СПОСОБ СИГНАЛИЗАЦИИ ОТКЛОНЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ВЕКТОРА СИЛЫ ТЯГИ ОТ ОСИ РДТТ Российский патент 2002 года по МПК F02K9/96 

Изобретение относится к технике испытаний РДТТ и может быть использовано для выявления нарушений процесса функционирования двигателя.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения направления вектора силы тяги, приложенной к опорной плите испытательного стенда (принят за прототип), основанный на создании напряженно-деформированного состояния в промежуточном опорном элементе, имеющего две опорные поверхности, к одной из которых приложена сила тяги, а между второй опорной поверхностью и опорной плитой испытательного стенда расположены датчики боковых усилий, подключенные через тензостанцию к регистрирующему прибору с отметчиком времени, по разности зарегистрированных сигналов которых в одинаковые моменты времени судят о направлении вектора силы тяги по отношению к опорной плите [1]. В случае совпадения направления вектора силы тяги РДТТ с осью двигателя (нормальный режим работы двигателя), усилия, действующие на датчики боковых усилий, одинаковы и, следовательно, одинаковыми являются выходные сигналы датчиков боковых усилий, а их разность для любой пары датчиков равна нулю. В аномальных режимах работы двигателя (растрескивание заряда, прогар корпуса и т. д. ) вектор силы тяги, по отношению к оси двигателя, оказывается расположенным под углом. Важно определить момент времени, в который вектор силы тяги отклонился от оси двигателя, поскольку это отклонение является следствием нарушения нормального режима работы двигателя.

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением, включают создание напряженно-деформированного состояния в промежуточном опорном элементе.

Причина, препятствующая получению в прототипе требуемого технического результата, заключается в пониженной надежности датчиков боковых усилий при работе РДТТ в переходных режимах, что приводит к выходу из строя значительного количества датчиков (до 30%) [2].

Сущность изобретения заключается в следующем.

Изобретение направлено на решение задачи создания надежного способа сигнализации отклонения направления вектора силы тяги от оси РДТТ в переходных режимах работы двигателя.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в использовании в адиабатических условиях пропорциональной зависимости между приращением механического напряжения и приращением температуры в любой точке поверхности опорного элемента путем регистрации с помощью тепловизора распределения теплового излучения по поверхности опорного элемента.

Данный технический результат достигается тем, что в известном способе, заключающемся в создании напряженно-деформированного состояния промежуточного опорного элемента, осуществляют в переходных режимах работы РДТТ сканирование и регистрацию в адиабатических условиях потоков собственного теплового излучения элементов поверхности конструкции промежуточного опорного элемента, причем по неоднородности зарегистрированного термического поля (термограмме) судят об отклонении вектора силы тяги от оси РДТТ. Если поле однородно (отсутствует тепловой контраст между соседними точками поверхности), вектор силы тяги совпадает с осью двигателя, в противном случае имеет место отклонение вектора силы тяги от оси двигателя.

Признаки заявляемого изобретения, являющиеся отличительными от признаков прототипа, включают сканирование и регистрацию в адиабатических условиях потоков теплового излучения элементов поверхности конструкции промежуточного опорного элемента, выявление по неоднородности зарегистрированного термического поля (термограмме) отклонения вектора силы тяги от оси РДТТ.

На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ, где 1 - исследуемый РДТТ, 2 - заряд твердого топлива, 3 - датчик тяги (типа ТПА), 4 - стапель, 5 - люнеты, 6 - промежуточный опорный элемент, 7 - тепловизор, 8 - ЭВМ, 9 - тензостанция (ЛХ-7000), 10 - регистрирующий прибор с отметчиком времени (световой осциллограф Н-700).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

В момент пуска РДТТ (при срабатывании электровоспламенителя) происходит загорание заряда твердого топлива 2 и давление в камере сгорания скачком возрастает до давления, близкого к рабочему. При этом скачкообразно возрастает сила тяги, вызывая через датчик тяги 3 ударное нагружение промежуточного опорного элемента 6. Благодаря адиабатическим условиям работы промежуточного опорного элемента в соответствии с термоупругим эффектом [3], в любой точке поверхности промежуточного опорного элемента пропорционально изменению механического напряжения изменяется температура
ΔT = Δσ•K_m•T,
где ΔT - изменение температуры;
Δσ - - сумма механических напряжений в контролируемой точке;
K_m - термоупругая постоянная конструкционного материала промежуточного опорного элемента;
Т - средняя температура промежуточного опорного элемента.

Следовательно, распределение температуры на поверхности промежуточного опорного элемента можно одновременно рассматривать как распределение механических напряжений в материале стенок этого элемента. Регистрируя с помощью тепловизора распределение температуры на поверхности промежуточного опорного элемента, получают термограмму, контраст которой определяется распределением температуры и пропорциональным ей распределением механических напряжений. Если тепловая картина однородная, то вектор силы тяги F_т совпадает с осью двигателя, в противном случае имеет место отклонение вектора силы тяги от оси двигателя. Однородность теплового поля имеет место, когда α=0 (см. чертеж) при равенстве силы тяги F_т продольной составляющей F_x, т.к. в этом случае во всех точках поверхности промежуточного опорного элемента возникают одинаковые напряжения сжатия σ_сж. При α≠0 наряду с составляющей F_x, создающей напряжения сжатия σ_сж, появляется поперечная составляющая F_y, вызывающая изгиб промежуточного элемента и появление в точках поверхности промежуточного опорного элемента напряжений изгиба противоположного знака по разные стороны нейтрального слоя опорного элемента. Поэтому с одной стороны нейтрального слоя в точках поверхности суммарные напряжения будут равны а с другой стороны нейтрального слоя В результате тепловое поле поверхности опорного элемента и становится неоднородным, причем с ростом α степень неоднородности усиливается.

Для анализа термического (температурного) поля целесообразно использовать быстродействующий тепловизор. В качестве быстродействующего тепловизора можно использовать установку SPATE английской фирмы Ometron, включающей магнитное записывающее устройство, или тепловизор фирмы AGEMA "Thermovision". Так модель тепловизора фирмы AGEMA "Thermovision" имеет температурное разрешение 0,07^oС, частоту кадров 25 в секунду и может измерять с высокой точностью температуру в диапазоне -20^oС до +1500^oС, обеспечивая получение термограмм высокого качества. При объединении тепловизора с компьютерной системой ТIС, разработанной на основе ПК IBM PC, достигается возможность обработки тепловых изображений. Входящий в комплект тепловизора цветной компьютер позволяет записывать цветные изображения [3]. Данный тепловизор является одним из лучших современных тепловизоров. Как показано в работе [3] , напряжению, равному 1 кгс/мм², соответствует изменение температуры (при использовании углеродистых сталей) на 0,01-0,02^oС.

При использовании данного способа уменьшаются сроки и стоимость отработки конструкции РДТТ новых типов благодаря исключению необходимости использования датчиков боковых усилий, их предпусковой подготовки и обработки большого объема зарегистрированной информации.

Источники информации
1. Способ определения направления вектора силы тяги РДТТ /Игнатьев Б.С., Энкин Э.А., Власов С.С., Вяткин В.В. / Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 2000. - 5 с., ил. - Библиогр.: 1 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 27.09.00, 2476-В00.

2. Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. чл. корр. Российской академии наук, д-ра тех. наук., проф. Л.Н. Лаврентьева, - М.: Машиностроение, 1993. - 215 с., ил.

3. Бекешко Н.А., Ковалев А.В. Новые методы, средства и применение теплового неразрушающего контроля // Измерение, контроль, автоматизация: Науч. -техн. сб. обзоров. / ЦНИИТЭИ приборостроения. - М., 1990, 1 (73) с.

Способ относится к технике испытаний РДТТ и может быть использован для выявления нарушений процесса функционирования двигателя. Способ заключается в создании напряженно-деформированного состояния промежуточного опорного элемента, сканировании и регистрации в переходных режимах работы РДТТ в адиабатических условиях потоков собственного теплового излучения элементов поверхности конструкции промежуточного опорного элемента. По неоднородности зарегистрированного термического поля (термограмме) судят об отклонении вектора силы тяги от оси РДТТ. Если поле однородно (отсутствует тепловой контраст между соседними точками поверхности), вектор силы тяги совпадает с осью двигателя, в противном случае имеет место отклонение вектора силы тяги от оси двигателя. Для анализа термического (температурного) поля целесообразно использовать быстродействующий тепловизор. Такой способ позволит повысить его надежность в переходных режимах работы двигателя. 1 ил.

Способ сигнализации отклонения направления вектора силы тяги от оси РДТТ, заключающийся в создании напряженно-деформированного состояния промежуточного опорного элемента в условиях испытательного стенда, отличающийся тем, что в переходных режимах работы РДТТ осуществляют сканирование и регистрацию потоков собственного теплового излучения поверхности промежуточного опорного элемента и по неоднородности зарегистрированного термического поля судят об отклонении направления вектора силы тяги от оси РДТТ.