Установка теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов Российский патент 2022 года по МПК G01L5/16 G01M5/00 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к оборудованию для статических и повторно-статических испытаний обтекателей из неметаллических материалов, а также других изделий авиационной и ракетной техники.

Статические испытания изделий проводят на специальных стендах, позволяющих закреплять изделия в заданных положениях, воспроизводить нагрузки, производить контроль и регистрацию сил, моментов, деформаций, наблюдать за объектом испытаний и давать оценку его состояния в процессе нагружения (Ищенко В.В. Испытания установок вооружения летательных аппаратов. –М.: Изд-во МАИ, 1999. -87 с.). В состав оборудования входят силовая оснастка (в виде силовых пола, потолка и железобетонных колонн), силовозбудители в виде гидравлических цилиндров, измерители силы, обычно тензометры, и рычажные системы с тросами, передающими нагрузку на объект. Рычажные системы служат для объединения элементарных сил (воздействующих непосредственно на объект) в равнодействующую силу, задаваемую силовозбудителем. В большинстве установок для воспроизведения силовой нагрузки применяются гидроцилиндры, например, в технических решениях по авторским свидетельствам СССР № 134063, № 597935, № 505924, а также в патентах РФ на полезную модель № 65225, № 118751, № 52480, № 74470 и в патенте РФ на изобретение № 2199100.

Конструкции перечисленных установок жестко связана с особенностями испытуемых изделий. Кроме того, все испытания проводятся без учета изменения температурного состояния объекта испытаний (при комнатной температуре). Этот факт ограничивает их применение при отработке конструкции обтекателей скоростных ракет, особенно обтекателей из хрупких материалов. Для проведения повторно-статических испытаний таких объектов необходимо воспроизводить и циклическое воздействие тепловой нагрузки, изменение которой существенно отличается от циклограммы силовой нагрузки. Отработка таких режимов возможна в стендах для проведения теплопрочностных испытаний, например, в стенде теплопрочностных испытаний (Баранов А.Н. Теплопрочностные испытания летательных аппаратов. -М.: Издат. отдел ЦАГИ, 1999, - 103 с.) или в стенде по патенту РФ №2519053 «Стенд теплопрочностных испытаний», МПК G01M 5/00, опуб. 10.06.2014.

Недостатком таких стендов является то, что они обладают малой гибкостью. В основном, привязаны к конкретной конструкции и программе испытаний. Для массового производства элементов летательных аппаратов это плюс, а для испытаний широкой номенклатуры изделий, отличающиеся геометрическими размерами и программами испытаний недостаток.

Наиболее близким по технической сущности является техническое решение по патенту РФ №2249196 «Способ испытания на прочность оболочки типа тела вращения», МПК G01N 3/08, опуб. 27.03.2005. В этом решении нагружение оболочки обтекателя осуществляют посредством действия 4-ех сил, векторы, которых направлены от оси оболочки и проходят по линиям пересечения плоскости перпендикулярной оси вращения оболочки с двумя взаимоперпендикулярными плоскостями, проходящими через ось вращения оболочки.

Задачей предполагаемого изобретения является создание компактной установки, которая обладает повышенной надежностью и простотой за счет применения пневмоцилиндров.

Технический результат достигается тем, что предложена установка теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов, содержащая содержащая обтекатель, установленный на каркасе, четыре силовозбудителя для нагружения обтекателя в поперечном направлении посредством действия четырех сил и датчики измерения силы, отличающаяся тем, что силовозбудители установлены в вертикальных колонах каркаса и связаны с блоками для дополнительного приложения силы и в продольном направлении, снаружи обтекателя в зоне нагрева нагревательных панелей установлены два отражающих экрана, поверхность которых эквидистантна либо не эквидистантна поверхности обтекателя, с возможностью их стыковки, область которой проходит через одну из взаимно перпендикулярных плоскостей, а управление силовым нагружением и нагревом осуществляется системой автоматического управления.

2. Установка теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов по п.1, отличающаяся тем, что каркас выполнен в виде двух рам, плоскости симметрии которых пересекаются по оси симметрии испытуемого обтекателя.

3. Установка теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов по п.1, отличающаяся тем, что колонны и поперечные балки силового каркаса выполнены в виде двух параллельно расположенных швеллеров на расстоянии, достаточном для монтажа силовозбудителей.

4. Установка теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве силовозбудителей можно применить пневмоцилиндры, гидроцилиндры или электроцилиндры.

