RU2534362C1 - Method of thermal loading of aircraft structures made from nonmetallic materials - Google Patents
Method of thermal loading of aircraft structures made from nonmetallic materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2534362C1 RU2534362C1 RU2013132731/28A RU2013132731A RU2534362C1 RU 2534362 C1 RU2534362 C1 RU 2534362C1 RU 2013132731/28 A RU2013132731/28 A RU 2013132731/28A RU 2013132731 A RU2013132731 A RU 2013132731A RU 2534362 C1 RU2534362 C1 RU 2534362C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- product
- thermal loading
- aircraft structures
- inductor
- heating element
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и авиационно-космической отрасли промышленности и может быть использовано при проведении испытаний конструкции летательных аппаратов и их узлов (головных обтекателей) из неметаллических материалов на тепловые, а также комплексные термовибрационные и термовакуумные воздействия при экспериментальной отработке в наземных условиях, как способ воспроизведения аэродинамического теплового воздействия.The invention relates to the field of mechanical engineering and the aerospace industry and can be used to test the design of aircraft and their units (head fairings) from non-metallic materials for thermal, as well as complex thermal and vibration and thermal vacuum effects during experimental testing in ground conditions, as a method reproducing aerodynamic thermal effects.
В настоящее время воспроизведение аэродинамического нагрева осуществляется в различных установках: аэродинамических трубах, баллистических установках, плазменных установках, стендах на основе прямоточных реактивных двигателей [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.]. Недостатками способов является большая стоимость испытаний и, как следствие, ограничение применения в наземной отработке конструкций летательных аппаратов.Currently, the reproduction of aerodynamic heating is carried out in various installations: wind tunnels, ballistic installations, plasma installations, stands based on direct-flow jet engines [Materials and coatings in extreme conditions. A look into the future: In 3 vols. - Vol. 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.: Ill.]. The disadvantages of the methods is the high cost of testing and, as a consequence, the limitation of the use of aircraft structures in ground testing.
Одними из самых распространенных в практике наземных испытаний являются стенды радиационного нагрева.One of the most common ground tests in practice is radiation heating stands.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов - Патент RU 2456568 C1, 20.07.2012. Способ включает зонный нагрев изделия и измерение температуры, отличающийся тем, что нагрев изделия осуществляют за счет контакта нагревателя с наружной поверхностью, а распределение температуры по высоте обтекателя задают электропроводящими секторами нагревателя разной толщины, соединенными в электрическую цепь последовательно.The closest in technical essence and the achieved result is a method of thermal loading of rocket fairings from non-metallic materials - Patent RU 2456568 C1, 20.07.2012. The method includes zone heating of the product and temperature measurement, characterized in that the product is heated by contacting the heater with the outer surface, and the temperature distribution along the height of the cowl is determined by the electrically conductive sectors of the heater of different thicknesses connected in series to the electric circuit.
Основным недостатком данного способа является то, что процесс передачи энергии в нагреватель осуществляется контактно с помощью токоведущих шин, расположенных на нагревателе, что создает конструктивные сложности в процессе проведения теплового нагружения, а также снижает точность выполнения программ испытаний.The main disadvantage of this method is that the process of transferring energy to the heater is carried out by contact using current-carrying buses located on the heater, which creates structural difficulties in the process of carrying out thermal loading, and also reduces the accuracy of the test programs.
Целью изобретения является конструктивное упрощение процесса передачи энергии в нагреватель и повышение точности выполнения программ испытаний при имитации в наземных условиях реального теплового воздействия за счет бесконтактной передачи энергии в нагреватель.The aim of the invention is the structural simplification of the process of transferring energy to the heater and increasing the accuracy of the test programs when simulating in real-world conditions of real heat exposure due to contactless transfer of energy to the heater.
Цель достигается тем, что предложен способ теплового нагружения конструкций летательных аппаратов из неметаллических материалов, включающий зонный нагрев изделия и измерение температуры, отличающийся тем, что зонный нагрев изделия осуществляют бесконтактной передачей энергии переменным магнитным полем средней частоты, генерируемым индуктором, в промежуточный нагревательный элемент, выполненный из ферромагнитного материала, расположенный на поверхности изделия.The goal is achieved by the fact that the proposed method of thermal loading of aircraft structures made of non-metallic materials, including zone heating of the product and temperature measurement, characterized in that the zone heating of the product is carried out by contactless energy transfer by an alternating magnetic field of a medium frequency generated by an inductor to an intermediate heating element made of ferromagnetic material located on the surface of the product.
