СТЕНД ТЕПЛОПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ Российский патент 2014 года по МПК G01M5/00 

Известен стенд теплопрочностных испытаний [Баранов А.Н. Теплопрочностные испытания летательных аппаратов // Труды ЦАГИ, 1999, вып.2638, с.96÷97] с радиационными нагревателями, на котором напротив наиболее теплоемких мест объекта испытаний установлены радиационные нагреватели, снабженные индивидуальными источниками регулируемого напряжения и обеспечивающие большую плотность теплового потока. При испытаниях тонкостенных подкрепленных конструкций, например, оболочки и шпангоута, тепловой поток, который необходимо подводить к поверхности объекта испытаний напротив шпангоута, будет больше в разы в зависимости от траектории полета. При теплопрочностных испытаниях в условиях высоких температур (более 1300 К) наиболее распространенные радиационные нагреватели на основе кварцевых ламп работают на пределе работоспособности. У таких нагревателей даже с индивидуальным источником напряжения в этом случае нет необходимого многократного запаса по тепловому потоку.

Известен стенд тепловых испытаний конструкций летательных аппаратов с радиационными нагревателями [RU 2037979 C1, H05B 3/06, 11.01.82 (19.06.95)], на котором перед основными нагревателями напротив наиболее теплонапряженных мест объекта испытаний установлены дополнительные нагреватели на основе графитовых излучателей, закрепленные на жестких токоподводах и снабженные индивидуальным источником регулируемого напряжения. На стенде теплопрочностных испытаний кроме радиационных нагревателей присутствуют элементы системы нагружения силовыми нагрузками, прикладываемыми к поверхности объекта испытаний. Установка дополнительных нагревателей напротив поверхности объекта испытаний, особенно в труднодоступных местах, как стык консоли крыла с центропланом затруднительна.

Целью изобретения является максимальное приближение условий испытаний конструкций ЛА к натурным посредством более точного воспроизведения температур наиболее теплоемких, теплонапряженных и труднодоступных мест объекта испытаний.

Это достигается тем, что стенд снабжен дополнительными нагревателями в виде контактных нагревателей с резистивными элементами, прижимаемыми электрическими контактами непосредственно к электропроводящей поверхности наиболее теплонапряженных и теплоемких мест объекта испытаний, один из полюсов электрических контактов соединен общей шиной, резистивные элементы выполнены в виде двухслойного пакета электропроводящих частиц из высокотемпературных материалов, слой пакета, непосредственно прилегающий к объекту испытаний, обладает большим сопротивлением, а размеры пакета, частиц и степень их сжатия подбираются опытным путем.

На чертеже представлена схема стенда. Объектом испытаний 1 является отсек фюзеляжа с центропланом и консолью крыла 2. Объект испытаний через имитаторы 3 смежных отсеков закреплен к силовому порталу 4 стенда. Консоль крыла стыкуется к передней 5 и задней 6 балкам центроплана своими кронштейнами 7. Консоль нагружается системой нагружения 8 силовыми нагрузками посредством тяг, рычажек и гидроцилиндров. Вокруг объекта испытаний расположены радиационные нагреватели 9. К электропроводящей поверхности наиболее теплоемких мест объекта испытаний, местам стыка передней 5 и задней 6 балок центропланов и кронштейнов 7 стыковки консоли прижаты контактные нагреватели 10 с помощью плюсовых 11 и минусовых 12 электрических контактов. Сами электрические контакты прижимаются хомутами через электроизоляторы (на чертеже не показаны). Плюсовые контакты нагревателей соединены общей шиной 13. Электрическое сопротивление шины намного меньше электрического сопротивления корпуса объекта испытаний между местами установки однополюсных контактов. Контактные нагреватели снабжены индивидуальными регулируемыми источниками напряжения 14, полюса которых гальванически развязаны с массой стенда. Контактный нагреватель имеет резистивный элемент, выполненный в виде двухслойного пакета из электропроводящих частиц. Слой 15 пакета, непосредственно прилегающий к электропроводящей поверхности наиболее теплоемких мест объекта испытаний, в данном случае мест стыковки консоли крыла к балкам центроплана, обладает большим сопротивлением по сравнению со вторым слоем 16 пакета. В качестве электропроводящих частиц могут быть применены, например, волокна из тугоплавких металлов или углерода, направленные параллельно нагреваемой поверхности и перпендикулярно току, проходящему через резистивный элемент. При таком расположении частиц сопротивление резистивного элемента определяется в основном переходными сопротивлениями между контактирующими поверхностями частиц и многократно превышает сопротивление, определяемое материалом частиц. Необходимые размеры пакета резистивного элемента, размеры частиц и степень их сжатия определяются опытным путем. Для контроля температур и управления режимами нагрева на объект испытаний в соответствующих местах установлены датчики температуры 17, например термопары.

