RU172094U1 - DEVICE FOR MODELING NON-STATIONARY TEMPERATURE FIELD IN ELEMENTS OF STRUCTURES OF ROCKET TECHNOLOGY UNDER THE INFLUENCE OF POWERFUL HEAT FLOWS - Google Patents
DEVICE FOR MODELING NON-STATIONARY TEMPERATURE FIELD IN ELEMENTS OF STRUCTURES OF ROCKET TECHNOLOGY UNDER THE INFLUENCE OF POWERFUL HEAT FLOWS Download PDFInfo
- Publication number
- RU172094U1 RU172094U1 RU2017110859U RU2017110859U RU172094U1 RU 172094 U1 RU172094 U1 RU 172094U1 RU 2017110859 U RU2017110859 U RU 2017110859U RU 2017110859 U RU2017110859 U RU 2017110859U RU 172094 U1 RU172094 U1 RU 172094U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- materials
- heat
- temperature field
- assembly
- rocket technology
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
Abstract
Устройство для моделирования нестационарного температурного поля в элементах конструкций ракетной техники при воздействии мощных тепловых потоков относится к области приборостроения, применяется в экспериментальных исследованиях для моделирования нестационарного температурного поля в элементах конструкций ракетной техники, работающих короткое время в условиях высокотемпературного обтекания газовым потоком. Устройство позволяет моделировать нестационарное температурное поле в сборочных единицах сложной формы, состоящих из разнородных материалов, включающих внешнее теплозащитное покрытие, теплоизоляционный слой и стальной элемент конструкции, методом воздействия непрерывного лазера или окислительного потока от газокислородной горелки. Устройство включает в себя сборку материалов, идентичную сборке материалов в элементе конструкций ракетной техники, выполненную с сохранением технологии соединения материалов (например, склейка, напыление и т.п.) вдоль линии наибольшей плотности теплового потока в конструкции, заключенную в составную цилиндрическую оболочку фиксатора, выполненного в виде двух полуцилиндров из термостойкого материала на основе стабилизированного кубического диоксида циркония с малой теплопроводностью. Причем в фиксаторе выполнены радиальные отверстия для выхода излучения для определения динамики изменения температурного поля вдоль сборки материалов в процессе внешнего торцевого нагрева в любых точках. Технический результат - приближение экспериментальных условий к одномерной задаче распространения температурной волны, характерной для сложных изделий большого размера, когда площадь нагрева существенно превышает толщину изделия. 3 ил.A device for simulating an unsteady temperature field in structural elements of rocket technology when exposed to powerful heat fluxes belongs to the field of instrumentation; it is used in experimental studies to simulate a non-stationary temperature field in structural elements of rocket technology that work for a short time under conditions of high-temperature gas flow. The device allows you to simulate an unsteady temperature field in assemblies of complex shape, consisting of dissimilar materials, including an external heat-shielding coating, a heat-insulating layer and a steel structural element, by the action of a continuous laser or an oxidizing stream from a gas-oxygen burner. The device includes an assembly of materials identical to the assembly of materials in the structural element of rocket technology, performed while maintaining the technology of joining materials (for example, gluing, spraying, etc.) along the line of highest heat flux density in the structure, enclosed in a composite cylindrical shell of the retainer, made in the form of two half-cylinders made of heat-resistant material based on stabilized cubic zirconia with low thermal conductivity. Moreover, in the clamp, there are made radial openings for radiation exit to determine the dynamics of the temperature field changes along the assembly of materials in the process of external end heating at any points. The technical result is the approximation of experimental conditions to the one-dimensional problem of the propagation of a temperature wave characteristic of complex large-sized products, when the heating area significantly exceeds the thickness of the product. 3 ill.
Description
Предлагаемая полезная модель относится к области приборостроения, применяется в экспериментальных исследованиях для моделирования нестационарного температурного поля в элементах конструкций ракетной техники, работающих короткое время в условиях высокотемпературного обтекания газовым потоком. Полезная модель позволяет моделировать нестационарное температурное поле в сборочных единицах сложной формы, состоящих из разнородных материалов, включающих внешнее теплозащитное покрытие, теплоизоляционный слой и стальной элемент конструкции, методом воздействия непрерывного лазера или окислительного потока от газокислородной горелки.The proposed utility model relates to the field of instrumentation and is used in experimental studies to simulate an unsteady temperature field in rocket engineering structural elements that work for a short time under conditions of high-temperature gas flow. The utility model makes it possible to simulate an unsteady temperature field in assembly units of complex shape, consisting of dissimilar materials, including an external heat-shielding coating, a heat-insulating layer and a steel structural element, by the action of a continuous laser or an oxidizing stream from a gas-oxygen burner.
