RU2153162C1 - Method of location and determination of form of concentrators of mechanical stresses in structure of solid- propellant rocket engine - Google Patents
Method of location and determination of form of concentrators of mechanical stresses in structure of solid- propellant rocket engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2153162C1 RU2153162C1 RU98123684/28A RU98123684A RU2153162C1 RU 2153162 C1 RU2153162 C1 RU 2153162C1 RU 98123684/28 A RU98123684/28 A RU 98123684/28A RU 98123684 A RU98123684 A RU 98123684A RU 2153162 C1 RU2153162 C1 RU 2153162C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solid
- propellant rocket
- rocket engine
- concentrators
- location
- Prior art date
Links
Landscapes
- Testing Of Engines (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике контроля и технической диагностики напряженно-деформированного состояния ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ). The invention relates to techniques for monitoring and technical diagnostics of the stress-strain state of a solid fuel rocket engine (solid propellant rocket engine).
Известен способ измерения механических напряжений в конструкции РДТТ в процессе его работы с помощью тензометрических датчиков, устанавливаемых на наружной поверхности корпуса двигателя и подключаемых посредством кабельных линий через тензостанцию к регистрирующему устройству [1]. Способ отличается трудоемкостью и сложностью в реализации, не позволяет установить форму и надежно определить местоположение концентраторов механических напряжений в конструкции РДТТ из-за ограниченного количества тензодатчиков, расстояния между которыми могут достигать нескольких десятков сантиметров. A known method of measuring mechanical stresses in the design of a solid propellant rocket motor during its operation using strain gauge sensors installed on the outer surface of the motor housing and connected via cable lines through a strain gauge to the recording device [1]. The method is time-consuming and difficult to implement, does not allow to establish the shape and reliably determine the location of mechanical stress concentrators in the design of solid propellant rocket motors due to the limited number of load cells, the distances between which can reach several tens of centimeters.
Наиболее близким к заявляемому является тепловой метод контроля механических напряжений в изделиях (принят за прототип), основанный на термоупругом эффекте и заключающийся в создании при соблюдении адиабатических условий циклических механических напряжений в конструкционном материале изделия с одновременным сканированием и регистрацией потоков собственного теплового излучения элементов поверхности изделия, определении по термограмме изменения Δφ потока излучения любого элемента поверхности с последующим вычислением суммы механических напряжений Δσ для этого элемента по формуле
где B - постоянная Стефана-Больцмана ε - - коэффициент излучения поверхности, Т - среднее значение температуры интересующего элемента поверхности, Кm - термоупругая постоянная материала изделия. По термограмме может быть также определено для любого элемента у поверхности колеблющегося изделия изменение температуры ΔT, а по нему значение Δσ из формулы
Циклические механические напряжения в материале изделия создают с помощью вибраторов (пьезоэлектрических, электродинамических и др.). Для получения термограммы поверхности колеблющегося изделия используют быстродействующие тепловизионные сканирующие устройства [2].Closest to the claimed one is the thermal method for controlling mechanical stresses in products (adopted as a prototype), based on the thermoelastic effect and consisting in creating cyclic mechanical stresses in the structural material of the product, subject to adiabatic conditions, while scanning and recording the fluxes of its own thermal radiation from the surface elements of the product, determination by thermogram of a change in Δφ of the radiation flux of any surface element with subsequent calculation of the sum of stress Δσ for this element by the formula
where B is the Stefan-Boltzmann constant ε - is the emissivity of the surface, T is the average temperature value of the surface element of interest, K m is the thermoelastic constant of the product material. According to the thermogram, the temperature change ΔT can also be determined for any element near the surface of the oscillating product, and from it the value Δσ from the formula
Cyclic mechanical stresses in the material of the product are created using vibrators (piezoelectric, electrodynamic, etc.). To obtain a thermogram of the surface of an oscillating product, high-speed thermal imaging scanning devices are used [2].
Признаки прототипа, являющиеся общими с заявленным изобретением, включают одновременное с созданием в конструкционном материале корпуса РДТТ механических напряжений сканирование и регистрацию потоков собственного теплового излучения элементов поверхности корпуса в адиабатических условиях. The features of the prototype, which are common with the claimed invention, include scanning and registering the fluxes of its own thermal radiation from the elements of the surface of the body in adiabatic conditions simultaneously with the creation of mechanical stresses in the structural material of the solid-state solid-propellant rocket engine in adiabatic conditions.
