Известен стенд теплопрочностных испытаний [Баранов А.Н. Теплопрочностные испытания летательных аппаратов // Труды ЦАГИ, 1999, вып.2638, с.96÷97] с радиационными нагревателями, на котором напротив наиболее теплоемких мест объекта испытаний установлены радиационные нагреватели, снабженные индивидуальными источниками регулируемого напряжения и обеспечивающие большую плотность теплового потока. При испытаниях тонкостенных подкрепленных конструкций, например, оболочки и шпангоута, тепловой поток, который необходимо подводить к поверхности объекта испытаний напротив шпангоута, будет больше в разы в зависимости от траектории полета. При теплопрочностных испытаниях в условиях высоких температур (более 1300 К) наиболее распространенные радиационные нагреватели на основе кварцевых ламп работают на пределе работоспособности. У таких нагревателей даже с индивидуальным источником напряжения в этом случае нет необходимого многократного запаса по тепловому потоку.A well-known stand heat-strength tests [Baranov A.N. Heat-Strength Tests of Aircraft // Transactions of TsAGI, 1999, issue 2638, s.96 ÷ 97] with radiation heaters, on which, opposite the most heat-intensive places of the test object, radiation heaters are installed, equipped with individual sources of controlled voltage and providing a high heat flux density. When testing thin-walled reinforced structures, for example, shells and frames, the heat flux that must be brought to the surface of the test object opposite the frame will be several times more depending on the flight path. During heat resistance tests at high temperatures (more than 1300 K), the most common radiation heaters based on quartz lamps operate at the limit of operability. Such heaters, even with an individual voltage source, in this case do not have the necessary multiple margin of heat flow.
Известен стенд тепловых испытаний конструкций летательных аппаратов с радиационными нагревателями [RU 2037979 C1, H05B 3/06, 11.01.82 (19.06.95)], на котором перед основными нагревателями напротив наиболее теплонапряженных мест объекта испытаний установлены дополнительные нагреватели на основе графитовых излучателей, закрепленные на жестких токоподводах и снабженные индивидуальным источником регулируемого напряжения. На стенде теплопрочностных испытаний кроме радиационных нагревателей присутствуют элементы системы нагружения силовыми нагрузками, прикладываемыми к поверхности объекта испытаний. Установка дополнительных нагревателей напротив поверхности объекта испытаний, особенно в труднодоступных местах, как стык консоли крыла с центропланом затруднительна.A well-known test bench for thermal testing of aircraft structures with radiation heaters [RU 2037979 C1, H05B 3/06, 01/11/82 (06/19/95)], on which, in front of the main heaters, opposite heaters of the test object, additional heaters based on graphite radiators are mounted, fixed on hard current leads and equipped with an individual source of adjustable voltage. At the stand of heat-strength tests, in addition to radiation heaters, there are elements of the system of loading by power loads applied to the surface of the test object. The installation of additional heaters opposite the surface of the test object, especially in hard-to-reach places, as the junction of the wing console with the center section is difficult.
Целью изобретения является максимальное приближение условий испытаний конструкций ЛА к натурным посредством более точного воспроизведения температур наиболее теплоемких, теплонапряженных и труднодоступных мест объекта испытаний.The aim of the invention is to maximize the approximation of test conditions for aircraft designs to full-scale ones by more accurately reproducing the temperatures of the most heat-intensive, heat-stressed and inaccessible places of the test object.
Это достигается тем, что стенд снабжен дополнительными нагревателями в виде контактных нагревателей с резистивными элементами, прижимаемыми электрическими контактами непосредственно к электропроводящей поверхности наиболее теплонапряженных и теплоемких мест объекта испытаний, один из полюсов электрических контактов соединен общей шиной, резистивные элементы выполнены в виде двухслойного пакета электропроводящих частиц из высокотемпературных материалов, слой пакета, непосредственно прилегающий к объекту испытаний, обладает большим сопротивлением, а размеры пакета, частиц и степень их сжатия подбираются опытным путем.This is achieved by the fact that the stand is equipped with additional heaters in the form of contact heaters with resistive elements pressed by electrical contacts directly to the electrically conductive surface of the most heat-stressed and heat-intensive places of the test object, one of the poles of the electrical contacts is connected by a common bus, the resistive elements are made in the form of a two-layer package of electrically conductive particles made of high-temperature materials, the layer of the bag immediately adjacent to the test object has pain resistance, and the size of the packet, particles and the degree of compression are selected empirically.