В настоящее время воспроизведение теплового воздействия, которое ракета испытывает в полете, осуществляется в различных установках: аэродинамических трубах, баллистических установках, плазменных установках, стендах на основе сжигания топлива, стендах радиационного нагрева [1, 2]. Известны различные способы моделирования нестационарного температурного поля в конструкциях ракетной техники, работающих короткое время в условиях высокотемпературного обтекания газовым потоком, например способ тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов (RU 2571442 С1, 20.12.2015). Его недостатком является необходимость испытывать целые конструкции ракетной техники и невозможность для получения достоверных результатов использовать элементы этих конструкций.Currently, the reproduction of the thermal effect that the rocket experiences in flight is carried out in various installations: wind tunnels, ballistic installations, plasma installations, stands based on fuel combustion, stands for radiation heating [1, 2]. There are various methods for simulating an unsteady temperature field in rocket structures that work for a short time in conditions of high temperature gas flow, for example, a method for thermal testing of rocket fairings made of non-metallic materials (RU 2571442 C1, 12/20/2015). Its disadvantage is the need to test entire designs of rocketry and the inability to use the elements of these structures to obtain reliable results.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ определения теплофизических характеристик (SU 1406469 А1, 30.06.1988), в котором осуществляют односторонний подвод тепла к плоскому образцу, что позволяет испытывать теплофизические характеристики твердых материалов. Его недостатками являются необходимость поддержания постоянной разницы температур по толщине образца и невозможность проведения высокотемпературных испытаний.Closest to the claimed technical solution is a method for determining thermophysical characteristics (SU 1406469 A1, 06/30/1988), in which one-way heat is supplied to a flat sample, which allows testing the thermophysical characteristics of solid materials. Its disadvantages are the need to maintain a constant temperature difference across the thickness of the sample and the inability to conduct high-temperature tests.
Известны устройства, в которых изделия подвергаются высокотемпературному воздействию, например устройство для крепления образцов при высокотемпературных испытаниях (SU 1067399 С1, 15.01.1984).Known devices in which products are exposed to high temperature, for example, a device for attaching samples during high temperature tests (SU 1067399 C1, 01/15/1984).
Общеизвестно, что изделия сложной формы возможно изготавливать из бетона.It is well known that products of complex shape can be made of concrete.
Известно [3], что существует класс жаропрочных бетонов.It is known [3] that there is a class of heat-resistant concrete.
Известна огнеупорная бетонная смесь (RU 2331617 С2, 20.08.2008), предназначенная для изготовления футеровок и содержащая андалузитовый заполнитель, реактивный глинозем, высокоглиноземистый цемент, тонкодисперсный кремнезем, триполифосфат натрия и лимонную кислоту. Ее недостатком является то, что рабочий диапазон огнеупорного бетона, полученного из указанной огнеупорной бетонной смеси не превышает 1600°С.Known refractory concrete mix (RU 2331617 C2, 08.20.2008), intended for the manufacture of linings and containing andalusite aggregate, reactive alumina, high alumina cement, fine silica, sodium tripolyphosphate and citric acid. Its disadvantage is that the working range of refractory concrete obtained from the specified refractory concrete mixture does not exceed 1600 ° C.
Известен термостойкий диоксидциркониевый бетон гидратационного твердения с рабочей температурой до 2500°С [4], использование которого позволяет изготавливать изделия сложной формы, не требующие ни обжига для спекания, ни термообработки.Known heat-resistant zirconia concrete hydration hardening with a working temperature of up to 2500 ° C [4], the use of which allows us to produce products of complex shape that do not require either firing for sintering, or heat treatment.
Задачами, на решение которой направлена полезная модель, являются увеличение рабочей температуры держателей и приближение экспериментальных условий к одномерной задаче распространения температурной волны, характерной для сложных изделий большого размера, когда площадь нагрева существенно превышает толщину изделия.The tasks to which the utility model is directed are to increase the working temperature of the holders and to bring the experimental conditions closer to the one-dimensional problem of the propagation of a temperature wave, characteristic of complex large-sized products, when the heating area significantly exceeds the thickness of the product.
Технический результат обеспечивается за счет использования в конструкции полезной модели фиксатора, изготовленного из термостойкого стабилизированного кубического диоксида циркония с малой теплопроводностью.The technical result is achieved due to the use in the construction of a utility model of a latch made of heat-resistant stabilized cubic zirconia with low thermal conductivity.