Причина, препятствующая получению в прототипе требуемого технического результата, заключается в низкой информативности о напряженно-деформированном состоянии РДТТ, т.к. при больших габаритах и массивной конструкции РДТТ создаваемые с помощью вибратора механические воздействия оказываются неодинаковыми даже для симметрично расположенных относительно оси элементов конструкции корпуса, а возникающие в них механические напряжения составляют всего несколько процентов от расчетных рабочих. Вследствие низкой интенсивности потоков собственного теплового излучения на термограмме трудно выявить по неоднородности зарегистрированного термического (температурного) поля места расположения и форму концентраторов механических напряжений. The reason that prevents obtaining the required technical result in the prototype is the low information content of the stress-strain state of the solid propellant rocket motor, because with large dimensions and massive design of solid propellant rocket motors, the mechanical effects created with the help of a vibrator turn out to be unequal even for housing structural elements symmetrically positioned relative to the axis, and the mechanical stresses arising in them make up only a few percent of the calculated workers. Due to the low intensity of the intrinsic thermal radiation fluxes on the thermogram, it is difficult to identify the location and shape of the stress concentrators by the heterogeneity of the recorded thermal (temperature) field.
Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.
Задача, решаемая изобретением, - повышение достоверности информации о напряженно-деформированном состоянии РДТТ за счет более точного определения местоположения и формы концентраторов механических напряжений в конструкции двигателя. The problem solved by the invention is to increase the reliability of information about the stress-strain state of a solid propellant rocket motor due to a more accurate determination of the location and shape of mechanical stress concentrators in the engine structure.
Технический результат достигается за счет того, что в известном способе определения местоположения и формы концентраторов механических напряжений в конструкции РДТТ путем сканирования и регистрации в адиабатических условиях потоков собственного теплового излучения элементов поверхности корпуса РДТТ, сканирование и регистрацию потоков осуществляют в момент срабатывания электровоспламенителя заряда твердого топлива и по неоднородности зарегистрированного термического поля поверхности корпуса РДТТ выявляют местоположение и форму концентраторов механических напряжений. The technical result is achieved due to the fact that in the known method for determining the location and shape of mechanical stress concentrators in a solid propellant rocket engine by scanning and registering adiabatic flows of intrinsic heat radiation of solid surface elements of the solid propellant rocket motor, scanning and recording of fluxes are carried out at the moment of operation of the solid fuel charge electric igniter and the heterogeneity of the recorded thermal field of the surface of the solid propellant rocket motor reveal the location and shape stress concentrators.
В момент срабатывания электровоспламенителя заряда твердого топлива создается кратковременный импульс давления с амплитудой, составляющей 80-100% от значения рабочего давления в камере сгорания двигателя, что приводит к скачкообразному увеличению механических напряжений в конструкционном материале корпуса РДТТ и, следовательно, к скачкообразному возрастанию интенсивности собственного теплового излучения поверхности корпуса. При этом возрастает яркость, а при наличии концентраторов и контрастность термограммы. Возросшая неоднородность термограммы облегчает выявление местоположения и формы концентраторов механических напряжений. At the moment of operation of the electric igniter of the solid fuel charge, a short-term pressure pulse is generated with an amplitude of 80-100% of the working pressure in the combustion chamber of the engine, which leads to a jump-like increase in mechanical stresses in the structural material of the solid propellant rocket motor and, consequently, to a jump-like increase in the intensity of its own thermal radiation of the surface of the body. In this case, the brightness increases, and in the presence of concentrators, the contrast of the thermogram. The increased heterogeneity of the thermogram facilitates the identification of the location and shape of stress concentrators.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Information confirming the possibility of carrying out the invention.
В конструкции РДТТ за счет срабатывания электровоспламенителя заряда твердого топлива создавали кратковременный импульс давления с амплитудой, составляющей 80% от значения рабочего давления в камере сгорания двигателя. In the design of the solid propellant rocket engine, due to the operation of the electric igniter of the solid fuel charge, a short-term pressure pulse was created with an amplitude of 80% of the working pressure in the combustion chamber of the engine.
Для анализа термического (температурного) поля конструкции РДТТ использовали быстродействующий тепловизор. Перед проведением испытаний приемная камера тепловизора визировалась на объект измерения. Входящий в комплект тепловизора компьютер (или магнитное записывающие устройство) по сигналу, синхронизированному с сигналом, подаваемым на электровоспламенитель с пульта управления, осуществлял запись видеосигнала в момент срабатывания электровоспламенителя. To analyze the thermal (temperature) field of the solid-propellant solid-state structure, a high-speed thermal imager was used. Before testing, the receiving camera of the thermal imager was sighted at the measurement object. The computer (or magnetic recording device) included in the thermal imager kit, by a signal synchronized with the signal supplied to the electric igniter from the control panel, recorded the video signal at the moment the electric igniter was triggered.