Авторы экспериментально установили, что при воздействии среднечастотного магнитного поля (2÷3 кГц), за счет магнитного сопротивления, происходит интенсивный разогрев промежуточного нагревательного элемента, выполненного из ферромагнитного материала, от которого теплопередачей осуществляется тепловое нагружение изделия. При этом остальная испытательная оснастка изготовлена из неферромагнитного материала, и при воздействии переменного магнитного поля средней частоты существенного нагрева ее не происходит. За счет этого эффекта исключены энергетические потери на нагрев испытательной оснастки.The authors experimentally established that under the influence of a mid-frequency magnetic field (2 ÷ 3 kHz), due to magnetic resistance, intense heating of the intermediate heating element made of ferromagnetic material occurs, from which heat transfer of the product is carried out by heat transfer. The rest of the test rig is made of non-ferromagnetic material, and when exposed to an alternating magnetic field of medium frequency, it does not significantly heat up. Due to this effect, energy losses due to heating of the test rig are excluded.
Способ иллюстрирует схема, представленная на чертеже. Тепловое нагружение неметаллического изделия 1 осуществляется за счет передачи тепла от промежуточного нагревательного элемента 2, нагреваемого в переменном магнитном поле, генерируемом индуктором 3. Для уменьшения тепловых потерь и направления потока тепловой энергии на изделие промежуточный нагревательный элемент изолирован с внешней стороны специальным теплоизоляционным материалом 4. Исходя из условий режима теплового нагружения, индуктор и промежуточный нагревательный элемент изготавливают в различных конфигурациях и располагают как снаружи, так и внутри нагреваемого изделия.The method illustrates the diagram shown in the drawing. Thermal loading of the non-metallic product 1 is carried out by transferring heat from the intermediate heating element 2, heated in an alternating magnetic field generated by the inductor 3. To reduce heat loss and direct the flow of heat energy to the product, the intermediate heating element is insulated from the outside with special heat-insulating material 4. Based on from the conditions of thermal loading, the inductor and the intermediate heating element are made in various configurations and disposed of They are scented both outside and inside the heated product.
Предлагаемый способ реализован следующим образом. При заданном распределении плотности теплового потока по высоте изделия конструкцию условно разделяют на зоны с заданной плотностью теплового потока. Далее для каждой зоны изготавливают промежуточный нагревательный элемент из ферромагнитного материала с поверхностью, эквидистантной поверхности изделия в соответствующей зоне теплового нагружения. Промежуточный нагревательный элемент вместе с изделием помещают в переменное магнитное поле средней частоты, генерируемое индуктором, в котором происходит его бесконтактный нагрев. Зонный нагрев изделия осуществляют теплопередачей от промежуточного нагревательного элемента и измеряют температуру в каждой зоне. Конструкционные, электрические и энергетические параметры системы индуктор - промежуточный нагревательный элемент устанавливают, исходя из режима теплового нагружения и специфики выполняемой задачи.The proposed method is implemented as follows. For a given distribution of heat flux density along the height of the product, the design is conditionally divided into zones with a given heat flux density. Further, for each zone, an intermediate heating element is made of a ferromagnetic material with a surface equidistant to the surface of the product in the corresponding heat loading zone. The intermediate heating element together with the product is placed in an alternating magnetic field of medium frequency generated by an inductor, in which it is contactless heated. Zone heating of the product is carried out by heat transfer from the intermediate heating element and the temperature in each zone is measured. The structural, electrical and energy parameters of the inductor - intermediate heating element system are set based on the thermal loading mode and the specifics of the task to be performed.
Для расчета распределения плотности теплового потока по высоте изделия нагревательный элемент разбивают на i зон (см. чертеж).To calculate the distribution of heat flux density over the height of the product, the heating element is divided into i zones (see drawing).
Плотность теплового потока qi в i-той зоне может быть определена с помощью формулы:The heat flux density q i in the i-th zone can be determined using the formula:
где w - количество витков индуктора, приходящихся на i-ую зону;where w is the number of turns of the inductor falling on the i-th zone;
I - сила тока в индукторе;I is the current strength in the inductor;
kсв - коэффициент связи системы индуктор - нагреватель;k sv is the coupling coefficient of the inductor-heater system;
ρ - удельное электрическое сопротивление;ρ is the electrical resistivity;
µ - относительная магнитная проницаемость;µ is the relative magnetic permeability;
f - частота тока в индукторе;f is the current frequency in the inductor;
Fф - поправочная функция;F f - correction function;
Δhi - высота i-той зоны;Δh i is the height of the i-th zone;
ri - радиус i-той зоны;r i is the radius of the i-th zone;
α - угол наклона i-той зоны к вертикальной оси.α is the angle of inclination of the i-th zone to the vertical axis.
Формула (1) выводится путем решения системы дифференциальных уравнений электромагнитного поляFormula (1) is derived by solving the system of differential equations of the electromagnetic field
где B - магнитная индукция;where B is the magnetic induction;
D - электрическая индукция;D is electric induction;
H - напряженность магнитного поля;H is the magnetic field strength;
J - плотность тока проводимости;J is the conductivity current density;
E - напряженность электрического поля;E is the electric field strength;
с учетом следующих допущений:subject to the following assumptions:
- электромагнитное поле меняется по синусоидальному закону;- the electromagnetic field changes according to a sinusoidal law;
- так как в металлах ток смещения много меньше тока проводимости, то для проводников- since in metals the bias current is much less than the conduction current, for conductors
Предлагаемый способ позволяет упростить процесс передачи энергии в промежуточный нагревательный элемент, повысить точность выполнения программ испытаний и снизить энергетические затраты на их проведение. Способ может найти широкое применение при проведении тепловых, а также комплексных термовибрационных и термовакуумных испытаний при экспериментальной отработке в наземных условиях конструкций летательных аппаратов и их узлов из неметаллических материалов с различной формой поверхности.The proposed method allows to simplify the process of energy transfer to the intermediate heating element, to increase the accuracy of the test programs and reduce energy costs for their implementation. The method can find wide application in conducting thermal, as well as complex thermal vibration and thermal vacuum tests during experimental testing in ground conditions of aircraft structures and their assemblies of non-metallic materials with various surface shapes.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013132731/28A RU2534362C1 (en) | 2013-07-15 | 2013-07-15 | Method of thermal loading of aircraft structures made from nonmetallic materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013132731/28A RU2534362C1 (en) | 2013-07-15 | 2013-07-15 | Method of thermal loading of aircraft structures made from nonmetallic materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2534362C1 true RU2534362C1 (en) | 2014-11-27 |
Family
ID=53383028
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013132731/28A RU2534362C1 (en) | 2013-07-15 | 2013-07-15 | Method of thermal loading of aircraft structures made from nonmetallic materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2534362C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2583353C1 (en) * | 2015-02-24 | 2016-05-10 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method for thermal loading of rocket cowls made of nonmetals |
RU2599460C1 (en) * | 2015-08-03 | 2016-10-10 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method of thermal tests of cowlings made of nonmetallic materials |
RU2738432C1 (en) * | 2019-12-17 | 2020-12-14 | Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» | Method for thermal loading of aircraft structural elements |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU834486A1 (en) * | 1979-10-19 | 1981-05-30 | Dyatlov Vladimir A | Method of detecting surface flaws in electroconductive articles |
SU1307317A1 (en) * | 1985-01-03 | 1987-04-30 | Украинский заочный политехнический институт им.И.З.Соколова | Device for measuring thermal conductivity of connection part contact area |
US20080304539A1 (en) * | 2006-05-12 | 2008-12-11 | The Boeing Company | Electromagnetically heating a conductive medium in a composite aircraft component |
RU105445U1 (en) * | 2010-10-29 | 2011-06-10 | Открытое Акционерное Общество "Государственный Ракетный Центр Имени Академика В.П. Макеева" | STAND FOR HEAT TESTS |
RU2456568C1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-07-20 | Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" (ОАО "ОНПП "Технология") | Method for thermal loading rocket fairings made from nonmetallic materials |
-
2013
- 2013-07-15 RU RU2013132731/28A patent/RU2534362C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU834486A1 (en) * | 1979-10-19 | 1981-05-30 | Dyatlov Vladimir A | Method of detecting surface flaws in electroconductive articles |
SU1307317A1 (en) * | 1985-01-03 | 1987-04-30 | Украинский заочный политехнический институт им.И.З.Соколова | Device for measuring thermal conductivity of connection part contact area |
US20080304539A1 (en) * | 2006-05-12 | 2008-12-11 | The Boeing Company | Electromagnetically heating a conductive medium in a composite aircraft component |
RU105445U1 (en) * | 2010-10-29 | 2011-06-10 | Открытое Акционерное Общество "Государственный Ракетный Центр Имени Академика В.П. Макеева" | STAND FOR HEAT TESTS |
RU2456568C1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-07-20 | Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" (ОАО "ОНПП "Технология") | Method for thermal loading rocket fairings made from nonmetallic materials |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2583353C1 (en) * | 2015-02-24 | 2016-05-10 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method for thermal loading of rocket cowls made of nonmetals |
RU2599460C1 (en) * | 2015-08-03 | 2016-10-10 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method of thermal tests of cowlings made of nonmetallic materials |
RU2738432C1 (en) * | 2019-12-17 | 2020-12-14 | Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» | Method for thermal loading of aircraft structural elements |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2456568C1 (en) | Method for thermal loading rocket fairings made from nonmetallic materials | |
Kranjc et al. | Numerical analysis and thermographic investigation of induction heating | |
Gao et al. | Multiple cracks detection and visualization using magnetic flux leakage and eddy current pulsed thermography | |
RU2571442C1 (en) | Tests with application of heat stress to rocket cowls of nonmetals | |
Tian et al. | Pulsed eddy current thermography and applications | |
Koyama et al. | Eddy current nondestructive testing for carbon fiber-reinforced composites | |
Mizukami et al. | Detection of in-plane fiber waviness in cross-ply CFRP laminates using layer selectable eddy current method | |
RU2517790C1 (en) | Application of heat stress to rocket cowls of nonmetals | |
JP2017143054A (en) | Apparatus and method for anti-icing of velocity measurement probe | |
RU2534362C1 (en) | Method of thermal loading of aircraft structures made from nonmetallic materials | |
Mishra et al. | Determining work-brush interface temperature in magnetic abrasive finishing process | |
US20170361935A1 (en) | Hybrid acoustic and induction-heating systems and methods for impeding formation of ice | |
Cheprasov et al. | Detection of cold cracks in the cast-steels by the methods of ultrasonic and eddy-current infrared thermography | |
CN104792861A (en) | Flexible array eddy-current probe for detecting conductive structure defects and detection method | |
US10137994B2 (en) | Hybrid acoustic and induction-heating systems and methods for impeding formation of ice | |
RU2599460C1 (en) | Method of thermal tests of cowlings made of nonmetallic materials | |
CN103547944B (en) | The detecting system of geologic(al) formation | |
Louaayou et al. | 2D finite element method study of the stimulation induction heating in synchronic thermography NDT | |
Kasai et al. | A novel film eddy current probe having a detection coil interleaved to the excitation coil and the amplified effect by ferromagnetic amorphous alloys particles | |
Gao et al. | Ferrite-yoke based pulsed induction thermography for cracks quantitative evaluation | |
Xiao et al. | Design and investigation of a two-coil magnetic core inductor used for eddy current pulsed thermography | |
Zhang et al. | Technical Parameter Analysis of High-Frequency Induction Heating Applied to Steel Plate Bending. | |
RU2738432C1 (en) | Method for thermal loading of aircraft structural elements | |
Gubatyuk et al. | Simulation of electromagnetic and thermal fields in the process of induction heating on small specimens with the presence of welded joint of high-strength railway rails | |
Liu et al. | Simulation of corrosion on detection for pulsed eddy current |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |