Способ статических испытаний керамических обтекателей Российский патент 2023 года по МПК G01M9/04 G01N25/72 

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (далее - ЛА), а именно к воспроизведению тепловых и силовых режимов головной части (обтекатель) ракеты в наземных условиях.

Известно, что слабым местом керамического обтекателя является узел клеевого соединения металлического шпангоута с керамической оболочкой.

При тепловых испытаниях керамическая оболочка может разрушится от силового взаимодействия с металлическим шпангоутом из-за разности температурных коэффициентов линейного расширения (далее - ТКЛР) металла и керамики. Кроме того, обтекатель может разрушиться из-за дефектов, которые могут образоваться в процессе производства обтекателя. Например, при полной механической обработке наружной поверхности керамической оболочки режущим инструментом (алмазными кругами), полученная продольная царапина стеклорезом снижает ее прочность почти в два раза. Это повышает требования к контролю реакции обтекателя в процессе теплового и силового нагружения.

Известны способы статических и теплопрочностных испытаний керамических обтекателей ракет, которые дают возможность оценить прочность конструкции обтекателя (патент РФ № 2571442, МПК G01N25/72, G01M9/04, опубл. 20.12.2015; патент РФ № 2534362, МПК G01M9/04, опубл. 27.11.2014; патент РФ № 2517790, МПК G01M9/04, G01N25/72 опубл. 27.05.2014).

Недостатком перечисленных способов является то, что оценка прочности обтекателя в процессе испытания практически не проводится, поэтому оценка, в основном, осуществляется по двух бальной системе: разрушился в процессе воспроизведения режима испытании или нет. Это связано с отсутствием надежных технических способов оценки реакции конструкции обтекателя в процессе нагружения.

Наиболее близким по технической сущности является способ тепловых испытаний керамических обтекателей ракет, который включает нагрев и приложение силовой нагрузки (патент РФ № 2637176, МПК G01N 3/18, , опубл. 30.11.2017).

Недостатком, так же как и у аналогов, является отсутствие технических средств оценки реакции всей конструкции на тепловое и силовое воздействие.

Техническим результатом заявляемого изобретения является контроль отклонения носка в процессе статических и теплопрочностных испытаний на натурных обтекателях

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ статических испытаний керамических обтекателей, включающий нагрев поверхности обтекателя и приложение к нему силовой нагрузки, отличающийся тем, что в процессе силового и теплового нагружения обтекателя оценивают отклонение носка относительно его торца с помощью промежуточного упругого элемента, выполненного в виде тонкой штанги, верхний конец которой упирается во внутреннюю носовую часть обтекателя, а нижний конец жестко соединен с тензоэлементом, который регистрирует механическую деформацию в плоскости прогиба штанги, причем верхняя часть тензоэлемента снабжена устройством задания диапазона измерения отклонения верхнего конца штанги.

Способ иллюстрирует схема, представленная на фигуре.

На схеме цифрой 1 обозначен тензоэлемент, который монтируется в плоскости торца обтекателя 5 на крестовине 3. В тензоэлемент 1 монтируется упругая штанга 2, таким образом, чтобы при упоре верхнего конца штанги во внутреннюю носовую часть обтекателя 5 нижний конец был жестко связан с тензоэлементом 1 крепежом 4, таким образом, чтобы ось симметрии тензоэлемента 1 совпала с осью испытуемого обтекателя 5, когда поперечная силовая нагрузка на него равна нулю. На фигуре цифрой 6 обозначен металлический шпангоут и клеевое соединение 7 шпангоута 6 с оболочкой обтекателя 5. Когда к испытуемому обтекателю 5 прилагается силовая нагрузка, место касания верхнего конца штанги 2 к стенке обтекателя 5 перемещается. В этом случае на выходе тензометра 1 появляется сигнал D,

пропорциональный отклонению верхнего конца штанги 2.

В действительности зависимость уровня сигнала D на выходе тензоэлемента 1 от отклонения верхнего конца упругого стержня вытекает из системы зависимостей:

где , - коэффициенты пропорциональности; - величина силы, с которой стенка керамической оболочки в зоне носка давит на верхний конец упругой штанги 2.

Из (1) и (2) находим, что уровень сигнала D на выходе тензоэлемента прямо пропорционален величине отклонения верхнего конца упругой штанги при упоре в стенку обтекателя вблизи его носка(см. рисунок 1) т.е.

Результаты исследований на натурных обтекателях различного назначения подтверждают возможность применения предложенного способа для контроля отклонения носка в процессе статических и теплопрочностных испытаний.

Способ экспериментально отработан и применяется при контроле реакции натурных керамических обтекателей в процессе наземных статических испытаний.

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов, а именно к воспроизведению тепловых и силовых режимов головной части (обтекатель) ракеты в наземных условиях. Способ включает нагрев поверхности обтекателя и приложение к нему силовой нагрузки. В процессе силового и теплового нагружения обтекателя оценивают отклонение носка относительно его торца с помощью промежуточного упругого элемента, выполненного в виде тонкой штанги. Верхний конец штанги упирается во внутреннюю носовую часть обтекателя, а нижний конец жестко соединен с тензоэлементом, который регистрирует механическую деформацию в плоскости прогиба штанги. При этом верхняя часть тензоэлемента снабжена устройством задания диапазона измерения отклонения верхнего конца штанги. Технический результат заключается в возможности контроля отклонения носка в процессе статических и теплопрочностных испытаний на натурных обтекателях. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ статических испытаний керамических обтекателей, включающий нагрев поверхности обтекателя и приложение к нему силовой нагрузки, отличающийся тем, что в процессе силового и теплового нагружения обтекателя оценивают отклонение носка относительно его торца с помощью промежуточного упругого элемента, выполненного в виде тонкой штанги, верхний конец которой упирается во внутреннюю носовую часть обтекателя, а нижний конец жестко соединен с тензоэлементом, который регистрирует механическую деформацию в плоскости прогиба штанги, причем верхняя часть тензоэлемента снабжена устройством задания диапазона измерения отклонения верхнего конца штанги.

2. Способ статических испытаний керамических обтекателей по п.1, отличающийся тем, что тензоэлемент может быть снабжен системой водяного или воздушного охлаждения.

3. Способ статических испытаний керамических обтекателей по п.1, отличающийся тем, что тензоэлемент может быть помещен в теплоизолирующую камеру.

4. Способ статических испытаний керамических обтекателей по п.1, отличающийся тем, что тензоэлемент может быть снабжен стеклопластиковым корпусом для защиты от механических повреждений.