В качестве быстродействующего тепловизора использовали тепловизор фирмы AGEMa "Thermovision". Он имеет температурное разрешение 0,07oC частоту кадров 25 в секунду и может измерять с высокой точностью температуру в диапазоне от -20oC до +1500oC, обеспечивая получение термограмм высокого качества. При объединении тепловизора с компьютерной системой TIC, разработанной на основе ПК IBM PC, достигается возможность обработки тепловых изображений. Входящий в комплект тепловизора цветной компьютер позволяет записывать цветные изображения [3].As a high-speed thermal imager, an AGEMa Thermovision thermal imager was used. It has a temperature resolution of 0.07 o C frame rate of 25 per second and can measure with high accuracy the temperature in the range from -20 o C to +1500 o C, providing high quality thermograms. By combining the thermal imager with the TIC computer system developed on the basis of the IBM PC, the possibility of processing thermal images is achieved. The color computer included in the thermal imager kit allows you to record color images [3].
Возникший в конструкции РДТТ при срабатывании электровоспламенителя импульс механического напряжения малой длительности и большой амплитуды обеспечивает выполнение адиабатических условий и позволяет в несколько раз увеличить значения изменений механических напряжений и соответствующих им изменений температуры элементов поверхности корпуса РДТТ. Полученные при этом на экране тепловизора термограммы имеют участки повышенной и пониженной яркости по отношению к общему фону. Участки повышенной яркости соответствуют концентраторам механических напряжений сжатия, а участки пониженной яркости - концентраторам механических напряжений растяжения. The pulse of mechanical stress of short duration and large amplitude that arose in the design of the solid-propellant rocket during the operation of the electric igniter provides the fulfillment of adiabatic conditions and allows several-fold increase in the values of changes in mechanical stresses and the corresponding changes in temperature of the surface elements of the solid-propellant rocket motor. The thermograms obtained on the screen of the thermal imager have sections of increased and decreased brightness with respect to the general background. The areas of increased brightness correspond to concentrators of mechanical compression stresses, and the sections of reduced brightness correspond to concentrators of mechanical tensile stresses.
Температурное разрешение используемого тепловизора не позволяет выявить концентраторы механических напряжений при нагружении громоздких и массивных изделий с помощью вибраторов. Получаемые при этом механические напряжения в случае выполнения конструкции массивного изделия из, например, углеродистой стали составляют всего одну-две единицы кгс/мм2, что вызывает соответствующее изменение температуры 0,01...0,02oC, которое значительно меньше температурного разрешения 0,07oC тепловизора "Thermovision 870". Даже если на каких-то участках изделия механические напряжения в два-три раза превысят указанные выше значения, то они также вызовут изменения температуры, меньшие температурного разрешения. Следовательно, в обоих случаях контраст термограммы будет одинаков и концентраторы механических напряжений не будут выявлены.The temperature resolution of the thermal imager used does not allow us to identify mechanical stress concentrators when loading bulky and massive products using vibrators. The resulting mechanical stresses in the case of the construction of a massive product of, for example, carbon steel are only one or two units kgf / mm 2 , which causes a corresponding change in temperature of 0.01 ... 0.02 o C, which is significantly less than the temperature resolution 0.07 o C thermal imager "Thermovision 870". Even if in some parts of the product the mechanical stresses are two to three times higher than the above values, they will also cause temperature changes that are lower than the temperature resolution. Therefore, in both cases, the contrast of the thermogram will be the same and stress concentrators will not be detected.
Источники информации:
1. В. А. Володин. Конструкция и проектирование ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1971
2. Бекешко Н.А., Ковалев А.В. Новые методы, средства и применения теплового неразрушающего контроля // Измерения, контроль, автоматизация: Науч.- техн.сб.обзоров./ЦНИИТЭИ приборостроения. -М., 1990, N 1.Sources of information:
1. V.A. Volodin. Design and engineering of rocket engines. M .: Engineering, 1971
2. Bekeshko N.A., Kovalev A.V. New methods, means and applications of thermal non-destructive testing // Measurements, control, automation: Scientific and technical sb.obzorov./ TsNIITEI instrument making. -M., 1990, N 1.
