RU2715475C1 - Thermal testing method of ceramic fairings - Google Patents

Thermal testing method of ceramic fairings Download PDF

Info

Publication number
RU2715475C1
RU2715475C1 RU2019120953A RU2019120953A RU2715475C1 RU 2715475 C1 RU2715475 C1 RU 2715475C1 RU 2019120953 A RU2019120953 A RU 2019120953A RU 2019120953 A RU2019120953 A RU 2019120953A RU 2715475 C1 RU2715475 C1 RU 2715475C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
thermal
batch
displacements
measurement
Prior art date
Application number
RU2019120953A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Семёнович Райлян
Василий Иванович Фокин
Вадим Владимирович Афтаев
Михаил Юрьевич Русин
Сергей Васильевич Резник
Original Assignee
Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» filed Critical Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина»
Priority to RU2019120953A priority Critical patent/RU2715475C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2715475C1 publication Critical patent/RU2715475C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/12—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring diameters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
    • G01M9/02—Wind tunnels
    • G01M9/04—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
    • G01M9/06—Measuring arrangements specially adapted for aerodynamic testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/72—Investigating presence of flaws

Abstract

FIELD: test technology.SUBSTANCE: invention relates to methods for reproducing the aerodynamic thermal effect on the fairing of an aircraft in terrestrial conditions. Disclosed is a method of thermal tests of ceramic fairings, which includes heating of outer surface according to a predetermined mode and temperature measurement. Diameter displacements in preset cross-sections are registered for articles from batch at heating synchronously with measurement of temperature of external and internal surfaces. At that, temperature mode is set by external surface temperature, and for the following items to be tested, in case of failure of thermocouples in feedback, thermal mode is set by the level of diametrical displacements, obtained from the test results of previous articles from the batch. At that, the whole batch test quality is evaluated by difference of minimum and maximum of all results of diametrical displacements measurement throughout the batch.EFFECT: high accuracy of controlling thermal loading of ceramic shells of revolution by controlling indirect parameters which determine thermal loading, the measurement error of which is low.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам моделирования и управления тепловыми процессами и может использоваться при тепловых испытаниях оболочек летательных аппаратов.The invention relates to methods for modeling and control of thermal processes and can be used for thermal testing of shells of aircraft.

Известны способы контроля теплового нагружения авиационных конструкций при моделировании аэродинамического нагрева, распространяющегося на методы внешнего нагрева (инфракрасный, конвективный и за счет теплообмена теплопроводностью через контакт с нагретым телом), например способы по патентам РФ №№ 2626406, 2646245, 2599460, 2632031, 2531052, 2676385, 2571442, 2451971, 2517790, 2525844, 2548617. Эти способы заключаются в том, что тождественность нагрева по заданному режиму определяется по равенству заданных и контролируемых в процессе нагрева условий теплообмена на границах конструкции. Один из этих способов заключается в контроле распределения плотности теплового потока через каждый элемент поверхности (граничное условие второго рода), другой – в контроле распределения температуры (граничное условие первого рода). Known methods for controlling the thermal loading of aircraft structures in the simulation of aerodynamic heating, which applies to external heating methods (infrared, convective and due to heat transfer by thermal conductivity through contact with a heated body), for example, methods according to RF patents Nos. 2626406, 2646245, 2599460, 2632031, 2531052, 2676385, 2571442, 2451971, 2517790, 2525844, 2548617. These methods consist in the fact that the identity of heating in a given mode is determined by the equality of the heat exchange conditions specified and controlled during heating at the boundaries Design. One of these methods consists in controlling the distribution of the heat flux density through each element of the surface (a boundary condition of the second kind), and the other in controlling the distribution of temperature (a boundary condition of the first kind).

К недостаткам контроля граничного условия второго рода сложность измерения плотности тепловых потоков в установках радиационного нагрева, поэтому при тепловых испытаниях обтекателей в установках радиационного нагрева тепловые режимы задаются по температуре фронтальной поверхности. The disadvantages of controlling the boundary conditions of the second kind are the difficulty of measuring the density of heat fluxes in radiation heating installations, therefore, during thermal tests of fairings in radiation heating installations, the thermal regimes are set by the temperature of the front surface.

Способ контроля граничных условий первого рода тоже обладает недостатком – это большая погрешность методов измерения температуры на внешней поверхности неметаллических материалов, например керамики, связанных с разностью теплофизических свойств материала объекта испытаний и контактного термоприемника.The method of controlling the boundary conditions of the first kind also has a drawback - this is a large error in the methods of measuring the temperature on the outer surface of non-metallic materials, such as ceramics, associated with the difference in the thermophysical properties of the material of the test object and the contact thermal receiver.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Способ тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов" по патенту РФ №2632031, МПК G01N 25/72, публикация от 02.10.2017 г.Closest to the technical nature of the present invention is the "Method of thermal testing of rocket fairings from non-metallic materials" according to the patent of the Russian Federation No. 2632031, IPC G01N 25/72, publication of 02.10.2017.

В прототипе для повышения точности задания температурного поля на фронтальной поверхности применяется продув оболочки со стороны носка и со стороны отражательных экранов инфракрасных нагревателей, т.е. техническое решение направлено на повышение точности задания граничных условий. Из сказанного следует, что прототип по патенту №2632031 обладает теми же недостатками, что и другие способы при задании граничных условий первого рода. In the prototype, in order to increase the accuracy of setting the temperature field on the frontal surface, sheath blowing is applied from the nose side and from the reflective screens of infrared heaters, i.e. the technical solution is aimed at improving the accuracy of setting boundary conditions. From the foregoing, it follows that the prototype according to patent No. 2632031 has the same disadvantages as other methods when setting boundary conditions of the first kind.

Целью настоящего изобретения является повышение точности контроля теплового нагружения керамических оболочек вращения за счет контроля косвенных параметров, определяющих тепловое нагружение, погрешность измерения которых мала. Например, изменение диаметра внутренней поверхности оболочки вследствие теплового расширения.The aim of the present invention is to improve the accuracy of control of thermal loading of ceramic shells of revolution by controlling indirect parameters that determine thermal loading, the measurement error of which is small. For example, a change in the diameter of the inner surface of the shell due to thermal expansion.

Поставленная цель достигается тем, что предложен способ тепловых испытаний керамических обтекателей, включающий нагрев наружной поверхности по заданному режиму и измерение температуры, отличающийся тем что для изделий из партии при нагреве синхронно с измерением температуры наружной и внутренней поверхностей регистрируются диаметральные перемещения в заданных сечениях, при этом температурный режим задается по температуре наружной поверхности, а для следующих изделий подлежащих испытанию в случае выхода из строя термопар в обратной связи, тепловой режим задается по уровню диаметральных перемещений, полученных по результатам испытаний предыдущих изделий из партии, причем качество испытания всей партии оценивается по разнице минимума и максимума результатов измерения диаметральных перемещений по всей партии.This goal is achieved by the fact that the proposed method of thermal testing of ceramic fairings, including heating the outer surface according to a predetermined mode and temperature measurement, characterized in that for products from the party during heating, in parallel with measuring the temperature of the outer and inner surfaces, diametrical movements in the given sections are recorded, while the temperature regime is set by the temperature of the outer surface, and for the following products to be tested in case of failure of the thermocouples back connection, the thermal regime is set by the level of diametrical displacements obtained from tests of previous products from the batch, and the quality of testing the entire batch is estimated by the difference between the minimum and maximum results of measuring diametrical displacements throughout the batch.

В основу предлагаемого способа положена зависимость перемещения внутренней поверхности оболочки от среднеинтегральной температуры по стенке оболочки. Согласно (А.Д. Коваленко. Термоупругость.- К.: Вища школа. -1975, - с.88.) зависимость радиального перемещения точек цилиндрической оболочки от температурного профиля по стенке имеет вид: The basis of the proposed method is the dependence of the displacement of the inner surface of the shell on the average integral temperature along the wall of the shell. According to (A.D. Kovalenko. Thermoelasticity. - K .: Vishcha school. -1975, - p. 88.) the dependence of the radial movement of the points of the cylindrical shell on the temperature profile along the wall has the form:

Figure 00000001
, (1)
Figure 00000001
 , (1)

где

Figure 00000002
,
Figure 00000003
,
Figure 00000004
,
Figure 00000005
 – средний коэффициент линейного теплового расширения в интервале температур
Figure 00000006
,
Figure 00000007
– коэффициент Пуассона,
Figure 00000008
 – внешний радиус цилиндра,
Figure 00000009
– относительный радиус,
Figure 00000010
 – начальная температура.Where
Figure 00000002
 ,
Figure 00000003
 ,
Figure 00000004
 ,
Figure 00000005
 - the average coefficient of linear thermal expansion in the temperature range
Figure 00000006
 ,
Figure 00000007
 - Poisson's ratio,
Figure 00000008
 Is the outer radius of the cylinder,
Figure 00000009
 - relative radius
Figure 00000010
 - initial temperature.

Из формулы (1) вытекает зависимость изменения диаметра внутренней поверхности (ρ = ρ1): From the formula (1) follows the dependence of the change in the diameter of the inner surface (ρ = ρ 1 ):

Figure 00000011
, (2)
Figure 00000011
 , (2)

где r 1 – внутренний радиус цилиндра.where r 1 is the inner radius of the cylinder.

Формулу (2) можно преобразовать к виду:Formula (2) can be converted to the form:

Figure 00000012
; (3)
Figure 00000012
 ; (3)

где

Figure 00000013
.Where
Figure 00000013
 .

Формула (3) показывает, что изменение диаметра пропорционально изменению среднеинтегральной температуры по стенке оболочки.Formula (3) shows that the change in diameter is proportional to the change in the average integral temperature along the shell wall.

Одним из условий тождественности теплового нагружения является равенство фактически получаемых значений температур и значений заданного температурного профиля по стенке оболочки в процессе нагрева. В то же время, равенству температурного профиля по стенке в процессе внешнего нагрева при одних и тех же теплофизических характеристиках, начальных условиях и геометрии оболочки соответствует равенство среднеинтегральных температур. Учитывая это, а также выражение (3), можно утверждать, что равенство радиального перемещения внутренней поверхности оболочки заданным значениям в процессе тепловых испытаний является условием тождественности внешнего нагрева. One of the conditions for the identity of thermal loading is the equality of the actually obtained temperature values and the values of the given temperature profile along the shell wall during heating. At the same time, the equality of the temperature profile along the wall in the process of external heating at the same thermophysical characteristics, initial conditions and shell geometry corresponds to the equality of the average integral temperatures. Given this, as well as expression (3), it can be argued that the equality of the radial displacement of the inner surface of the shell to the given values during the thermal tests is a condition for the identity of the external heating.

Схематично способ контроля представлен на фигуре. Schematically, the control method is presented in the figure.

Перед тепловыми испытаниями внутрь оболочки 1 монтируется охлаждаемый датчик линейных перемещений 2. Нагрев осуществляется нагревателем, состоящим из инфракрасных излучателей 3 и отражательных экранов 4 причем в процессе нагрева фронтальной поверхности оболочки 1 регистрируются показания датчика перемещений 2. Далее, сравнивая полученные данные с эталонными значениями, производится корректировка нагрева в ручном или автоматическом режиме. Цифрами 5 обозначены термопары на фронтальной поверхности, а цифрой 6 термопары на внутренней поверхности оболочки.Before thermal tests, a cooled linear displacement sensor 2 is mounted inside the shell 1. Heating is carried out by a heater consisting of infrared emitters 3 and reflective screens 4; moreover, during the heating of the front surface of the shell 1, the readings of the displacement sensor 2 are recorded. Further, comparing the obtained data with reference values, correction of heating in manual or automatic mode. The numbers 5 indicate thermocouples on the front surface, and the number 6 thermocouples on the inner surface of the shell.

Представленный способ может быть использован для контроля внешнего нагрева керамических оболочек вращения при тепловых испытаниях различными методами нагрева: инфракрасным, конвективным и теплопроводностью через контакт с нагретым телом. Кроме того, способ может быть использован для оценки качества теплопрочностных испытаний данного типа обтекателей во времени.The presented method can be used to control the external heating of ceramic shells of revolution during thermal tests by various heating methods: infrared, convective and thermal conductivity through contact with a heated body. In addition, the method can be used to assess the quality of heat resistance tests of this type of fairings over time.

Claims (1)

Способ тепловых испытаний керамических обтекателей, включающий нагрев наружной поверхности по заданному режиму и измерение температуры, отличающийся тем, что для изделий из партии при нагреве синхронно с измерением температуры наружной и внутренней поверхностей регистрируются диаметральные перемещения в заданных сечениях, при этом температурный режим задается по температуре наружной поверхности, а для следующих изделий, подлежащих испытанию, в случае выхода из строя термопар в обратной связи тепловой режим задается по уровню диаметральных перемещений, полученных по результатам испытаний предыдущих изделий из партии, причем качество испытания всей партии оценивается по разнице минимума и максимума результатов измерения диаметральных перемещений по всей партии.A method of thermal testing of ceramic fairings, including heating the outer surface according to a predetermined mode and measuring temperature, characterized in that for products from a batch when heating, in parallel with measuring the temperature of the outer and inner surfaces, diametrical displacements are recorded in predetermined sections, and the temperature regime is set according to the outside temperature surface, and for the following products to be tested, in case of failure of thermocouples in feedback, the thermal regime is set by the level of diameter total displacements obtained from tests of previous products from the batch, and the quality of testing the entire batch is estimated by the difference between the minimum and maximum results of measuring diametrical movements throughout the batch.
RU2019120953A 2019-07-04 2019-07-04 Thermal testing method of ceramic fairings RU2715475C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019120953A RU2715475C1 (en) 2019-07-04 2019-07-04 Thermal testing method of ceramic fairings

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019120953A RU2715475C1 (en) 2019-07-04 2019-07-04 Thermal testing method of ceramic fairings

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2715475C1 true RU2715475C1 (en) 2020-02-28

Family

ID=69768103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019120953A RU2715475C1 (en) 2019-07-04 2019-07-04 Thermal testing method of ceramic fairings

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2715475C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5942682A (en) * 1998-02-02 1999-08-24 Northrop Grumman Corporation Apparatus to simulate aerodynamic cooling and heating effects on aircraft/missile equipment
US20080107147A1 (en) * 2006-11-06 2008-05-08 The Boeing Company Infrared ndi for shallow defect detection
RU2517790C1 (en) * 2012-12-18 2014-05-27 Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Application of heat stress to rocket cowls of nonmetals
RU2531052C1 (en) * 2013-07-12 2014-10-20 Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Method of thermal tests of ceramic fairings of rockets
RU2626406C1 (en) * 2016-08-18 2017-07-27 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Method of thermal testing of radio transparent cowls
RU2632031C1 (en) * 2016-08-18 2017-10-02 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Method of thermal tests of rocket fairings of nonmetallic materials
RU2649248C1 (en) * 2017-02-27 2018-03-30 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Method of thermal tests of ceramic shells
RU2676385C1 (en) * 2017-08-31 2018-12-28 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Method for thermal control during heat tests of antenna domes of missiles

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5942682A (en) * 1998-02-02 1999-08-24 Northrop Grumman Corporation Apparatus to simulate aerodynamic cooling and heating effects on aircraft/missile equipment
US20080107147A1 (en) * 2006-11-06 2008-05-08 The Boeing Company Infrared ndi for shallow defect detection
RU2517790C1 (en) * 2012-12-18 2014-05-27 Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Application of heat stress to rocket cowls of nonmetals
RU2531052C1 (en) * 2013-07-12 2014-10-20 Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Method of thermal tests of ceramic fairings of rockets
RU2626406C1 (en) * 2016-08-18 2017-07-27 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Method of thermal testing of radio transparent cowls
RU2632031C1 (en) * 2016-08-18 2017-10-02 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Method of thermal tests of rocket fairings of nonmetallic materials
RU2649248C1 (en) * 2017-02-27 2018-03-30 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Method of thermal tests of ceramic shells
RU2676385C1 (en) * 2017-08-31 2018-12-28 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Method for thermal control during heat tests of antenna domes of missiles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108303443B (en) Sheet material heat-conducting performance steady-state testing method
Zmeskal et al. Thermal properties of samples prepared from polylactic acid by 3D printing
CN108680285A (en) The calibration method of short branch electric thermo-couple temperature verification stove and short branch thermocouple
CN204389067U (en) A kind of shallow type temperature checking stove that declines
KR101057237B1 (en) Temperature measuring method and temperature measuring apparatus of steel sheet, and temperature control method of steel sheet
RU2715475C1 (en) Thermal testing method of ceramic fairings
Babak et al. The heat exchange simulation in the device for measuring the emissivity of coatings and material surfaces
Zhang et al. An investigation into metallic powder thermal conductivity in laser powder bed fusion additive manufacturing
RU2676385C1 (en) Method for thermal control during heat tests of antenna domes of missiles
CN108872740B (en) Method for calibrating and predicting ignition temperature rise of exposed bridge wire of electric explosion device under steady state
RU2468360C1 (en) Method to measure integral coefficient of heat-shielding materials surface radiation
RU2694115C1 (en) Method of determining degree of blackness of surface of natural fairings of missiles during thermal tests and installation for its implementation
CN116242878A (en) Integrated test system and method for performance of thermal protection material
WO1991014161A1 (en) Thermal sensing
RU2510491C2 (en) Method of measuring emissivity factor
RU2688911C1 (en) Method of measuring integral coefficient of surface radiation of solid material
Datta et al. Inverse heat method to estimate the heat flux in bread baking
Kostanovskii et al. Investigation of stability of the relative elongation of GIP-4 graphite under cyclic thermal loads.
RU2598699C1 (en) Method of determining temperature dependence of emissivity factor (versions)
CN114777929B (en) Ground test temperature measurement method based on trajectory in airplane ground heat intensity test
RU2787966C1 (en) Method for determining the integral hemispherical degree of emissivity of surfaces of solid bodies and coatings
RU2785084C1 (en) Method for determining thermal diffusivity and thermal conductivity coefficient
RU2625599C9 (en) Method for determining thermal conductivity of solid bodies
Arkhipov et al. Technique of measuring the emissivity coefficient
Rickman et al. A physics-based temperature stabilization criterion for thermal testing