RU2793603C1 - Method for static testing of ceramic fairings - Google Patents

Method for static testing of ceramic fairings Download PDF

Info

Publication number
RU2793603C1
RU2793603C1 RU2022116462A RU2022116462A RU2793603C1 RU 2793603 C1 RU2793603 C1 RU 2793603C1 RU 2022116462 A RU2022116462 A RU 2022116462A RU 2022116462 A RU2022116462 A RU 2022116462A RU 2793603 C1 RU2793603 C1 RU 2793603C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fairing
strain gauge
rod
deflection
ceramic
Prior art date
Application number
RU2022116462A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Семенович Райлян
Михаил Юрьевич Русин
Василий Иванович Фокин
Елена Анатольевна Тесленко
Original Assignee
Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина"
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"
Application granted granted Critical
Publication of RU2793603C1 publication Critical patent/RU2793603C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: ground testing of aircraft elements.
SUBSTANCE: invention relates to the technique of ground testing of aircraft elements, and in particular to the reproduction of thermal and power modes of the rocket warhead (fairing) in ground conditions. The method includes heating the surface of the fairing and applying a force load to it. In the process of force and thermal loading of the fairing, the deflection of the nose relative to its end is estimated using an intermediate elastic element made in the form of a thin rod. The upper end of the rod abuts against the inner nose of the fairing, and the lower end is rigidly connected to the strain gauge, registering mechanical deformation in the rod deflection plane. At the same time, the upper part of the strain gauge is equipped with a device for setting the measurement range of the deviation of the upper end of the rod.
EFFECT: possibility of controlling the deflection of the toe during static and heat-strength tests on full-scale fairings.
4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (далее - ЛА), а именно к воспроизведению тепловых и силовых режимов головной части (обтекатель) ракеты в наземных условиях.The invention relates to the technique of ground testing of elements of aircraft (hereinafter referred to as LA), namely, to reproduce the thermal and power modes of the head part (fairing) of a rocket in ground conditions.

Известно, что слабым местом керамического обтекателя является узел клеевого соединения металлического шпангоута с керамической оболочкой.It is known that the weak point of the ceramic fairing is the adhesive joint of the metal frame with the ceramic shell.

При тепловых испытаниях керамическая оболочка может разрушится от силового взаимодействия с металлическим шпангоутом из-за разности температурных коэффициентов линейного расширения (далее - ТКЛР) металла и керамики. Кроме того, обтекатель может разрушиться из-за дефектов, которые могут образоваться в процессе производства обтекателя. Например, при полной механической обработке наружной поверхности керамической оболочки режущим инструментом (алмазными кругами), полученная продольная царапина стеклорезом снижает ее прочность почти в два раза. Это повышает требования к контролю реакции обтекателя в процессе теплового и силового нагружения.During thermal tests, the ceramic shell can be destroyed from the force interaction with the metal frame due to the difference in the temperature coefficients of linear expansion (hereinafter referred to as TCLE) of the metal and ceramics. In addition, the fairing may be destroyed due to defects that may be formed during the production of the fairing. For example, with complete machining of the outer surface of the ceramic shell with a cutting tool (diamond wheels), the resulting longitudinal scratch with a glass cutter reduces its strength by almost two times. This increases the requirements for controlling the reaction of the fairing during thermal and force loading.

Известны способы статических и теплопрочностных испытаний керамических обтекателей ракет, которые дают возможность оценить прочность конструкции обтекателя (патент РФ № 2571442, МПК G01N25/72, G01M9/04, опубл. 20.12.2015; патент РФ № 2534362, МПК G01M9/04, опубл. 27.11.2014; патент РФ № 2517790, МПК G01M9/04, G01N25/72 опубл. 27.05.2014).Known methods of static and thermal testing of ceramic rocket fairings, which make it possible to evaluate the strength of the fairing structure (RF patent No. 2571442, IPC G01N25/72, G01M9/04, publ. 12/20/2015; RF patent No. 2534362, IPC G01M9/04, publ. November 27, 2014; RF patent No. 2517790, IPC G01M9/04, G01N25/72 published on May 27, 2014).