Предлагаемый стенд теплопрочностных испытаний работает следующим образом. В процессе испытания система нагружения 8 прикладывает по программе силы к консоли крыла 2. Одновременно радиационные нагреватели 9 по программе нагревают поверхности объекта испытаний. Теплоемкие и труднодоступные места объекта испытаний, а именно места стыка передней 5 и задней 6 балок центропланов и кронштейнов 7 стыковки консоли, нагреваются дополнительными контактными нагревателями. Основное тепловыделение в резистивных элементах происходит вблизи и на поверхности нагреваемых мест объекта испытаний. В слое резистивного элемента, прилегающего к электрическому контакту, выделяется значительно меньшее количество тепла, что препятствует его расплавлению. Шина, объединяющая плюсовые контакты, минимизирует неконтролируемые токи через корпус испытуемой конструкции между непарными плюсовыми и минусовыми контактами. Например, между плюсовым контактом передней балки центроплана и минусовым контактом задней балки центроплана.

На дополнительные контактные нагреватели подается автоматически регулируемое напряжение, чтобы обеспечить с требуемой точностью нагрев наиболее теплоемких и теплонапряженных мест объекта испытаний.

Предлагаемый стенд теплопрочностных испытаний обеспечивает проведение прочностных испытаний с нагревом теплоемких и теплонапряженных труднодоступных мест объектов испытаний вплоть до температур плавления стальных конструкций с выделением удельного теплового потока более 2000 кВт/м².

Изобретение относится к области прочностных испытаний конструкций летательных аппаратов (ЛА) с тепловым и силовым нагружением. Cтенд теплопрочностных испытаний содержит радиационные нагреватели, дополнительные нагреватели в районе наиболее теплонапряженных и теплоемких мест объекта испытаний (ОИ), снабженные индивидуальными источниками регулируемого напряжения, и систему силового нагружения. Дополнительные нагреватели выполнены в виде контактных нагревателей с резистивными элементами, прижимаемыми электрическими контактами непосредственно к электропроводящей поверхности наиболее теплонапряженных и теплоемких мест ОИ, а один из полюсов электрических контактов соединен общей шиной. Резистивные элементы выполнены в виде двухслойного пакета электропроводящих частиц из высокотемпературных материалов, переходные сопротивления между которыми в основном и определяют общее электрическое сопротивление резистивного элемента. Слой пакета, непосредственно прилегающий к объекту испытаний, обладает большим сопротивлением, а размеры пакета, частиц и степень их сжатия определяются опытным путем. Технический результат заключается в обеспечении необходимой температуры наиболее теплонапряженных и теплоемких мест ОИ, чем обеспечивается большее приближение условий испытаний к натурным. 1 ил.

Стенд теплопрочностных испытаний, содержащий радиационные нагреватели, дополнительные нагреватели, снабженные индивидуальными источниками регулируемого напряжения, и систему силового нагружения, отличающийся тем, что дополнительные нагреватели выполнены в виде контактных нагревателей с резистивными элементами, прижимаемыми электрическими контактами непосредственно к электропроводящей поверхности наиболее теплонапряженных и теплоемких мест объекта испытаний, один из полюсов электрических контактов соединен общей шиной, резистивные элементы выполнены в виде двухслойного пакета электропроводящих частиц из высокотемпературных материалов, слой пакета, непосредственно прилегающий к объекту испытаний, обладает большим сопротивлением, а размеры пакета, частиц и степень их сжатия определяются опытным путем.