Анализ известных конструкций установок для теплопрочностных и повторно-статических испытаний изделий типа тел вращения позволяет констатировать, что для максимального приближения к реальному напряженно-деформированному состоянию обтекателя в полете, установка для испытания в наземных условиях должна содержать три взаимоперпендикулярных компонента силовой нагрузки: продольная составляющая, совпадающая с осью симметрий обтекателя; не более двух поперечных составляющих в одном сечении и n сечений приложения силовой нагрузки для воспроизведения изгибающего момента, действующего на обтекатель. Исходя из вышеизложенного вывода, следует, что для воспроизведения силовой нагрузки силовой каркас должен содержать две взаимоперпендикулярные рамы, которые позволяют реализовать способ испытания на прочность обтекателей в форме оболочек типа тела вращения. В этом случае, если вертикальные колоны и верхние поперечные балки выполнить из двух, параллельно расположенных швеллеров, то в вертикальных колонах можно смонтировать силовозбудители, которые шарнирно соединяются с колонной, а усилие штоков силовозбудителей прикладываются к испытуемому обтекателю через тросы и рычажные системы.

Применение пневмоцилиндров для задания циклической силовой нагрузки дало возможность упростить схему силового нагружения. В этом случае не требуется гидростанция. В качестве силового элемента используется сжатый воздух из заводской сети. В случае отсутствия такой сети может использоваться передвижной компрессор, т.е. можно создать передвижные системы повторно-статических испытаний.

Для автоматического задания составляющих силовой нагрузки при использовании пневмоцилиндров по заданной программе используются пневмораспределители. В качестве способа регулирования используется широтно-импульсная модуляция сигнала рассогласования между заданным и фактическим уровнем силовой нагрузки.

На фиг. 1 приведен общий вид в изометрии установки для испытания обтекателей без нагревательных панелей и приложения продольной нагрузки.

На фиг. 2 представлен вид сбоку установки для испытаний.

Установка содержит силовой каркас 1. Испытуемый обтекатель 2 устанавливается на приспособление для монтажа изделия 3. Приложение нагрузки осуществляется силовозбудителями 4 с помощью тросов 5. В качестве силовозбудителей 4 могут быть использованы пневмоцилиндры, гидроцилиндры или электроцилиндры. Нагрев обтекателя производится нагревательными панелями 6, содержащими отражающие экраны 7. Оснастка для приложения силовой нагрузки состоит из рычажной системы 8 и насадки для приложения продольной силы 9. Поперечная и продольные силы задаются через блоки 10 соответственно.

Предлагаемая установка обеспечивает проведение теплопрочностных и повторно-статических испытаний конструкций летательных аппаратов с возможностью изменения направления приложения поперечной нагрузки для воспроизведения реальных условий эксплуатации.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к оборудованию для статических и повторно-статических испытаний обтекателей из неметаллических материалов, а также других изделий авиационной и ракетной техники. Установка содержит обтекатель, установленный на каркасе, четыре силовозбудителя для нагружения обтекателя в поперечном направлении посредством действия четырёех сил и датчики измерения силы. При этом силовозбудители установлены в вертикальных колоннах каркаса и связаны с блоками для дополнительного приложения силы и в продольном направлении. Снаружи обтекателя в зоне нагрева нагревательных панелей установлены два отражающих экрана, поверхность которых эквидистантна либо не эквидистантна поверхности обтекателя, с возможностью их стыковки, область которой проходит через одну из взаимно перпендикулярных плоскостей, а управление силовым нагружением и нагревом осуществляется системой автоматического управления. Технический результат заключается в повышении надежности и упрощении конструкции. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов, содержащая обтекатель, установленный на каркасе, четыре силовозбудителя для нагружения обтекателя в поперечном направлении посредством действия четырех сил и датчики измерения силы, отличающаяся тем, что силовозбудители установлены в вертикальных колоннах каркаса и связаны с блоками для дополнительного приложения силы и в продольном направлении, снаружи обтекателя в зоне нагрева нагревательных панелей установлены два отражающих экрана, поверхность которых эквидистантна либо не эквидистантна поверхности обтекателя, с возможностью их стыковки, область которой проходит через одну из взаимно перпендикулярных плоскостей, а управление силовым нагружением и нагревом осуществляется системой автоматического управления.

2. Установка теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов по п.1, отличающаяся тем, что каркас выполнен в виде двух рам, плоскости симметрии которых пересекаются по оси симметрии испытуемого обтекателя.

3. Установка теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов по п.1, отличающаяся тем, что колонны и поперечные балки силового каркаса выполнены в виде двух параллельно расположенных швеллеров на расстоянии, достаточном для монтажа силовозбудителей.

4. Установка теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве силовозбудителей можно применить пневмоцилиндры, гидроцилиндры или электроцилиндры.