Способ теплопрочностных испытаний керамических обтекателей Российский патент 2020 года по МПК G01N3/00 G01N25/00 F42B15/00 

Изобретение относится к испытательной технике, преимущественно к технике проведения тепловых испытаний керамических обтекателей ракет при комбинированном воздействии тепла и силовой нагрузки.

В технике известны способы задания тепловых режимов при испытаниях ракетных обтекателей путем регулирования теплового потока, падающего на поверхность конструкции ( А.Н.Баранов, Л.Г.Белозеров, Ю.С.Ильин, В.Ф.Кутьинов. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. -М.: Машиностроение. - 1974. – 344 с.). В этом способе точность задания температурного поля ограничена размерами инфракрасных нагревателей.

Для таких нагревателей при наборе зон нагрева изделий сложной формы наблюдаются скачки температуры на границах зон. Кроме того на открытых участках нагревателей (особенно снизу) наблюдается снижение температуры на наружной поверхности испытуемого изделия.

Известны много способов воспроизведения комбинированного воздействия на головную часть ракеты: нагрев + статическое силовое нагружение – патенты РФ № 999029, №2451971,№2534362, №2632031 №2626406; нагрев + вибрационное воздействие – патент РФ на полезную модель №136571, МПК G01M 7/04, опубликовано 10.01.2014.

Большинство известных способов воспроизведения аэродинамического нагрева с синхронным заданием силовой нагрузки (статическое или динамическое) содержат устройства воспроизведения нагрева по заданной программе и устройства приложения силовой нагрузки.

В способах нагрева с синхронным заданием статической нагрузки, задание комбинированного режима заключается в синхронизации нагрева и силы во времени, например способы, реализованные в патентах РФ №2451971,№2534362, №2632031 №2626406.

В способах с заданием вибрационной нагрузки сложилась следующая практика: вибростенд или его часть, практически, помещается в термокамере, например патент РФ №136571. В этом случае воспроизведение аэродинамического нагрева скоростных управляемых ракет ограничено инерционностью термокамеры, кроме того эти средства воспроизведения комбинированного воздействия громоздки и имеют высокую себестоимость.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ воспроизведения аэродинамического нагрева по патенту РФ №2632031. В этом техническом решении нагрев наружной поверхности осуществляется пропусканием электрического тока через нагреватели, расположенные к наружной поверхности с зазором, причем зоны нагрева составляют единое целое и являются составной частью тракта удаления газовой смеси, которая используется для задания участков режима с отрицательным темпом нагрева. Средства воспроизведения нагрева по патенту №2632031 просты по конструкции и имеют малый вес. Кроме того отражательные экраны выполнены из теплоизолирующего материала с низкой теплопроводностью, что позволяет эффективно использовать потребляемую энергию для нагрева. Перечисленные достоинства дают возможность применить техническое решение по патенту РФ №2632031 как составной частью способа теплопрочностных испытаний керамических обтекателей при синхронном воспроизведении аэродинамического нагрева и вибрации. К недостаткам прототипа можно отнести узкий диапазон задания параметров газовой смеси для задания отрицательных темпов нагрева. Кроме того, для применения технического решения по патенту РФ №2632031 при синхронном задании нагрева и вибрации нет средств защиты от перегрева элементов вибростенда.

Целью предлагаемого технического решения является расширение функциональных параметров испытательного оборудования при воспроизведении аэродинамического нагрева обтекателей ракет.

Эта цель достигается тем, что предложен способ тепловых испытаний керамических обтекателей, включающий нагрев обтекателя, измерение температуры и подачу газовой смеси в направлении от вершины к торцу обтекателя и со стороны зон нагрева в направлении нормали к поверхности обтекателя, отличающийся тем, что одновременно с нагревом к обтекателю, установленному на подвижном столе вибростенда, прикладывают силовое нагружение в виде вибрационного воздействия, а газовую смесь со стороны вершины обтекателя подают между наружной поверхностью обтекателя и нагревателем с регулируемой температурой (-50-100)°С и влажностью (20-100)%, в плоскости монтажа обтекателя на вибростенд устанавливают гибкую тонкостенную теплоизолирующую мембрану, разделяющую зону нагрева между обтекателем и вибростендом, причем края мембраны соединяют с неподвижной частью вибростенда, а переходник, соединяющий обтекатель с вибростендом охлаждают.

