RU172098U1 - Устройство для моделирования нестационарного температурного поля в элементах конструкций ракетной техники при воздействии мощных тепловых потоков - Google Patents
Устройство для моделирования нестационарного температурного поля в элементах конструкций ракетной техники при воздействии мощных тепловых потоков Download PDFInfo
- Publication number
- RU172098U1 RU172098U1 RU2016150969U RU2016150969U RU172098U1 RU 172098 U1 RU172098 U1 RU 172098U1 RU 2016150969 U RU2016150969 U RU 2016150969U RU 2016150969 U RU2016150969 U RU 2016150969U RU 172098 U1 RU172098 U1 RU 172098U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- materials
- temperature field
- rocket technology
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (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, между которыми размещены термопары. Технический результат - приближение экспериментальных условий к одномерной задаче распространения температурной волны, характерной для сложных изделий большого размера, когда площадь нагрева существенно превышает толщину изделия. 5 ил.
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.
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.
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.
Известны устройства, в которых изделия подвергаются высокотемпературному воздействию, например устройство для крепления образцов при высокотемпературных испытаниях (SU 1067399 С1, 15.01.1984).
Общеизвестно, что изделия сложной формы возможно изготавливать из бетона.
Известно [3], что существует класс жаропрочных бетонов.
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.
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.
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.
Технический результат обеспечивается за счет использования в конструкции полезной модели фиксатора, изготовленного из термостойкого стабилизированного кубического диоксида циркония с малой теплопроводностью.
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 термопары 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).
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.
На фиг. 1 представлен пример такого испытания элемента конструкции ракетной техники - щитка органа управления, где обозначены следующие элементы:
1-3 - сборка материалов щитка органа управления;
4, 5 - полуцилиндры фиксатора;
6 - термопары.
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 с расположением минимум двух хромель-алюмелиевых термопар 6 в каждом материале. 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.
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.
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.
На фиг. 2 показан внешний вид устройства для моделирования нестационарного температурного поля в элементах конструкций ракетной техники при воздействии мощных тепловых потоков.
На фиг. 3 показано устройство для моделирования нестационарного температурного поля в элементах конструкций ракетной техники при воздействии мощных тепловых потоков в исходном состоянии.
На фиг. 4 показано устройство для моделирования нестационарного температурного поля в элементах конструкций ракетной техники при воздействии мощных тепловых потоков после облучения.
Источники информации
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.: ил.
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.: ил.
3. ГОСТ 25192-2012. Бетоны. Классификация и общие технические требования.
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.
Claims (1)
- Устройство для моделирования нестационарного температурного поля в элементах конструкций ракетной техники при воздействии мощных тепловых потоков, состоящее из корпуса фиксатора и последовательности материалов, идентичной последовательности материалов в элементе конструкций ракетной техники, выполненной с сохранением технологии соединения материалов, отличающееся тем, что фиксатор выполнен в виде двух полуцилиндров из термостойкого материала на основе стабилизированного кубического диоксида циркония с малой теплопроводностью, между которыми размещены термопары.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016150969U RU172098U1 (ru) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | Устройство для моделирования нестационарного температурного поля в элементах конструкций ракетной техники при воздействии мощных тепловых потоков |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016150969U RU172098U1 (ru) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | Устройство для моделирования нестационарного температурного поля в элементах конструкций ракетной техники при воздействии мощных тепловых потоков |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU172098U1 true RU172098U1 (ru) | 2017-06-28 |
Family
ID=59310342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016150969U RU172098U1 (ru) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | Устройство для моделирования нестационарного температурного поля в элементах конструкций ракетной техники при воздействии мощных тепловых потоков |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU172098U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2758414C1 (ru) * | 2020-12-10 | 2021-10-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Устройство для определения комплекса теплофизических характеристик композиционных материалов |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202693430U (zh) * | 2012-07-03 | 2013-01-23 | 北京航空航天大学 | 高速导弹飞行器平面结构高温-分布载荷热强度试验装置 |
| RU154027U1 (ru) * | 2015-01-23 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН) | Устройство крепления мягких теплоизоляционных материалов для измерения теплопроводности при высоких температурах |
| RU2571442C1 (ru) * | 2015-01-12 | 2015-12-20 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Способ тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов |
| RU158476U1 (ru) * | 2015-06-05 | 2016-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Устройство для определения температурного коэффициента линейного расширения теплозащитных пленочных покрытий |
| RU2587524C1 (ru) * | 2015-05-08 | 2016-06-20 | Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" | Установка для определения коэффициента теплопроводности и ресурсных характеристик теплозащитных покрытий |
-
2016
- 2016-12-26 RU RU2016150969U patent/RU172098U1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202693430U (zh) * | 2012-07-03 | 2013-01-23 | 北京航空航天大学 | 高速导弹飞行器平面结构高温-分布载荷热强度试验装置 |
| RU2571442C1 (ru) * | 2015-01-12 | 2015-12-20 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Способ тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов |
| RU154027U1 (ru) * | 2015-01-23 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН) | Устройство крепления мягких теплоизоляционных материалов для измерения теплопроводности при высоких температурах |
| RU2587524C1 (ru) * | 2015-05-08 | 2016-06-20 | Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" | Установка для определения коэффициента теплопроводности и ресурсных характеристик теплозащитных покрытий |
| RU158476U1 (ru) * | 2015-06-05 | 2016-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Устройство для определения температурного коэффициента линейного расширения теплозащитных пленочных покрытий |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2758414C1 (ru) * | 2020-12-10 | 2021-10-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Устройство для определения комплекса теплофизических характеристик композиционных материалов |
| RU2758414C9 (ru) * | 2020-12-10 | 2022-02-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Устройство для определения комплекса теплофизических характеристик композиционных материалов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Halbig et al. | Evaluation of ceramic matrix composite technology for aircraft turbine engine applications | |
| Tzimas et al. | Failure of thermal barrier coating systems under cyclic thermomechanical loading | |
| Askarinejad et al. | Mechanical behavior of a notched oxide/oxide ceramic matrix composite in combustion environment: experiments and simulations | |
| Qu et al. | Rapid heating thermal shock behavior study of CVD ZnS infrared window material: numerical and experimental study | |
| RU2583353C1 (ru) | Способ теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов | |
| Low | Advances in ceramic matrix composites: introduction | |
| RU172098U1 (ru) | Устройство для моделирования нестационарного температурного поля в элементах конструкций ракетной техники при воздействии мощных тепловых потоков | |
| Abdul-Aziz | Durability modeling review of thermal-and environmental-barrier-coated fiber-reinforced ceramic matrix composites Part I | |
| Kokini et al. | Thermal fracture of interfaces in precracked thermal barrier coatings | |
| Wang et al. | Cracking behavior of ZrB2-SiC-Graphite sharp leading edges during thermal shock | |
| Xie et al. | Thermal stress analysis of the FGLCS in hypersonic vehicles: Their application to fuel injection struts in scramjets | |
| Wang et al. | Study on the effect of sample shapes on the thermal shock behavior of ZrB2‐SiC‐Graphite sharp leading edge | |
| RU172094U1 (ru) | Устройство для моделирования нестационарного температурного поля в элементах конструкций ракетной техники при воздействии мощных тепловых потоков | |
| Panakarajupally et al. | Fatigue characterization of SiC/SiC ceramic matrix composites in combustion environment | |
| Lima et al. | Insights on the high-temperature operational limits of ZrO 2-Y 2 O 3 TBCs manufactured via air plasma spray | |
| Yan et al. | The enhanced thermal shock resistance performance induced by interface effect in blade-level La2Ce2O7/YSZ thermal barrier coating | |
| Lanin et al. | Thermal stress resistance of materials | |
| Li et al. | Cracking in the translucent alumina ceramic during flame thermal shock | |
| Wang et al. | Thermal stress analysis of optimized functionally graded coatings during crack propagation based on finite element simulation | |
| Singh et al. | Design, fabrication, and testing of ceramic joints for high temperature SiC/SiC composites | |
| Wang et al. | Improving the thermal shock resistance of ceramics by crack arrest blocks | |
| Kim et al. | Evaluation of thermal shock strengths for graphite materials using a laser irradiation method | |
| RU2637176C1 (ru) | Способ испытания обтекателей ракет из неметаллических материалов | |
| Liu et al. | Thermal shock damage behavior of CVD ZnS by oxygen propane flame: A numerical and experimental study | |
| Zhu et al. | Advanced Environmental Barrier Coating Development for SiC-SiC Ceramic Matrix Composite Components |