Недостатком перечисленных способов является то, что оценка прочности обтекателя в процессе испытания практически не проводится, поэтому оценка, в основном, осуществляется по двух бальной системе: разрушился в процессе воспроизведения режима испытании или нет. Это связано с отсутствием надежных технических способов оценки реакции конструкции обтекателя в процессе нагружения.The disadvantage of these methods is that the assessment of the strength of the fairing during the test is practically not carried out, therefore, the assessment is mainly carried out on a two-point system: collapsed during the reproduction of the test mode or not. This is due to the lack of reliable technical methods for assessing the reaction of the fairing structure during loading.

Наиболее близким по технической сущности является способ тепловых испытаний керамических обтекателей ракет, который включает нагрев и приложение силовой нагрузки (патент РФ № 2637176, МПК G01N 3/18, , опубл. 30.11.2017).The closest in technical essence is the method of thermal testing of ceramic rocket fairings , which includes heating and applying a power load (RF patent No. 2637176, IPC G01N 3/18, publ. 11/30/2017).

Недостатком, так же как и у аналогов, является отсутствие технических средств оценки реакции всей конструкции на тепловое и силовое воздействие.The disadvantage, as with analogues, is the lack of technical means for assessing the response of the entire structure to thermal and force effects.

Техническим результатом заявляемого изобретения является контроль отклонения носка в процессе статических и теплопрочностных испытаний на натурных обтекателяхThe technical result of the claimed invention is to control the deviation of the toe in the process of static and thermal tests on full-scale fairings

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ статических испытаний керамических обтекателей, включающий нагрев поверхности обтекателя и приложение к нему силовой нагрузки, отличающийся тем, что в процессе силового и теплового нагружения обтекателя оценивают отклонение носка относительно его торца с помощью промежуточного упругого элемента, выполненного в виде тонкой штанги, верхний конец которой упирается во внутреннюю носовую часть обтекателя, а нижний конец жестко соединен с тензоэлементом, который регистрирует механическую деформацию в плоскости прогиба штанги, причем верхняя часть тензоэлемента снабжена устройством задания диапазона измерения отклонения верхнего конца штанги.The specified technical result is achieved by the fact that a method for static testing of ceramic fairings is proposed, including heating the surface of the fairing and applying a force load to it, characterized in that in the process of force and thermal loading of the fairing, the deflection of the nose relative to its end is estimated using an intermediate elastic element made in in the form of a thin rod, the upper end of which abuts against the inner nose of the fairing, and the lower end is rigidly connected to the strain gauge, which registers mechanical deformation in the rod deflection plane, and the upper part of the strain gauge is equipped with a device for setting the deflection measurement range of the upper end of the rod.

Способ иллюстрирует схема, представленная на фигуре.The method is illustrated by the diagram shown in the figure.

На схеме цифрой 1 обозначен тензоэлемент, который монтируется в плоскости торца обтекателя 5 на крестовине 3. В тензоэлемент 1 монтируется упругая штанга 2, таким образом, чтобы при упоре верхнего конца штанги во внутреннюю носовую часть обтекателя 5 нижний конец был жестко связан с тензоэлементом 1 крепежом 4, таким образом, чтобы ось симметрии тензоэлемента 1 совпала с осью испытуемого обтекателя 5, когда поперечная силовая нагрузка на него равна нулю. На фигуре цифрой 6 обозначен металлический шпангоут и клеевое соединение 7 шпангоута 6 с оболочкой обтекателя 5. Когда к испытуемому обтекателю 5 прилагается силовая нагрузка, место касания верхнего конца штанги 2 к стенке обтекателя 5 перемещается. В этом случае на выходе тензометра 1 появляется сигнал D, In the diagram, the number 1 indicates the strain gauge, which is mounted in the plane of the end face of the fairing 5 on the crosspiece 3. An elastic rod 2 is mounted in the strain gauge 1, so that when the upper end of the rod abuts against the inner nose of the fairing 5, the lower end is rigidly connected to the strain gauge 1 by fasteners 4, so that the axis of symmetry of strain gauge element 1 coincides with the axis of the fairing under test 5 when the transverse force load on it is zero. In the figure, the number 6 indicates the metal frame and the adhesive connection 7 of the frame 6 with the shell of the fairing 5. When a force load is applied to the tested fairing 5, the place where the upper end of the rod 2 touches the wall of the fairing 5 moves. In this case, the signal D appears at the output of strain gauge 1,

пропорциональный отклонению верхнего конца штанги 2.proportional to the deviation of the upper end of the rod 2.

В действительности зависимость уровня сигнала D на выходе тензоэлемента 1 от отклонения верхнего конца упругого стержня

Figure 00000001
вытекает из системы зависимостей:In fact, the dependence of the signal level D at the output of strain gauge 1 on the deviation of the upper end of the elastic rod
Figure 00000001
follows from the dependency system:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где

Figure 00000004
,
Figure 00000005
- коэффициенты пропорциональности;
Figure 00000006
- величина силы, с которой стенка керамической оболочки в зоне носка давит на верхний конец упругой штанги 2.Where
Figure 00000004
,
Figure 00000005
- coefficients of proportionality;
Figure 00000006
- the magnitude of the force with which the wall of the ceramic shell in the toe area presses on the upper end of the elastic rod 2.

Из (1) и (2) находим, что уровень сигнала D на выходе тензоэлемента прямо пропорционален величине отклонения верхнего конца упругой штанги при упоре в стенку обтекателя вблизи его носка(см. рисунок 1) т.е.From (1) and (2) we find that the signal levelDat the outlet of the strain gauge is directly proportional to the deviation of the upper end of the elastic rod when it rests against the fairing wall near its toe (see Figure 1), i.e.

Figure 00000007
Figure 00000007

Результаты исследований на натурных обтекателях различного назначения подтверждают возможность применения предложенного способа для контроля отклонения носка в процессе статических и теплопрочностных испытаний.The results of studies on full-scale fairings for various purposes confirm the possibility of using the proposed method to control the deflection of the toe during static and thermal strength tests.

Способ экспериментально отработан и применяется при контроле реакции натурных керамических обтекателей в процессе наземных статических испытаний.The method has been experimentally developed and is used to control the reaction of full-scale ceramic fairings in the process of ground static tests.

Claims (4)

1. Способ статических испытаний керамических обтекателей, включающий нагрев поверхности обтекателя и приложение к нему силовой нагрузки, отличающийся тем, что в процессе силового и теплового нагружения обтекателя оценивают отклонение носка относительно его торца с помощью промежуточного упругого элемента, выполненного в виде тонкой штанги, верхний конец которой упирается во внутреннюю носовую часть обтекателя, а нижний конец жестко соединен с тензоэлементом, который регистрирует механическую деформацию в плоскости прогиба штанги, причем верхняя часть тензоэлемента снабжена устройством задания диапазона измерения отклонения верхнего конца штанги. 1. A method for static testing of ceramic fairings, including heating the surface of the fairing and applying a force load to it, characterized in that in the process of force and thermal loading of the fairing, the deflection of the nose relative to its end is estimated using an intermediate elastic element made in the form of a thin rod, the upper end which rests against the inner nose of the fairing, and the lower end is rigidly connected to the strain gauge, which registers mechanical deformation in the plane of the deflection of the rod, and the upper part of the strain gauge is equipped with a device for setting the range for measuring the deviation of the upper end of the rod. 2. Способ статических испытаний керамических обтекателей по п.1, отличающийся тем, что тензоэлемент может быть снабжен системой водяного или воздушного охлаждения. 2. The method of static testing of ceramic fairings according to claim 1, characterized in that the strain gauge element can be equipped with a water or air cooling system. 3. Способ статических испытаний керамических обтекателей по п.1, отличающийся тем, что тензоэлемент может быть помещен в теплоизолирующую камеру. 3. The method of static testing of ceramic fairings according to claim 1, characterized in that the strain gauge element can be placed in a heat-insulating chamber. 4. Способ статических испытаний керамических обтекателей по п.1, отличающийся тем, что тензоэлемент может быть снабжен стеклопластиковым корпусом для защиты от механических повреждений. 4. The method of static testing of ceramic fairings according to claim 1, characterized in that the strain gauge can be equipped with a fiberglass housing to protect against mechanical damage.
RU2022116462A 2022-06-20 Method for static testing of ceramic fairings RU2793603C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2793603C1 true RU2793603C1 (en) 2023-04-04