Устройство для моделирования нестационарного температурного поля в изделиях сложной формы в условиях воздействия мощных тепловых потоков от непрерывного лазера или окислительного потока газокислородной горелки включает в себя сборку материалов, идентичную сборке материалов в элементе конструкций ракетной техники, выполненную с сохранением технологии соединения материалов (например, склейка, напыление и т.п.) вдоль линии наибольшей плотности теплового потока в конструкции, заключенный в составную цилиндрическую оболочку фиксатора, выполненного в виде двух полуцилиндров из термостойкого материала на основе стабилизированного кубического диоксида циркония с малой теплопроводностью (около 1,5 Вт/м⋅К), что обеспечивает приближение к одномерной задаче распространения температурной волны, характерной для сложных изделий большого размера, когда площадь нагрева существенно превышает толщину изделия. Оболочка фиксатора состоит из двух полуцилиндров, что позволяет размещать радиальные отверстия для выхода излучения для определения динамики изменения температурного поля вдоль сборки материалов в процессе внешнего торцевого нагрева в любых точках. Возможность выбора диаметра сборки позволяет варьировать требуемый уровень мощности источника нагрева (лазера или горелки).A device for simulating an unsteady temperature field in products of complex shape under the influence of powerful heat fluxes from a continuous laser or an oxidizing stream of an oxygen-oxygen burner includes an assembly of materials identical to the assembly of materials in a structural element of rocket technology, made with the preservation of material bonding technology (e.g., gluing, sputtering, etc.) along the line of the highest heat flux density in the structure, enclosed in a composite cylindrical shell of the retainer, made in the form of two half-cylinders of a heat-resistant material based on stabilized cubic zirconia with low thermal conductivity (about 1.5 W / mK), which provides an approximation to the one-dimensional problem of the propagation of a temperature wave characteristic of complex products of large size, when the heating area is significant exceeds the thickness of the product. The retainer shell consists of two half-cylinders, which allows you to place radial openings for radiation exit to determine the dynamics of the temperature field along the assembly of materials during external end heating at any point. The ability to choose the diameter of the assembly allows you to vary the required power level of the heating source (laser or burner).
Экспериментальные исследования с помощью такого устройства позволяют определить слабые места конструкции ракетной техники - нагрев одного из материалов выше допустимого уровня или плохое исполнение клеевого контакта между разнородными материалами, а также определить скорость тепловой волны в сборки материалов.Experimental studies using such a device make it possible to identify weaknesses in the design of rocket technology - heating one of the materials above an acceptable level or poor performance of adhesive contact between dissimilar materials, and also to determine the speed of the heat wave in the assembly of materials.
На фиг. 1 представлен пример такого испытания элемента конструкции ракетной техники - щитка органа управления, где обозначены следующие элементы:In FIG. Figure 1 shows an example of such a test of a structural element of rocket technology - the control panel, where the following elements are indicated:
1-3 - сборка материалов щитка органа управления;1-3 - assembly of materials for the control panel;
4, 5 - полуцилиндры фиксатора;4, 5 - retainer half cylinders;
6 - радиальные отверстия.6 - radial holes.
По результатам численного моделирования была определена линия (траектория) максимальной величины плотности теплового потока от нагреваемой поверхности до наиболее холодного и наименее стойкого к нагреву элемента конструкции - металлического штифта вала щитка органа управления. Вдоль этой линии располагаются три материала - внешний теплозащитный слой углерод-углеродный композиционный материал 1, теплоизоляционный объемно-армированный углерод-углеродный композиционный материал аргалон 2 и стальной силовой элемент 3, соединенные с помощью клея ФТП-ВК по заводской технологии. Эта последовательность расположения и размеров слоев материалов была воспроизведена в экспериментальной сборке материалов диаметром 10 мм. Сборка материалов была помещена в сборный цилиндр 4, 5 из термостойкого стабилизированного кубического диоксида циркония с внешним диаметром 50 мм и внутренним диаметром 10 мм.Based on the results of numerical simulation, the line (trajectory) of the maximum heat flux density was determined from the heated surface to the coldest and least heat-resistant structural element - the metal pin of the shaft of the control panel. Three materials are located along this line - the external heat-protective layer carbon-
Эксперименты были выполнены как с нагревом горелкой поверхности торца сборки до уровня яркостной температуры 1350°С, так и лазером мощностью 4 кВт с нагревом поверхности торца сборки материалов до 4400°С.The experiments were performed both with a burner heating the surface of the assembly end face to a brightness temperature level of 1350 ° C, and a 4 kW laser with heating the surface of the assembly end face to 4400 ° C.
Результатом испытания стало определение момента прихода температурной волны в металл - около 30 с, уровня максимального нагрева металла - менее 100°С и величины скачка температуры на клеевых контактах - менее 200°С.The test result was the determination of the moment of arrival of the temperature wave in the metal - about 30 s, the level of maximum heating of the metal - less than 100 ° C and the magnitude of the temperature jump on the adhesive contacts - less than 200 ° C.
На фиг. 2 показано устройство для моделирования нестационарного температурного поля в элементах конструкций ракетной техники при воздействии мощных тепловых потоков в исходном состоянии.In FIG. Figure 2 shows a device for modeling an unsteady temperature field in the structural elements of rocket technology under the influence of powerful heat fluxes in the initial state.
На фиг. 3 показано устройство для моделирования нестационарного температурного поля в элементах конструкций ракетной техники при воздействии мощных тепловых потоков после облучения.In FIG. Figure 3 shows a device for modeling an unsteady temperature field in structural elements of rocket technology under the influence of powerful heat fluxes after irradiation.
Источники.Sources.
1. Материалы и покрытия в экстремальных условиях. Взгляд в будущее: В 3 т. - Т. 3. Экспериментальные исследования./Ю.В. Полежаев, С.В. Резник, А.Н. Баранов и др., Под ред. Ю.В. Полежаева и С.В. Резника. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002, 264 с.1. Materials and coatings in extreme conditions. A look into the future: In 3 vols. - T. 3. Experimental studies. / Yu.V. Polezhaev, S.V. Reznik, A.N. Baranov et al., Ed. Yu.V. Polezhaeva and S.V. Reznik. - M.: Publishing House of MSTU. N.E. Bauman, 2002, 264 p.
2. Елисеев В.Н. Теплообмен и тепловые испытания материалов и конструкций аэрокосмической техники при радиационном нагреве / В.Н. Елисеев, В.А. Товстоног. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014, 396 [1] с.2. Eliseev V.N. Heat transfer and thermal testing of materials and structures of aerospace engineering during radiation heating / V.N. Eliseev, V.A. Tovstonog. - M.: Publishing House of MSTU. N.E. Bauman, 2014, 396 [1] p.
3. ГОСТ 25192-2012. Бетоны. Классификация и общие технические требования.3. GOST 25192-2012. Concrete Classification and general technical requirements.
4. High-refractory concretes for lining high-temperature units. A study of the high-temperature tensile strength of zirconium dioxide based hydration hardening (water setting) concretes / Bakunov O.V., Borovkova L.B., Melekhina T.A., Pakhomov E.P., Chubarov Yu.I. // Refractories and Industrial Ceramics, 1991. v. 31. № 7, 8, с. 381-383.4. High-refractory concretes for lining high temperature units. A study of the high temperature tensile strength of zirconium dioxide based hydration hardening (water setting) concretes / Bakunov O.V., Borovkova L. B., Melekhina T. A., Pakhomov E. P., Chubarov Yu.I. // Refractories and Industrial Ceramics, 1991. v. 31. No. 7, 8, p. 381-383.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017110859U RU172094U1 (en) | 2017-03-31 | 2017-03-31 | DEVICE FOR MODELING NON-STATIONARY TEMPERATURE FIELD IN ELEMENTS OF STRUCTURES OF ROCKET TECHNOLOGY UNDER THE INFLUENCE OF POWERFUL HEAT FLOWS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017110859U RU172094U1 (en) | 2017-03-31 | 2017-03-31 | DEVICE FOR MODELING NON-STATIONARY TEMPERATURE FIELD IN ELEMENTS OF STRUCTURES OF ROCKET TECHNOLOGY UNDER THE INFLUENCE OF POWERFUL HEAT FLOWS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU172094U1 true RU172094U1 (en) | 2017-06-28 |
Family
ID=59310331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017110859U RU172094U1 (en) | 2017-03-31 | 2017-03-31 | DEVICE FOR MODELING NON-STATIONARY TEMPERATURE FIELD IN ELEMENTS OF STRUCTURES OF ROCKET TECHNOLOGY UNDER THE INFLUENCE OF POWERFUL HEAT FLOWS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU172094U1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202693430U (en) * | 2012-07-03 | 2013-01-23 | 北京航空航天大学 | High temperature distributed load heat strength test device for plane structure of high-speed missile aircraft |
| RU154027U1 (en) * | 2015-01-23 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН) | DEVICE FOR FASTENING SOFT HEAT-INSULATING MATERIALS FOR MEASURING HEAT CONDUCTIVITY AT HIGH TEMPERATURES |
| RU2571442C1 (en) * | 2015-01-12 | 2015-12-20 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Tests with application of heat stress to rocket cowls of nonmetals |