В действительности, учитывая малый вес нагревателей, которые применяются для реализации способа по патенту РФ №2632031 их можно установить на демпфирующих опорах на неподвижную часть вибростенда таким образом, чтобы был зазор между подвижном столе вибростенда вибростолом и нижним торцом нагревателя с возможностью установки экрана из гибкого несгораемого материала для защиты элементов вибростенда от перегрева.

На фигуре приведена схема реализации предложенного способа, где обтекатель 1 монтируется на подвижный стол вибростенда 2 через переходник 3, соединенный с подвижной катушкой 4, которая соединена через гибкую мембрану 5 с неподвижной частью вибростенда 6, на которой через демпфирующие опоры монтируется нагреватель, состоящий из теплоизолирующего корпуса 7 (внутренняя поверхность, которого эквидистантна наружной поверхности обтекателя 1) и излучателей 8, а в верхней части теплоизолированного корпуса 7 смонтирован раструб 9, который соединен с установкой для задания параметров газовой смеси причем для защиты подвижного стола 2, переходника 3, подвижной катушки 4 и других элементов вибростенда верхняя часть переходника 3 соединена с краем неподвижной частью 6 конусом 10, выполненного из гибкого несгораемого материала, а вся установка в целом монтируется через основание 11 на фундаменте 12.

Пример 1.

В климатической камере ТСС 7200 формируется газовая (воздушная) смесь с требуемыми параметрами (температура -40°С, влажность 20%), которая отбирается из нее с помощью откачивающего насоса и подается по трубопроводу в полость между наружной поверхностью обтекателя и поверхностью нагревателя. Производительностью откачивающего насоса контролируется поддержание требуемых значений температуры и влажности, которые измеряются на выходе трубопровода.

Пример 2.

В климатической камере ТСС 7200 формируется газовая (воздушная) смесь с требуемыми параметрами (температура +80°С, влажность 80%), которая отбирается из нее с помощью откачивающего насоса и подается по трубопроводу в полость между наружной поверхностью обтекателя и поверхностью нагревателя. Производительностью откачивающего насоса контролируется поддержание требуемых значений температуры и влажности, которые измеряются на выходе трубопровода.

Предлагаемое техническое решение может быть использовано для расширения функциональных возможностей, имеющихся в наличии, испытательного оборудования для наземной отработки обтекателей скоростных управляемых ракет.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к проведению тепловых испытаний керамических обтекателей. Способ тепловых испытаний керамических обтекателей включает нагрев обтекателя, измерение температуры и подачу газовой смеси. Смесь подается в направлении от вершины к торцу обтекателя и со стороны зон нагрева в направлении нормали к поверхности обтекателя. Одновременно прикладывают силовое нагружение в виде вибрационного воздействия. Газовую смесь со стороны вершины обтекателя подают между наружной поверхностью обтекателя и нагревателем с регулируемой температурой (-50-100)°С и влажностью (20-100)%. В плоскости монтажа обтекателя на вибростенд устанавливают гибкую тонкостенную теплоизолирующую мембрану, разделяющую зону нагрева между обтекателем и вибростендом. Достигается расширение функциональных параметров испытательного оборудования. 1 ил.

Способ теплопрочностных испытаний керамических обтекателей, включающий нагрев обтекателя, измерение температуры и подачу газовой смеси в направлении от вершины к торцу обтекателя и со стороны зон нагрева в направлении нормали к поверхности обтекателя, отличающийся тем, что одновременно с нагревом к обтекателю, установленному на вибростенде, прикладывают силовое нагружение в виде вибрационного воздействия, а газовую смесь со стороны вершины обтекателя подают между наружной поверхностью обтекателя и нагревателем с регулируемой температурой (-50-100)°С и влажностью (20-100)%, в плоскости монтажа обтекателя на вибростенд устанавливают гибкую тонкостенную теплоизолирующую мембрану, разделяющую зону нагрева между обтекателем и вибростендом, причем края мембраны соединяют с неподвижной частью вибростенда, а переходник, соединяющий обтекатель с вибростендом, охлаждают.