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU267982A1 (en) *
US5942682A (en) * 1998-02-02 1999-08-24 Northrop Grumman Corporation Apparatus to simulate aerodynamic cooling and heating effects on aircraft/missile equipment
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
RU2571442C1 (en) * 2015-01-12 2015-12-20 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Tests with application of heat stress to rocket cowls of nonmetals
RU2637176C1 (en) * 2017-02-27 2017-11-30 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Method of test of rocket fairings of nonmetallic materials
CN207703623U (en) * 2018-01-04 2018-08-07 娄底市海天特种陶瓷有限公司 Ceramic-to-metal seal tensile strength test fixture

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU267982A1 (en) *
US5942682A (en) * 1998-02-02 1999-08-24 Northrop Grumman Corporation Apparatus to simulate aerodynamic cooling and heating effects on aircraft/missile equipment
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
RU2571442C1 (en) * 2015-01-12 2015-12-20 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Tests with application of heat stress to rocket cowls of nonmetals
RU2637176C1 (en) * 2017-02-27 2017-11-30 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Method of test of rocket fairings of nonmetallic materials
CN207703623U (en) * 2018-01-04 2018-08-07 娄底市海天特种陶瓷有限公司 Ceramic-to-metal seal tensile strength test fixture

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2677297B1 (en) Method for ultrasonic fatigue testing at high temperature
CN108318238A (en) A kind of fatigue test system of engine blade
RU2531052C1 (en) Method of thermal tests of ceramic fairings of rockets
Liu et al. Measurement of fastening force using dry-coupled ultrasonic waves
RU2793603C1 (en) Method for static testing of ceramic fairings
Sekine et al. Structural health monitoring of cracked aircraft panels repaired with bonded patches using fiber Bragg grating sensors
RU2466371C2 (en) Method of inspecting connection of ceramic cowling
CN113587992B (en) Ultrasonic double-wave measurement method, application and equipment for pretightening force and temperature of solid material
RU2766963C1 (en) Ramjet engine combustion chamber draft meter operating under conditions of connected air duct
Solana et al. Fatigue initiation in adhesively-bonded single-lap joints
KR101519594B1 (en) Calibration test piece unit and nondestructive infrared thermography system and method using thereof
US6116094A (en) Method for determining the axial load on an elongated member
Yari et al. Aircraft structural health monitoring using on-board BOCDA system
Montanini et al. Simultaneous measurement of temperature and strain in glass fiber/epoxy composites by embedded fiber optic sensors: II. Post-cure testing
CN208399114U (en) A kind of fatigue test system of engine blade
Brown et al. A biaxial fatigue machine for elevated temperature testing
RU2135976C1 (en) Device for measuring constituents of traction force of jet engine
JP3344126B2 (en) High temperature hardness tester
RU2649245C1 (en) Method for thermal testing of metal frames of ceramic fairings
RU2315962C2 (en) Device for determining internal stresses and crack resistance of materials
SU1409924A1 (en) Method of checking building materials
Tretout et al. Review of advanced NDT methods for composites aerospace structures
Silva et al. Applicability of the SPATE technique to the detection of hidden cracks
Kuo et al. Theory of mirage effect detection of thermal waves in solids
Camden et al. Using a laser vibrometer for monitoring dynamic strain, modal analysis, and calculating damping