| RU158476U1 (en) * | 2015-06-05 | 2016-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | DEVICE FOR DETERMINING THE TEMPERATURE COEFFICIENT OF LINEAR EXPANSION OF HEAT PROTECTIVE FILM COATINGS |
| RU2587524C1 (en) * | 2015-05-08 | 2016-06-20 | Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" | Apparatus for determining thermal conductivity coefficient and long-term performance of heat shielding coating |
-
2017
- 2017-03-31 RU RU2017110859U patent/RU172094U1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202693430U (en) * | 2012-07-03 | 2013-01-23 | 北京航空航天大学 | High temperature distributed load heat strength test device for plane structure of high-speed missile aircraft |
| RU2571442C1 (en) * | 2015-01-12 | 2015-12-20 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Tests with application of heat stress to rocket cowls of nonmetals |
| RU154027U1 (en) * | 2015-01-23 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН) | DEVICE FOR FASTENING SOFT HEAT-INSULATING MATERIALS FOR MEASURING HEAT CONDUCTIVITY AT HIGH TEMPERATURES |
| RU2587524C1 (en) * | 2015-05-08 | 2016-06-20 | Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" | Apparatus for determining thermal conductivity coefficient and long-term performance of heat shielding coating |
| RU158476U1 (en) * | 2015-06-05 | 2016-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | DEVICE FOR DETERMINING THE TEMPERATURE COEFFICIENT OF LINEAR EXPANSION OF HEAT PROTECTIVE FILM COATINGS |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yang et al. | On the explosive spalling behavior of ultra-high performance concrete with and without coarse aggregate exposed to high temperature | |
| Dong et al. | Effect of TGO thickness on thermal cyclic lifetime and failure mode of plasma‐sprayed TBC s | |
| Tzimas et al. | Failure of thermal barrier coating systems under cyclic thermomechanical loading | |
| Halbig et al. | Evaluation of ceramic matrix composite technology for aircraft turbine engine applications | |
| Askarinejad et al. | Mechanical behavior of a notched oxide/oxide ceramic matrix composite in combustion environment: experiments and simulations | |
| Petrovic et al. | Mixed‐Mode Fracture from Controlled Surface Flaws in Hot‐Pressed Si3N4 | |
| Qu et al. | Rapid heating thermal shock behavior study of CVD ZnS infrared window material: numerical and experimental study | |
| RU2583353C1 (en) | Method for thermal loading of rocket cowls made of nonmetals | |
| Bodnárová et al. | Behaviour of lightweight expanded clay aggregate concrete exposed to high temperatures | |
| RU172098U1 (en) | DEVICE FOR MODELING NON-STATIONARY TEMPERATURE FIELD IN ELEMENTS OF STRUCTURES OF ROCKET TECHNOLOGY UNDER THE INFLUENCE OF POWERFUL HEAT FLOWS | |
| Xie et al. | Thermal stress analysis of the FGLCS in hypersonic vehicles: Their application to fuel injection struts in scramjets | |
| Richards et al. | Mechanical properties of air plasma sprayed environmental barrier coating (EBC) systems: preliminary assessments | |
| RU172094U1 (en) | DEVICE FOR MODELING NON-STATIONARY TEMPERATURE FIELD IN ELEMENTS OF STRUCTURES OF ROCKET TECHNOLOGY UNDER THE INFLUENCE OF POWERFUL HEAT FLOWS | |
| Wang et al. | Study on the effect of sample shapes on the thermal shock behavior of ZrB2‐SiC‐Graphite sharp leading edge | |
| Lanin et al. | Thermal stress resistance of materials | |
| Shang et al. | Experimental research on thermal insulation performance of lightweight ceramic material in oxidation environment up to 1700 C | |
| Wang et al. | Improving the thermal shock resistance of ceramics by crack arrest blocks | |
| Li et al. | Cracking in the translucent alumina ceramic during flame thermal shock | |
| Singh et al. | Design, fabrication, and testing of ceramic joints for high temperature SiC/SiC composites | |
| Ma et al. | Physical and mechanical properties of plasma-sprayed thermal barrier coatings at room and high temperatures | |
| RU2637176C1 (en) | Method of test of rocket fairings of nonmetallic materials | |
| Kim et al. | Evaluation of thermal shock strengths for graphite materials using a laser irradiation method | |
| Dudareva et al. | Experimental Study of the Micro-Arc Oxide Coating Effect on Thermal Properties of an Aluminium Alloy Piston Head. | |
| Kohyama et al. | High Performance SiC/SiC Component by Nite‐Method and its Application to Energy and Environment | |
| Poursaeidi et al. | The investigation of change in thermal conductivity of porous coatings during the aging process |