Способ теплового нагружения неметаллических конструкций

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на конструкцию летательного аппарата в наземных условиях и может быть использовано при стендовых испытаниях. Заявленный способ включает зонный нагрев с помощью радиационных нагревателей наружной поверхности испытуемой конструкции, измерение температуры наружной поверхности контактными датчиками и управление нагревом по заданному температурному режиму по показаниям контактных датчиков. В процессе испытания измеряют электрическую мощность радиационных нагревателей и сравнивают ее с заранее определенной на предварительных испытаниях калориметрического макета испытуемой конструкции электрической мощностью. На участках заданного температурного режима с быстрым темпом нагрева, когда показания датчиков температуры отстают от реальных значений температуры поверхности, измеряемая электрическая мощность начинает превышать предварительно определенную на величину, определяемую опытным путем, управление процессом нагрева переключается с управления по заданной температуре на управление по предварительно определенной электрической мощности радиационных нагревателей. Это продолжается до того момента времени, пока разность показаний контактных датчиков и заданного температурного режима не станет меньше величины, определяемой опытным путем для каждого датчика температуры. После этого управление нагревом осуществляется по заданному температурному режиму. Технический результат изобретения - увеличение точности воспроизведения температурного режима неметаллической конструкции, имеющего место в полете в результате интенсивного аэродинамического нагрева, в процессе наземных тепловых и теплопрочностных испытаний. 3 ил.

 

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на конструкцию летательного аппарата в наземных условиях и может быть использовано при стендовых испытаниях.

Наибольшее распространение в практике тепловых испытаний получил радиационный нагрев наружной поверхности испытуемой конструкции с помощью внешних нагревателей.

Известен способ теплового нагружения с помощью радиационного нагрева конструкции, в процессе которого воспроизводится тепловой поток, подводимый к поверхности летательного аппарата в процессе аэродинамического нагрева (см. с. 77÷84. Баранов А.Н., Белозеров Л.Г., Ильин Ю.С., Кутьинов В.Ф. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. - М.: Машиностроение. - 1974. - 344 с). Использование этого способа в значительной степени ограничено трудностями измерения тепловых потоков. Особенно при теплопрочностных испытаниях конструкций, когда внедрить датчики теплового потока в поверхность конструкции сложно, а порой невозможно.

Также метод требует, чтобы степень черноты поверхности стендовой конструкции была равна степени черноты летного изделия.

Известен способ теплового нагружения с помощью радиационного нагрева конструкции, в процессе которого воспроизводится заданная температура поверхности испытуемой конструкции, соответствующая режиму нагрева в полете (см. с. 77÷84. Баранов А.Н., Белозеров Л.Г., Ильин Ю.С., Кутьинов В.Ф. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. - М.: Машиностроение. - 1974. - 344 с). Температура поверхности измеряется контактными датчиками, по показаниям которых ведется управление процессом нагрева. При радиационном нагреве неметаллических конструкций с большими темпами нагрева погрешность измерения температуры контактными датчиками становится неприемлемо большой и может составлять десятки и сотни градусов (см. с. 58. Т.В. Боровкова, В.Н. Елисеев, И.И. Лопухов. Повышение точности измерения температуры при испытаниях на стенде радиационного нагрева элементов конструкций из низкотеплопроводных материалов. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2006. №3). Это ограничивает применение указанного способа относительно небольшими скоростями нагрева.

Технической задачей данного способа является увеличение точности воспроизведения температурного режима испытуемой конструкции при скоростном высокотемпературном нагреве.

Заявленный способ включает зонный нагрев с помощью радиационных нагревателей наружной поверхности испытуемой конструкции, измерение температуры наружной поверхности контактными датчиками и управление нагревом по заданному температурному режиму по показаниям контактных датчиков. В процессе испытания измеряют электрическую мощность радиационных нагревателей и сравнивают ее с заранее определенной на предварительных испытаниях калориметрического макета испытуемой конструкции электрической мощностью. На участках заданного температурного режима с быстрым темпом нагрева, когда показания датчиков температуры отстают от реальных значений температуры поверхности, измеряемая электрическая мощность начинает превышать предварительно определенную на величину, определяемую опытным путем, управление процессом нагрева переключается с управления по заданной температуре на управление по предварительно определенной электрической мощности радиационных нагревателей. Это продолжается до того момента времени, пока разность показаний контактных датчиков и заданного температурного режима не станет меньше величины, определяемой опытным путем для каждого датчика температуры. После этого управление нагревом осуществляется по заданному температурному режиму. Электрическую мощность для каждой зоны нагрева определяют заранее нагревом калориметрического макета с воспроизведением аккумулируемого конструкцией в полете теплового потока.

Предложенный способ поясняется графическими материалами.

На фиг. 1 изображены варианты установки контактных датчиков температуры (термопар) на поверхность неметаллической конструкции, где 1 - термопара, установленная в паз; 2 - поверхность неметаллической конструкции; 3 - радиационный тепловой поток; 4 - паз под термопару; 5 - цемент; 6 - термопара, установленная «под накладку»; 7 - слой лакокрасочного покрытия. Термопара 1 (показано сечение спая термопары) установлена «в паз» 4, который заполняется клеем или цементом 5. Термопара 6 установлена непосредственно на поверхность «под накладку». Сверху нанесено лакокрасочное покрытие 7, выравнивающее оптические характеристики. Как видно спай термопары находится на некотором расстоянии от поверхности. Теплофизические характеристики термопар отличаются от характеристик неметаллических материалов нагреваемой конструкции. В результате при быстром темпе нагрева показания термопары отстают от истинной температуры поверхности и погрешность измерения может достигать десятков и сотен градусов. При уменьшении темпа нагрева, например, на участке вблизи экстремума заданного температурного режима погрешность минимальна. Это поясняется графиками на фиг. 2, на которой приведен пример управления нагревом по заданному температурному режиму 1 по показаниям термопары, установленной на поверхность (см. фиг. 1). Температурная кривая 2 показаний термопары (Ттерм) совпадает (с точностью регулирования) с заданным температурным режимом 1 (Тзадан). Но истинная температура 3 поверхности (Тповерх) неметаллической конструкции на участке большого темпа нагрева превышает заданную температуру на величину ΔT (поз. 4). Это приводит к перегреву испытуемой конструкции и даже к забросу температуры на максимуме. Последнее недопустимо, так как неметаллические материалы в конструкциях летательных аппаратов работают, как правило, на пределе своей стойкости и прочности при высоких температурах. На фиг. 3 показан пример управления в соответствии с предлагаемым способом, где 1 - кривая заданного температурного режима (Тзадан), 2 - кривая показаний термопары (Ттерм), 3 - кривая истинной температуры поверхности (Тповерх), 4 - кривая предварительно определенного на калориметрическом макете режима электрической мощности нагревателей (Nкалор), 5 - кривая замеренной электрической мощности нагревателей (Nизм). На начальном участке управление осуществляется по заданному температурному режиму. С момента времени τ1, когда на участке быстрого подъема температуры замеренная электрическая мощность превысила заданную предварительно определенную на величину ΔNэ (Nизм-Nзадан>ΔNэ), управление осуществляется по мощности до момента времени τ2. Величина ΔNэ зависит от теплофизических характеристик материала, оптических характеристик его поверхности и определяется опытным путем в результате предварительного калориметрического испытания. С момента τ2, когда величина разности между заданной температурой поверхности и показаниями термопары стала меньше величины ΔТэзадантерм<ΔТэ), управление осуществляется по заданной температуре. Величина разности ΔТэ зависит от погрешности измерения температуры термопарой, в том числе неопределенностью ее установки (расстояния от поверхности, степени заполнения паза цементом и др.), допустимой величиной перегрева неметаллического материала и определяется опытным путем.

Таким образом достигается увеличение точности воспроизведения температурного режима неметаллической конструкции, имеющего место в полете в результате интенсивного аэродинамического нагрева, в процессе наземных тепловых и теплопрочностных испытаний.

Способ теплового нагружения неметаллических конструкции, включающий зонный радиационный нагрев, измерение температуры поверхности неметаллической конструкции контактными датчиками и управление процессом нагрева по заданному температурному режиму по показаниям контактных датчиков температуры, отличающийся тем, что в процессе нагрева измеряют электрическую мощность радиационных нагревателей, сравнивают ее с мощностью, предварительно определенной опытным путем при нагреве калориметрического макета с воспроизведением аккумулируемого конструкцией в полете теплового потока, при этом, если измеряемая мощность нагревателей больше предварительно определенной на величину, определяемую опытным путем, то управление процессом нагрева ведется по предварительно определенной электрической мощности радиационных нагревателей до того момента времени, пока разность заданной температуры и показаний контактных датчиков температуры не станет меньше величины, определяемой опытным путем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам обнаружения воздушной полости в строительной плите на основе гипса и к способам изготовления строительной плиты на основе гипса. Способ включает формирование строительной плиты на основе гипса с предварительно заданной формой.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля качества композитных броневых преград. Заявлено устройство теплового контроля качества композитных броневых преград на основе анализа энергии поглощения поражающего элемента, включающее устройство для стрельбы, расположенное между подложкой и устройством для стрельбы на траектории полета поражающего элемента устройство для измерения скорости полета поражающего элемента на выходе устройства для стрельбы, подложку из пластичного материала.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к инфракрасной диагностике и тепловизионным методам контроля. При проведении тепловизионного контроля теплоизоляции трубопровода движение тепловизионной камеры выполняют по винтовой линии вокруг трубопровода с частотой ее обращения, зависящей от изменения максимума температурного поля на наружной поверхности теплоизоляции трубопроводов в соответствии с законом движения максимума температуры газа наддува по длине трубопровода.

Изобретение относится к области бесконтактного неразрушающего контроля и касается тепловизионной дефектоскопической системы. Система включает в себя тепловизионное устройство и светодиодный излучатель для нагрева контролируемого объекта, соединенные с блоком управления, а также два светочувствительных элемента.

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки состояния поверхностей резиновых и пластиковых нитей. Заявлено устройство для оценки технического состояния поверхности нитей, включает в себя температурный генератор, температурный датчик, интерфейс, анализатор изображения и элемент принятия решения.

Изобретение относится к изготовлению или получению изделий из стекла или стеклокерамики. Изобретение основано на том, чтобы обеспечить получение изделий из стекла или стеклокерамики, имеющих точно охарактеризованные термомеханические свойства.

Изобретение относится к способу бесконтактного одностороннего активного теплового неразрушающего контроля материалов и может быть использовано для проведения теплового неразрушающего контроля изделий в авиакосмической, машиностроительной и энергетической промышленности.

Изобретение относится к способам коррекции собственной температурной зависимости кремниевых фотопреобразователей (ФЭП) и может быть использовано при тепловакуумных испытаниях (ТВИ) космического аппарата (КА) или его составных частей с использованием имитатора солнечного излучения.

Изобретение относится к диагностике технического состояния систем контроля технологических процессов. Предложен способ проверки работоспособности системы контроля течи трубопровода, который включает воспроизведение системой параметров эталонного имитатора измеряемых системой физических величин, сравнение воспроизведенных параметров с заданными параметрами эталонного имитатора и выработку заключения о работоспособности системы.

Изобретение относится к области экспериментальных исследований летательных аппаратов в аэродинамических трубах и может быть использовано при динамических испытаниях моделей летательных аппаратов в аэродинамических трубах.

