения произведение роста температуры ΔТi на радиус Ri является постоянной величиной для данного нагревателя, т.е.:

Способ иллюстрирует схема, представленная на чертеже. Контактный нагреватель 2 вместе с токоведущими шинами 4 располагают на обтекателе ракеты 1, предварительно электроизолировав оснастку 6 полупрозрачным материалом, например тканью кварцевой 5. Сверху надевают чехол 3 из теплоизоляционного материала. Теплоизоляционный чехол необходим для исключения тепловых потерь в окружающую среду и для обеспечения возможности равномерного продавливания нагревателя по все поверхности.

Предложенный способ дает возможность воспроизвести аэродинамический нагрев неметаллических обтекателей ракет сложной геометрической формы. Способ был отработан при задании тепловых режимов перфорированных накладок из стеклопластиковых материалов и на керамических обтекателях.

1. Способ воспроизведения аэродинамического нагрева неметаллических обтекателей ракет, включающий контактный нагрев всей поверхности и измерение температуры в одном сечении, отличающийся тем, что распределение температуры по окружности изделия задается несколькими электропроводящими секторами постоянной толщины, покрывающими всю поверхность обтекателя и выполненными по форме наружной поверхности обтекателя, разделенной продольными меридиональными линиями, причем все электропроводящие сектора соединены в электрическую цепь параллельно и пересекаются у носка, где монтируется одна из электрических шин, а вторая электрическая шина охватывает все сектора ниже торца обтекателя, причем для стабилизации термического контакта наружная поверхность нагревателя равномерно продавливается по всей поверхности через слой теплоизоляции.

2. Способ воспроизведения аэродинамического нагрева по п. 1, отличающийся тем, что металлические части обтекателя электроизолируются полупрозрачным диэлектрическим термостойким материалом (кварцевой тканью).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быт использовано при испытаниях изделий на термическую стойкость. Заявлен способ испытаний полых изделий на термостойкость, заключающийся в нагреве изделия изнутри и охлаждении снаружи.
Изобретение относится к тепловым способам неразрушающего контроля и диагностики дефектов в стенках элементов конструкции и может быть использовано для дефектоскопии различных объектов.
Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при наземных тепловакуумных испытаниях бортовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) негерметичных космических аппаратов (КА).

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).

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.

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.

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.

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

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 области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано для получения гиперзвукового потока углекислого газа в высокоэнтальпийных установках кратковременного действия типа импульсных аэродинамических труб с целью газотермодинамических исследований.

Изобретение относится к испытаниям реактивных двигателей. Стенд для определения подъемной силы крыла, установленного на корпусе реактивного двигателя, содержит расположенную в аэродинамической трубе опорную стойку с подвижной платформой.

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано при проведении испытаний в трансзвуковых аэродинамических трубах. Рабочая часть аэродинамической трубы включает камеру давления, перфорированные стенки на границах потока и шумоглушащие сетки.

Изобретение относится к области машиностроения и авиационно-космической отрасли промышленности и может быть использовано при проведении испытаний конструкции летательных аппаратов и их узлов (головных обтекателей) из неметаллических материалов на тепловые, а также комплексные термовибрационные и термовакуумные воздействия.

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

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.

Использование: для оценки надежности конструкции из электропроводных полимерных композиционных материалов на основе контроля распределения электрических потенциалов по поверхности. Сущность изобретения заключается в том, что способ контроля объектов из электропроводных полимерных композиционных включает: установку и фиксацию питающих электродов с противоположных или с одной стороны контролируемого объекта, установку двух измерительных электродов на одной или двух поверхностях контролируемого объекта, одновременное измерение разности потенциалов между измерительными электродами и силы тока между питающими электродами, определение кажущегося электрического сопротивления между измерительными электродами путем деления разности потенциалов на величину тока между питающими электродами, определение дефектов в материале по величине кажущегося электрического сопротивления, жестко фиксируют между собой питающие и измерительные электроды, перемещают комплекс зафиксированных между собой питающих и измерительных электродов по поверхности контролируемого объекта, измерение разности потенциалов между измерительными электродами и силы тока между питающими электродами повторяют многократно для определения дефектов в материале всего объекта. Технический результат: обеспечение возможности повышения достоверности определения состояния объектов из электропроводных полимерных композиционных материалов. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх