RU180297U1

RU180297U1 - DEVICE FOR RESEARCH OF STRESSED-DEFORMED STATE OF ROCKET ENGINE OF SOLID FUEL FROM REINFORCED PLASTICS

Info

Publication number: RU180297U1
Application number: RU2017137163U
Authority: RU
Inventors: Алексей Валерьевич Солодовников; Михаил Николаевич Ларин; Владимир Анатольевич Козловский; Евгений Олегович Курышов; Егор Валерьевич Афанасенко; Дмитрий Александрович Ломакин; Владислав Игоревич Родионов; Павел Андреевич Симченко
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2018-06-08

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения деформаций оболочечных конструкций корпусов РДТТ из армированных пластиков типа "кокон" при испытаниях на прочность и может быть использована для экспериментального определения разности главных напряжений и коэффициента концентрации напряжений. Устройство содержит испытуемый заряд, расположенный на оптической оси между полярископом-поляриметром и анализатором и светофильтром, узел нагружения. Испытуемый заряд выполнен плоским произвольной формы, торцы которого выполнены в виде ласточкина хвоста. Узел нагружения включает два приспособления в виде ласточкина хвоста, закрепленных в двух захватах, установленных на стойках, один неподвижно, второй с возможностью осевого перемещения и выполнен по принципу винтовой пары: гайка, соединенная со штоком, который одним концом закреплен на стойке, а другим через датчик силы соединен с захватом, стойки установлены на основании, имеющем прямоугольное окно-вырез. Технический результат: возможность экспериментального исследования распределения разности главных напряжений в модели, определить ее в месте наибольшей концентрации напряжений в зависимости от количества нитей наполнителя и оценить работоспособность корпуса ракетного двигателя твердого топлива из армированного пластика. 1 ил.The utility model relates to measuring equipment, in particular, to measuring deformations of shell structures of solid propellant rocket motors made of "cocoon" reinforced plastics during strength tests and can be used to experimentally determine the difference in principal stresses and stress concentration coefficient. The device contains a test charge located on the optical axis between the polariscope-polarimeter and the analyzer and the light filter, a loading unit. The test charge is made flat of arbitrary shape, the ends of which are made in the form of a dovetail. The loading unit includes two devices in the form of a dovetail fixed in two grippers mounted on racks, one motionless, the second with the possibility of axial movement and is made on the principle of a screw pair: a nut connected to a rod, which is fixed at one end to the rod, and the other through the force sensor is connected to the gripper, the racks are mounted on a base having a rectangular cut-out window. Effect: the possibility of an experimental study of the distribution of the difference between the main stresses in the model, to determine it at the place of the highest stress concentration depending on the number of filler threads and to evaluate the performance of the housing of a solid fuel rocket engine made of reinforced plastic. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения деформаций оболочечных конструкций корпусов РДТТ из армированных пластиков типа "кокон" при испытаниях на прочность и может быть использована для экспериментального определения разности главных напряжений и коэффициента концентрации напряжений поляризационно-оптическим методом в учебном процессе ВУЗов.The utility model relates to measuring equipment, in particular, to means for measuring the deformations of shell structures of solid propellant rocket motors made of "cocoon" reinforced plastics during strength tests and can be used to experimentally determine the difference in principal stresses and stress concentration coefficient by the polarization-optical method in the educational process of universities .

Известно устройство для измерения деформаций, содержащее опорный элемент для крепления к контролируемому объекту, и закрепленные на нем электроды емкостного датчика зазора, опорный элемент выполнен в виде Г-образных токопроводящих пластин, выступы которых расположены параллельно один другому, имеют диэлектрическое покрытие на обращенных одна к другой поверхностях и выполняют функции электродов емкостного датчика (RU №2040777, МПК G01B 7/16, опубл. 27.07.1995 г.).A device for measuring deformations is known, comprising a support element for attaching to a controlled object, and electrodes of a capacitive gap sensor mounted on it, the support element is made in the form of L-shaped conductive plates, the protrusions of which are parallel to one another, have a dielectric coating facing one another surfaces and perform the functions of electrodes of a capacitive sensor (RU No. 2040777, IPC G01B 7/16, published on July 27, 1995).

Известно устройство для измерения деформаций при испытаниях на прочность, содержащее упругий элемент, узел крепления упругого элемента, тензорезисторы, расположенные на упругом элементе и измерительную аппаратуру, упругий элемент выполнен из двух тонкостенных колец, соединенных друг с другом последовательно по оси их симметрии узлом задания нормированной величины измеряемого параметра, а в узлах крепления и узлах задания нормированной величины измеряемого параметра выполнены базовые отверстия (RU №2091702, МПК G01B 7/16, опубл. 27.09.1997 г.).A device is known for measuring deformations during strength tests, containing an elastic element, a fastener for an elastic element, strain gages located on an elastic element and measuring equipment, an elastic element made of two thin-walled rings connected to each other sequentially along the axis of symmetry by a unit of reference of a normalized value of the measured parameter, and in the attachment points and nodes of the normalized value of the measured parameter, the base holes are made (RU No. 2091702, IPC G01B 7/16, published on 09.27.1997).

Известно устройство для исследования напряженно-деформированного состояния корпуса ракетного двигателя твердого топлива из армированных пластиков, содержащее тензорезисторы, упругий элемент, к которому по образующей равномерно наклеены тензорезисторы, причем нечетные параллельно, а четные перпендикулярно оси симметрии, измерительную аппаратуру, жестко закрепленный штуцер, упругий элемент выполнен в виде корпуса из армированных пластиков типа "кокон" с различным типом намоток, в устройство введена система нагружения внутренним давлением, состоящая из электрогидравлической машины, которая объединяет в один функциональный блок насос, электродвигатель и масляный бак, последовательно соединенная с упругим элементом через обратный клапан, клапанную коробку, вытеснитель, манометр и два вентиля гидравлическими магистралями, причем клапанная коробка состоит из распределителя жидкости, предохранительного клапана и дренажного вентиля (RU №163913, МПК G01B 7/16, опубл. 27.07.2016 г.).A device for studying the stress-strain state of a housing of a solid propellant rocket engine made of reinforced plastics is provided, comprising strain gages, an elastic element, to which strain gages are evenly glued, odd in parallel, and even evenly perpendicular to the axis of symmetry, measuring equipment, a rigidly mounted fitting, an elastic element made in the form of a housing made of reinforced plastics of the cocoon type with various types of windings; an internal pressure loading system was introduced into the device a system consisting of an electro-hydraulic machine that combines a pump, an electric motor and an oil tank into a single functional unit, connected in series with an elastic element through a check valve, valve box, displacer, pressure gauge and two valves with hydraulic lines, and the valve box consists of a liquid distributor, a safety valve valve and drain valve (RU No. 163913, IPC G01B 7/16, publ. 07.27.2016).

Наиболее близким по технической сущности решением является устройство для испытания на прочность канальных твердотопливных зарядов, содержащее корпус, герметизирующую крышку, испытуемый заряд, размещенный в корпусе, узел нагружения, в системе нагружения рабочим телом является воздух, узел нагружения выполнен в виде полости, образованной корпусом, герметизирующей крышкой, стаканом и резиновой мембраной, облегающей боковой торец испытуемого заряда, расположенного на оптической оси между полярископом-поляриметром и анализатором и светофильтром, кроме того полость соединена воздушной магистралью через вентиль, редуктор и манометр с баллоном (Патент РФ на полезную модель №170353, 2017 г).The closest in technical essence solution is a device for testing the strength of channel solid propellant charges, comprising a housing, a sealing cover, a test charge placed in the housing, a loading assembly, air is used in the loading system, the loading assembly is made in the form of a cavity formed by the housing, a sealing lid, a glass and a rubber membrane that fits the lateral end face of the test charge located on the optical axis between the polariscope-polarimeter and the analyzer and light an ophthalmic filter, in addition, the cavity is connected by an air line through a valve, a reducer, and a manometer to a cylinder (RF Patent for Utility Model No. 170353, 2017).

Недостатком прототипа является невозможность визуально, с помощью оптических средств измерения, демонстрировать и исследовать напряженно-деформированное состояние корпусов ракетного двигателя твердого топлива из армированных пластиков при приложении растягивающей нагрузки.The disadvantage of the prototype is the inability to visually, using optical measuring instruments, to demonstrate and investigate the stress-strain state of the rocket engine bodies of solid fuel from reinforced plastics when tensile loads are applied.

Задачей полезной модели является расширение наглядных возможностей при изучении процессов, протекающих внутри корпусов твердотопливных двигателей, изготовленных из композиционных материалов, по исследованию напряжений на прозрачных геометрически подобных моделях методом фотоупругости.The objective of the utility model is to expand visual capabilities in the study of processes occurring inside the bodies of solid fuel engines made of composite materials for the study of stresses on transparent geometrically similar models by photoelasticity.

Техническим результатом является возможность экспериментального исследования распределения разности главных напряжений в модели, определить ее в месте наибольшей концентрации напряжений в зависимости от количества нитей наполнителя и оценить работоспособность корпуса ракетного двигателя твердого топлива из армированного пластика.The technical result is the possibility of an experimental study of the distribution of the difference between the main stresses in the model, to determine it at the place of the highest stress concentration depending on the number of filler threads and to evaluate the performance of the housing of a solid fuel rocket engine made of reinforced plastic.

Сущность полезной модели заключается в том, что в известном устройстве, содержащем испытуемый заряд, расположенный на оптической оси между полярископом-поляриметром и анализатором и светофильтром, узел нагружения, испытуемый заряд выполнен плоским произвольной формы, торцы которого выполнены в виде ласточкина хвоста, узел нагружения включает два приспособления в виде ласточкина хвоста, закрепленных в двух захватах, установленных на стойках, один неподвижно, второй с возможностью осевого перемещения и выполнен по принципу винтовой пары: гайка, соединенная со штоком, который одним концом закреплен на стойке, а другим через датчик силы соединен с захватом, стойки установлены на основании, имеющем прямоугольное окно-вырез.The essence of the utility model lies in the fact that in the known device containing the test charge located on the optical axis between the polariscope-polarimeter and the analyzer and the filter, the loading unit, the test charge is made flat of any shape, the ends of which are made in the form of a dovetail, the loading unit includes two devices in the form of a dovetail fixed in two grippers mounted on racks, one motionless, the second with the possibility of axial movement and is made on the principle of screw pairs s: a nut connected to a rod, which is fixed at one end to the rack and connected to the gripper at the other end, and the racks are mounted on a base with a rectangular cut-out window.

Новизна заключаются в том, что испытуемый заряд выполнен плоским произвольной формы, торцы которого выполнены в виде ласточкина хвоста, узел нагружения включает два приспособления в виде ласточкина хвоста, закрепленных в двух захватах, установленных на стойках, один неподвижно, второй с возможностью осевого перемещения и выполнен по принципу винтовой пары: гайка, соединенная со штоком, который одним концом закреплен на стойке, а другим через датчик силы соединен с захватом, стойки установлены на основании, имеющем прямоугольное окно-вырез.The novelty lies in the fact that the test charge is made flat of arbitrary shape, the ends of which are made in the form of a dovetail, the loading unit includes two devices in the form of a dovetail, mounted in two grips mounted on racks, one motionless, the second with the possibility of axial movement and made according to the principle of a screw pair: a nut connected to a rod, which is attached to the rod at one end and connected to the gripper through the force sensor, the racks are mounted on a base with a rectangular window-hole h.

Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области и смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявленном устройстве.The analysis of known technical solutions (analogues) in the studied area and related areas allows us to conclude that they lack features similar to the significant distinguishing features in the claimed device.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства.In FIG. 1 shows a General view of the device.

Плоский испытуемый заряд 1 произвольной формы, выполненный из оптически прозрачного материала с расположенными внутри жгутами волокон 2 однонаправленных полимерных композиционных материалов, торцами в виде ласточкина хвоста 3, располагается в узле нагружения 4 между двумя приспособлениями в виде ласточкина хвоста 5, закрепленных в двух захватах 6 и 7, установленных на стойках 8. Захват 6 закреплен неподвижно, а захват 7 с возможностью осевого перемещения в виде винтовой пары. Гайка 9 соединена со штоком 10, который одним концом закреплен на стойке 8, а другим через датчик силы 11 соединен с захватом 7. Стойки 8 установлены на основании 12, имеющем прямоугольное окно-вырез 13, расположенное на оптической оси между полярископом-поляриметром и анализатором и светофильтром (на чертеже не показаны).A flat test charge 1 of arbitrary shape, made of an optically transparent material with inside the bundles of fibers 2 of unidirectional polymer composite materials, ends in the form of a dovetail 3, is located in the load node 4 between two devices in the form of a dovetail 5, mounted in two grips 6 and 7 mounted on racks 8. Capture 6 is fixed motionless, and capture 7 with the possibility of axial movement in the form of a screw pair. The nut 9 is connected to the rod 10, which is attached at one end to the stand 8, and the other through the force sensor 11 is connected to the grab 7. The stands 8 are mounted on the base 12, having a rectangular cut-out window 13 located on the optical axis between the polariscope-polarimeter and the analyzer and a light filter (not shown in the drawing).

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Нагрузочное приспособление вводят в световое поле полярископа-поляриметра ПКС-250. Плавно вращая гайку 9, создают растягивающее усилие на захватах 6 и 7 между стойками 8. Это усилие через приспособления 5 узла нагружения 4 передается на торцы 3 испытуемого заряда 1. Рассматривают картину полос на модели, выявляют места наибольшей концентрации напряжений у жгутов волокон 2 (наибольшего сгущения полос). Величину растягивающего усилия определяют датчиком силы 11. Плавно вращая гайку 9, разгружают испытуемый заряд 1.The loading device is introduced into the light field of the PKS-250 polariscope-polarimeter. By smoothly rotating the nut 9, a tensile force is created on the grippers 6 and 7 between the uprights 8. This force is transmitted through the devices 5 of the loading unit 4 to the ends 3 of the test charge 1. The pattern of the strips on the model is examined, the places of the highest stress concentration at the fiber bundles 2 (the highest thickening of bands). The magnitude of the tensile force is determined by the force sensor 11. Gently rotating the nut 9, unload the test charge 1.

Меняя количество жгутов волокон 2, углы их расположения, а также композиционные материалы, из которых они изготовлены, определяют законы распределения нагрузки между волокнами и матрицей, а также закономерности обеспечения работоспособности композиционного материала корпуса ракетного двигателя твердого топлива из армированных пластиков.Changing the number of fiber bundles 2, the angles of their location, as well as the composite materials from which they are made, determine the laws of load distribution between the fibers and the matrix, as well as the patterns of ensuring the operability of the composite material of the solid fuel rocket engine housing made of reinforced plastics.

Предлагаемое устройство существенно расширяет наглядные возможности при изучении процессов, протекающих внутри корпусов твердотопливных двигателей, изготовленных из композиционных материалов, обеспечивает возможность экспериментального исследования распределения разности главных напряжений в модели, определить ее в месте наибольшей концентрации напряжений в зависимости от количества нитей наполнителя и оценить работоспособность корпуса.The proposed device significantly expands the visual capabilities in the study of processes occurring inside the bodies of solid propellant engines made of composite materials, provides an opportunity to experimentally study the distribution of the difference of the main stresses in the model, determine it at the place of the highest stress concentration depending on the number of filler threads and evaluate the performance of the housing.

Claims

A device for studying the stress-strain state of a housing of a solid propellant rocket engine made of reinforced plastics, containing a test charge located on the optical axis between the polariscope-polarimeter and the analyzer and a light filter, a loading unit, characterized in that the test charge is made of an arbitrary flat shape, the ends of which are made in the form of a dovetail, the loading unit includes two devices in the form of a dovetail, mounted in two grips mounted on racks, one n motionless, the second with the possibility of axial movement and is made according to the principle of a screw pair: a nut connected to a rod, which is attached to the rod at one end and connected to the gripper through the force sensor, the racks are mounted on a base with a rectangular cut-out window.