Изобретение относится к области авиации, в частности к средствам для проведения испытаний приводов и движителей летательных аппаратов. Стенд для определения характеристик электроприводов и движителей беспилотных летательных аппаратов содержит корпус стенда, основание с кронштейнами крепления электропривода и датчика крутящего момента.

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики, в частности к аэродинамическим трубам. Устройство содержит задающее устройство, исполнительный механизм, датчики температуры, давления, положения, а также регулятор давления.

Изобретение относится к области аэродинамических испытаний и предназначено для использования в аэродинамических трубах (АДТ), где требуется проведение исследований явлений аэроупругости.

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики, в частности к аэродинамическим трубам. Устройство содержит задающее устройство, исполнительный механизм, датчики температуры, давления, положения, регулятор давления.

Изобретение относятся к области экспериментальной аэрогазодинамики. Универсальная рабочая камера Эйфеля аэрогазодинамической установки содержит рабочую камеру, источник модельного газа на ее входе, а на выходе камеры - диффузор.

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.

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано для получения гиперзвукового потока газа в лабораторных условиях. Аэродинамическая труба содержит установленные симметрично с образованием общей форкамеры два дифференциальных мультипликатора давления, поршни которых выполнены ступенчатыми и установлены с возможностью перемещения навстречу друг другу.

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, в частности к установкам для определения аэродинамических характеристик модели в аэродинамической трубе в присутствии неподвижного экрана.
Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, в частности к проведению исследований в аэродинамической трубе аэродинамических характеристик экранопланов, и может быть использовано для совершенствования аэрогидродинамических компоновок экранопланов.

Изобретение относится к технологиям автоматической идентификации базовой линии на изображении поверхностной сетке аэродинамического профиля для использования в моделировании. Техническим результатом является автоматизированное определение базовой линии аэродинамического профиля. Предложен компьютерно-реализованный способ определения базовой линии на поверхностной сетке аэродинамического профиля для использования в моделировании, причем поверхностная сетка содержит узлы, взаимосвязанные краями. Способ содержит этап, на котором осуществляют определение базовой системы координат, включающей в себя направление X относительно аэродинамического профиля. Также, согласно способу, осуществляют определение переменной по протяженности профиля, которая монотонно изменяется вдоль аэродинамического профиля по прямому направлению движения, которое не совпадает с направлением X. Далее выбирают первый фронтальный узел на базовой линии аэродинамического профиля. Используют алгоритм фронта Парето для определения базовой линии на оконечности поверхностной сетки относительно направления X аэродинамического профиля. 5 н. и 20 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на конструкцию летательного аппарата в наземных условиях и может быть использовано при стендовых испытаниях. Заявленный способ включает зонный нагрев с помощью радиационных нагревателей наружной поверхности испытуемой конструкции, измерение температуры наружной поверхности контактными датчиками и управление нагревом по заданному температурному режиму по показаниям контактных датчиков. В процессе испытания измеряют электрическую мощность радиационных нагревателей и сравнивают ее с заранее определенной на предварительных испытаниях калориметрического макета испытуемой конструкции электрической мощностью. На участках заданного температурного режима с быстрым темпом нагрева, когда показания датчиков температуры отстают от реальных значений температуры поверхности, измеряемая электрическая мощность начинает превышать предварительно определенную на величину, определяемую опытным путем, управление процессом нагрева переключается с управления по заданной температуре на управление по предварительно определенной электрической мощности радиационных нагревателей. Это продолжается до того момента времени, пока разность показаний контактных датчиков и заданного температурного режима не станет меньше величины, определяемой опытным путем для каждого датчика температуры. После этого управление нагревом осуществляется по заданному температурному режиму. Технический результат изобретения - увеличение точности воспроизведения температурного режима неметаллической конструкции, имеющего место в полете в результате интенсивного аэродинамического нагрева, в процессе наземных тепловых и теплопрочностных испытаний. 3 ил.

Наверх