На чертеже представлена схема стенда. Объектом испытаний 1 является отсек фюзеляжа с центропланом и консолью крыла 2. Объект испытаний через имитаторы 3 смежных отсеков закреплен к силовому порталу 4 стенда. Консоль крыла стыкуется к передней 5 и задней 6 балкам центроплана своими кронштейнами 7. Консоль нагружается системой нагружения 8 силовыми нагрузками посредством тяг, рычажек и гидроцилиндров. Вокруг объекта испытаний расположены радиационные нагреватели 9. К электропроводящей поверхности наиболее теплоемких мест объекта испытаний, местам стыка передней 5 и задней 6 балок центропланов и кронштейнов 7 стыковки консоли прижаты контактные нагреватели 10 с помощью плюсовых 11 и минусовых 12 электрических контактов. Сами электрические контакты прижимаются хомутами через электроизоляторы (на чертеже не показаны). Плюсовые контакты нагревателей соединены общей шиной 13. Электрическое сопротивление шины намного меньше электрического сопротивления корпуса объекта испытаний между местами установки однополюсных контактов. Контактные нагреватели снабжены индивидуальными регулируемыми источниками напряжения 14, полюса которых гальванически развязаны с массой стенда. Контактный нагреватель имеет резистивный элемент, выполненный в виде двухслойного пакета из электропроводящих частиц. Слой 15 пакета, непосредственно прилегающий к электропроводящей поверхности наиболее теплоемких мест объекта испытаний, в данном случае мест стыковки консоли крыла к балкам центроплана, обладает большим сопротивлением по сравнению со вторым слоем 16 пакета. В качестве электропроводящих частиц могут быть применены, например, волокна из тугоплавких металлов или углерода, направленные параллельно нагреваемой поверхности и перпендикулярно току, проходящему через резистивный элемент. При таком расположении частиц сопротивление резистивного элемента определяется в основном переходными сопротивлениями между контактирующими поверхностями частиц и многократно превышает сопротивление, определяемое материалом частиц. Необходимые размеры пакета резистивного элемента, размеры частиц и степень их сжатия определяются опытным путем. Для контроля температур и управления режимами нагрева на объект испытаний в соответствующих местах установлены датчики температуры 17, например термопары.The drawing shows a diagram of the stand. The test object 1 is the fuselage compartment with the center wing and wing console 2. The test object through the simulators 3 adjacent compartments is attached to the power portal 4 of the stand. The wing console is joined to the front 5 and rear 6 beams of the center section with its brackets 7. The console is loaded with a loading system of 8 power loads via rods, levers and hydraulic cylinders. Radiation heaters 9 are located around the test object. Contact heaters 10 are pressed to the electrically conductive surface of the most heat-sensitive places of the test object, to the joints of the front 5 and rear 6 beams of the center sections and brackets 7 of the console docking by means of plus 11 and minus 12 electrical contacts. The electrical contacts themselves are pressed with clamps through electrical insulators (not shown in the drawing). The positive contacts of the heaters are connected by a common bus 13. The electrical resistance of the bus is much less than the electrical resistance of the body of the test object between the installation sites of unipolar contacts. Contact heaters are equipped with individually adjustable voltage sources 14, the poles of which are galvanically isolated from the mass of the stand. The contact heater has a resistive element made in the form of a two-layer package of electrically conductive particles. The layer 15 of the package, directly adjacent to the electrically conductive surface of the most heat-intensive places of the test object, in this case, the joints of the wing console to the beams of the center section, has a higher resistance compared to the second layer 16 of the package. As electrically conductive particles can be applied, for example, fibers of refractory metals or carbon, directed parallel to the heated surface and perpendicular to the current passing through the resistive element. With this arrangement of particles, the resistance of the resistive element is determined mainly by the transition resistances between the contacting surfaces of the particles and many times exceeds the resistance determined by the material of the particles. The required dimensions of the resistive element package, particle sizes and their compression ratio are determined empirically. To control temperatures and control heating modes, temperature sensors 17, such as thermocouples, are installed at the test object in appropriate places.
Предлагаемый стенд теплопрочностных испытаний работает следующим образом. В процессе испытания система нагружения 8 прикладывает по программе силы к консоли крыла 2. Одновременно радиационные нагреватели 9 по программе нагревают поверхности объекта испытаний. Теплоемкие и труднодоступные места объекта испытаний, а именно места стыка передней 5 и задней 6 балок центропланов и кронштейнов 7 стыковки консоли, нагреваются дополнительными контактными нагревателями. Основное тепловыделение в резистивных элементах происходит вблизи и на поверхности нагреваемых мест объекта испытаний. В слое резистивного элемента, прилегающего к электрическому контакту, выделяется значительно меньшее количество тепла, что препятствует его расплавлению. Шина, объединяющая плюсовые контакты, минимизирует неконтролируемые токи через корпус испытуемой конструкции между непарными плюсовыми и минусовыми контактами. Например, между плюсовым контактом передней балки центроплана и минусовым контактом задней балки центроплана.The proposed stand heat-strength tests works as follows. During the test, the loading system 8 applies a program of force to the wing console 2. At the same time, the radiation heaters 9 program heat the surfaces of the test object. The heat-consuming and hard-to-reach places of the test object, namely the junction of the front 5 and rear 6 beam center sections and brackets 7 of the console dock, are heated by additional contact heaters. The main heat release in the resistive elements occurs near and on the surface of the heated places of the test object. A much smaller amount of heat is generated in the layer of the resistive element adjacent to the electrical contact, which prevents its melting. The bus, combining the positive contacts, minimizes uncontrolled currents through the housing of the tested design between unpaired positive and negative contacts. For example, between the positive contact of the front beam of the center section and the negative contact of the rear beam of the center section.
На дополнительные контактные нагреватели подается автоматически регулируемое напряжение, чтобы обеспечить с требуемой точностью нагрев наиболее теплоемких и теплонапряженных мест объекта испытаний.An additional automatically controlled voltage is applied to additional contact heaters in order to ensure the heating of the most heat-intensive and heat-stressed places of the test object with the required accuracy.
Предлагаемый стенд теплопрочностных испытаний обеспечивает проведение прочностных испытаний с нагревом теплоемких и теплонапряженных труднодоступных мест объектов испытаний вплоть до температур плавления стальных конструкций с выделением удельного теплового потока более 2000 кВт/м2.The proposed bench of heat strength tests provides strength tests with heating of heat-intensive and heat-stressed hard-to-reach places of test objects up to the melting points of steel structures with the release of a specific heat flux of more than 2000 kW / m 2 .