3. Нисимура Масао, Икэдзава Митиси, Судзуки Ясухиро. Измерение распределения механических напряжений с использованием инфракрасного излучения. "Нихон кайдзи кекай кайси, Trans. Nippon.Kaiyi Kyokai", 1984, N 187, с. 134-146. 3. Nishimura Masao, Ikezawa Michishi, Suzuki Yasuhiro. Measurement of stress distribution using infrared radiation. "Nihon Kaiji Kekai Kaysi, Trans. Nippon.Kaiyi Kyokai", 1984, No. 187, p. 134-146.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98123684/28A RU2153162C1 (en) | 1998-12-30 | 1998-12-30 | Method of location and determination of form of concentrators of mechanical stresses in structure of solid- propellant rocket engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98123684/28A RU2153162C1 (en) | 1998-12-30 | 1998-12-30 | Method of location and determination of form of concentrators of mechanical stresses in structure of solid- propellant rocket engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2153162C1 true RU2153162C1 (en) | 2000-07-20 |
Family
ID=20214013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98123684/28A RU2153162C1 (en) | 1998-12-30 | 1998-12-30 | Method of location and determination of form of concentrators of mechanical stresses in structure of solid- propellant rocket engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2153162C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2494434C1 (en) * | 2012-06-07 | 2013-09-27 | Закрытое акционерное общество "ГИАП-ДИСТцентр" | Method of control over industrial safety and diagnostics of operating conditions of industrial structure |
| RU2530443C1 (en) * | 2013-05-22 | 2014-10-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)"(Университет машиностроения) | Method for thermal testing of materials and items |
-
1998
- 1998-12-30 RU RU98123684/28A patent/RU2153162C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Бешенко Н.А., Ковалев А.В. Новые методы, средства и применения теплового неразрушающего контроля (измерения, контроль, автоматизация). Науч.-техн.сб.обозоров. - М.: ЦНИИТЭИ приборостроения, 1990, N 1. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2494434C1 (en) * | 2012-06-07 | 2013-09-27 | Закрытое акционерное общество "ГИАП-ДИСТцентр" | Method of control over industrial safety and diagnostics of operating conditions of industrial structure |
| RU2530443C1 (en) * | 2013-05-22 | 2014-10-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)"(Университет машиностроения) | Method for thermal testing of materials and items |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1918698B1 (en) | Systems and method for locating failure events in samples under load | |
| US6517236B2 (en) | Method and apparatus for automated thermal imaging of combustor liners and other products | |
| US5711603A (en) | Nondestructive testing: transient depth thermography | |
| EP1173724B1 (en) | Transient thermography measurement of a metal layer thickness | |
| US6000844A (en) | Method and apparatus for the portable identification of material thickness and defects using spatially controlled heat application | |
| US8055054B2 (en) | Method and apparatus for thermographic nondestructive evaluation of an object | |
| US20090245321A1 (en) | Characterization of flaws in composites identified by thermography | |
| GB1601890A (en) | Apparatus and method for indicating stress in an object | |
| EP0065992B1 (en) | Stress distribution measuring instrument | |
| Seidt et al. | Synchronous full-field strain and temperature measurement in tensile tests at low, intermediate and high strain rates | |
| RU2153162C1 (en) | Method of location and determination of form of concentrators of mechanical stresses in structure of solid- propellant rocket engine | |
| EP0192722B1 (en) | Apparatus and method for static stress measurement in an object | |
| RU2138798C1 (en) | Method determining positions and forms of concentrators of mechanical stresses in structure of article | |
| Winfree et al. | Simulations of thermal signatures of damage measured during quasi-static loading of a single stringer panel | |
| US5578757A (en) | Method of Poisson's ratio imaging within a material part | |
| JPS6037894B2 (en) | acoustic image display device | |
| JPS61230053A (en) | Non-contact peel inspecting device | |
| Luong | Nondestructive evaluation of fatigue limit of metals using infrared thermography | |
| JP2502207Y2 (en) | Cylinder liner wear / temperature abnormality detection system | |
| JP3151652B2 (en) | Measurement method and device for long objects | |
| EP0012400B1 (en) | A method and apparatus for thermodynamically determining the elasto-plastic limit stress | |
| JPH0629834B2 (en) | Method of imaging fatigue status of subject | |
| JPS5950322A (en) | Diagnosis system for abnormality | |
| Hay | Motion Amplification: A Full-Field Camera Based Vibration Technique | |
| JP2024011106A (en) | Standing wave-caused heat generation reduction method for ultrasonic excitation thermography nondestructive inspection, and system and program therefor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041231 |