Стенд для испытаний конструкций летательных аппаратов на совместное действие тепловых и механический нагрузок Российский патент 2023 года по МПК G01M7/00 G01M17/00 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в обеспечении наземных испытаний конструкций летательных аппаратов, подвергающихся в процессе эксплуатации действию аэродинамических тепловых нагрузок и последующему действию механических нагрузок от взрывной волны, потока излучения или частиц различной физической природы.

Наибольшую опасность для конструкций летательных аппаратов представляет совместное термомеханическое действие рентгеновского излучения взрыва, которое вызывает неравномерный нагрев по толщине слоев преграды и создает внешний механический импульс давления [1].

В настоящее время известно устройство, реализуемое в способе воспроизведения термомеханического действия рентгеновского излучения на конструкционные материалы [2]. Указанный технический результат достигается тем, что предварительно проводят поверхностный нагрев образца нагревателем, после чего воспроизводят механический импульс давления контактным электрическим взрывом фольги. Устройство позволяет воспроизводить совместное действие только на образцы материалов.

Известен стенд для испытаний изделий на теплостойкость [3]. Стенд содержит нагреватель и снабжен средством подвода нагревателя, выполненным в виде ложемента с опорами для закрепления в нем испытываемого изделия и возможностью поворота его относительно своей продольной оси, при этом изделие размещают таким образом, чтобы тепловому воздействию подвергались последовательно определенные участки боковой поверхности изделия. Недостатком стенда является возможность моделирования только тепловых нагрузок в заданной зоне испытываемой конструкции без воспроизведения внешнего механического импульса давления. Известен также стенд для испытаний конструкций на прочность к действию ударных нагрузок ядерного взрыва, содержащий размещаемые снаружи от объекта теплоэлектрические нагревательные элементы (ТЭН-элементы) для разогрева испытываемой конструкции и подвижную платформу, смещающую нагреватель в горизонтальной плоскости, перед последующим воздействием ударной волны от взрывного генератора, располагаемого над конструкцией [4]. Данное техническое решение является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом). Недостатками прототипа является длительный нагрев конструкции с равномерным профилем температуры по ее толщине, при этом данный вид испытаний является необходимым при создании средств защиты многих типов летательных аппаратов.

Технический результат изобретения направлен на адекватное воспроизведение разогрева конструкций перед механическим воздействием и создание условий испытаний, максимально приближенных к эксплуатационным.

Технический результат достигается тем, что стенд содержит узел крепления конструкций с пружинным поворотным механизмом для их разворота вокруг продольной оси на 180 градусов, модуль нагрева из гибкого листового пиротехнического состава, взрывной генератор ударной волны в виде эквидистантно-поверхностного (равноудаленного от конструкции) заряда из листового взрывчатого вещества, систему регистрации испытательной нагрузки (температура, механический импульс давления) дистанционным пирометром и маятниковым измерительным устройством.

Новизна заявляемого изобретения заключается в обеспечении максимально приближенных к уровню эксплуатационных нагрузок летательных аппаратов путем совместного функционирования модуля пиротехнического нагрева и взрывного генератора в рамках единой конструкции стенда.

Схема стенда представлена на фиг. 1 и состоит из нескольких элементов: узла крепления 1, испытываемой конструкции 2, модуля нагрева 3, взрывного генератора ударной волны 4 с каркасом для его закрепления 5, системы регистрации испытательной нагрузки пирометром 6 и маятниковым измерительным устройством 7, пружинного поворотного механизма 8 со стопором 9 и ограничителем поворота 10.

Работа стенда происходит следующим образом. Предварительно испытываемую конструкцию 2 закрепляют на узле крепления 1 маятникового измерительного устройства 7 и устанавливают с одной стороны конструкции 2 модуль нагрева 3, а с другой стороны на каркасе 5 взрывной генератор ударной волны 4, а затем инициируют воспламенителем пиротехнического состава заряда модуля нагрева 3, который при сгорании нагревает боковую поверхность конструкции 2. При достижении требуемого разогрева срабатывает электромагнит стопора 9 пружинного поворотного механизма 8, который разворачивает испытываемую конструкцию 2 на 180 градусов относительно ее продольной оси в положение, для которого нагретая зона находится напротив взрывного генератора 4. Как только новое положение фиксируется ограничителем поворота 10 подается сигнал на подрыв взрывного генератора 4 и воздействие ударной волны на нагретую зону испытываемой конструкции 2. Особенностью стенда является то, что он позволяет производить нагрев конструкции (имитируется тепловое действие потока излучения), чем обеспечивается ее приведение в термонапряженное состояние, а затем механическое нагружение ударной волной от взрыва генератора с пространственно-разнесенным эквидистантным зарядом взрывчатого вещества (воспроизводится механическое действие излучения), при этом проводится регистрация в ходе испытаний параметров нагружения (температуры нагрева пирометра 6 и механического импульса давления по углу отклонения баллистического маятника а) маятниковым измерительным устройством 7. Преимуществом стенда является контроль воспроизводимых параметров тепловых и механических нагрузок в ходе испытаний с использованием бесконтактного способа измерения температуры пирометром и применение баллистического метода для регистрации воспроизводимого импульса давления. Это принципиально важно, поскольку воспроизводимость температуры нагрева и взрывного механического импульса давления имеет разброс. Работа стенда апробировалась на комплексе взрывного нагружения «Бронекамера» и продемонстрировала преимущества пиротехнического нагрева: высокую скорость энергии и передачи нагреваемой конструкции, нагрев конструкционных материалов до их плавления (изменения фазового состояния). Показана возможность разогрева конструкций до температур от 100 до 3000 градусов за время 1-10 сек за счет изменения толщины и рецептуры пиротехнического состава. Параметры механического импульса давления Q (длительность, импульс) изменялись за счет отнесения эквидистантно-поверхностного заряда от поверхности испытываемых конструкций и использованием листового взрывчатого вещества разной толщины. Стенд с помощью контактного пиротехнического нагрева преград обеспечивает формирование температурных полей в материалах, фрагментах и конструкциях летательных аппаратов. Стенд является универсальным средством создания динамического нагрева и импульсных давлений с использованием новейших технологий (позволяет воспроизводить однократное тепловое, однократное механическое воздействие или совместное тепломеханическое действие) и существенно расширяет возможности наземной стендовой отработки летательных аппаратов, имеющих сложную форму. Стенд востребован в материаловедении и может быть использован в технике прочностных испытаний нагретых преград (материалов и конструкций) на действие импульсных нагрузок разной интенсивности микросекундной длительности.

Источники информации

1. Любомудров А.А. «Теоретические основы физических процессов ядерного взрыва», М, Физматлит, 2017, 320 стр.

2. Патент №2366947 от 11.07.2008 г. «Способ имитации термомеханического действия рентгеновского излучения ядерного взрыва на образцы конструкционных материалов».

3. Патент №2085897 от 7.09.1994 г. «Стенд для испытаний изделий на теплостойкость».

4. Книга Физика ядерного взрыва, том. 3 Воспроизведение факторов взрыва / М., Физматлит, 2013, 472 с, стр. 376-377.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в обеспечении наземных испытаний конструкций летательных аппаратов, подвергающихся в процессе эксплуатации действию аэродинамических тепловых нагрузок и последующему действию механических нагрузок от взрывной волны, потока излучения или частиц различной физической природы. Устройство содержит узел крепления конструкций с пружинным поворотным механизмом для их разворота вокруг продольной оси на 180 градусов, модуль нагрева из гибкого листового пиротехнического состава, взрывной генератор ударной волны в виде эквидистантно-поверхностного (равноудаленного от конструкции) заряда из листового взрывчатого вещества, систему регистрации испытательной нагрузки. Технический результат заключается в возможности адекватного воспроизведения разогрева конструкций перед механическим воздействием и создание условий испытаний, максимально приближенных к эксплуатационным. 1 ил.

Стенд для испытаний конструкций летательных аппаратов на совместное действие тепловых и механических нагрузок, содержащий узел крепления конструкций, модуль нагрева, взрывной генератор ударной волны, систему регистрации испытательной нагрузки, отличающийся тем, что узел крепления конструкций снабжен пружинным поворотным механизмом для их разворота вокруг продольной оси на 180 градусов, модуль нагрева выполнен из гибкого листового пиротехнического состава, а взрывной генератор в виде эквидистантно-поверхностного заряда из листового взрывчатого вещества, система регистрации испытательной нагрузки включает дистанционный пирометр и маятниковое измерительное устройство.