RU2811856C1 - Method of static testing of fairings - Google Patents
Method of static testing of fairings Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811856C1 RU2811856C1 RU2022126398A RU2022126398A RU2811856C1 RU 2811856 C1 RU2811856 C1 RU 2811856C1 RU 2022126398 A RU2022126398 A RU 2022126398A RU 2022126398 A RU2022126398 A RU 2022126398A RU 2811856 C1 RU2811856 C1 RU 2811856C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fairing
- pneumatic device
- testing
- pressure
- reproducing
- Prior art date
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000003068 static effect Effects 0.000 title claims abstract description 9
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 claims abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к способам воспроизведения аэродинамического силового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты в наземных условиях.The invention relates to a technique for ground testing of elements of aircraft, namely to methods for reproducing the aerodynamic force effect on the head part (fairing) of a rocket in ground conditions.
В настоящее время воспроизведение аэродинамического воздействия осуществляется в различных установках: аэродинамических трубах, баллистических установках, плазменных установках, стендах на основе сжигания топлива (прямоточных реактивных двигателях) (Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов / А.Н. Баранов и др.), М.: Машиностроение,1974, с. 344, 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, с. 264.Currently, the reproduction of aerodynamic effects is carried out in various installations: wind tunnels, ballistic installations, plasma installations, stands based on fuel combustion (ramjet engines) (Static strength tests of supersonic aircraft / A.N. Baranov, etc.), M. : Mechanical Engineering, 1974, p. 344, Materials and Coatings in Extreme Conditions. A look into the future: In 3 volumes - Vol.3. Experimental research / Yu.V. Polezhaev, S.V. Reznik, A.N. Baranov et al., ed. Yu.V. Polezhaev and S.V. Reznik. M.: Publishing house of MSTU im. N.E. Bauman, 2002, p. 264.
Их используют, в основном, для исследования аэродинамического воздействия на новые элементы летательного аппарата (ЛА), так как силовое нагружение в этих установках наиболее близко к наружному воздействию на элементы ЛА во время их эксплуатации.They are used mainly to study the aerodynamic impact on new elements of an aircraft, since the force loading in these installations is closest to the external impact on aircraft elements during their operation.
Испытание натурных конструкций в таких установках требует огромных материальных затрат, поэтому широкого применения в практике наземных испытаний керамических обтекателей эти установки не получили.Testing full-scale structures in such installations requires enormous material costs, so these installations have not been widely used in the practice of ground testing of ceramic fairings.
Для задания силовых режимов, в основном, применяются две модели силового нагружения.To set power modes, two models of power loading are mainly used.
Модель с сосредоточенным силовым нагружением и модель рассредоточенного силового нагружения. Первая модель реализовывается воспроизведением сосредоточенной силы в определенном сечении для создания изгибающего момента в зоне узла соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом.Model with concentrated force loading and model of dispersed force loading. The first model is implemented by reproducing a concentrated force in a certain section to create a bending moment in the area of the junction of the ceramic shell with the metal frame.
Вторая модель реализовывается воспроизведением силового нагружения в нескольких сечениях, максимально создавая реальные изгибающие моменты на испытуемое изделие следующими способами:The second model is implemented by reproducing force loading in several sections, maximizing the creation of real bending moments on the test product in the following ways:
- применением многолямочных систем распределения силовой нагрузки;- use of multi-strap power load distribution systems;
- применением нагружающих мешков, где в качестве рабочего тела может быть применена газовая смесь или жидкость.- the use of loading bags, where a gas mixture or liquid can be used as a working fluid.
Достоинства этих способов в простоте и надежности оснастки, однако ограничиваются функциональные возможности осуществления аэродинамического силового нагружения элементов летательного аппарата, в частности, в повышении точности воспроизведения натурного силового воздействия и создании мобильных устройств для обеспечения заданного поля силового нагружения головных частей ракет.The advantages of these methods are the simplicity and reliability of the equipment; however, the functionality of implementing aerodynamic force loading of aircraft elements is limited, in particular, in increasing the accuracy of reproducing full-scale force action and creating mobile devices to provide a given field of force loading of missile warheads.
Кроме того, в качестве силовозбудителей в таких установках применяется сложное дорогостоящее гидравлическое (или пневматическое) оборудование. Следует подчеркнуть, что такое оборудование требует больших площадей для размещения и создание особых условий эксплуатации.In addition, complex, expensive hydraulic (or pneumatic) equipment is used as power exciters in such installations. It should be emphasized that such equipment requires large areas for placement and the creation of special operating conditions.
В качестве аналогов можно привести способ силового нагружения по патенту Российской Федерации № 2697858, МПК G01N3/18, публ. 21.08.2019, который имеет недостатки, описанные выше.As analogues, we can cite the method of force loading according to the patent of the Russian Federation No. 2697858, IPC G01N3/18, publ. 08/21/2019, which has the disadvantages described above.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является «Способ теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов» по патенту РФ № 2583353, МПКG01N 25/12, публ. 10.05.2016.The closest in technical essence to the claimed invention is “Method of thermal loading of rocket fairings made of non-metallic materials” according to RF patent No. 2583353, MPKG01N 25/12, publ. 05/10/2016.
В этом техническом решении силовое воздействие от нагружающих элементов до наружной поверхности обтекателя передается n-ым количеством стержней, равномерно распределенных по поверхности обтекателя, и проходящих через стенки токопроводящей и теплоизолирующей оболочек. При этом плотность распределения стержней по поверхности обтекателя выбирается таким образом, чтобы исключить концентраторы механических напряжений при взаимодействии стержней с его наружной поверхностью.In this technical solution, the force action from the loading elements to the outer surface of the fairing is transmitted by the nth number of rods, evenly distributed over the surface of the fairing, and passing through the walls of the conductive and heat-insulating shells. In this case, the distribution density of the rods over the surface of the fairing is selected in such a way as to exclude mechanical stress concentrators during the interaction of the rods with its outer surface.
Способ по патенту РФ № 2583353 имеет следующие недостатки:The method according to RF patent No. 2583353 has the following disadvantages:
- для достижения высокой точности воспроизведения аэродинамического силового воздействия требуется большое количество стержней, что существенно усложняет наземные испытания керамических обтекателей;- to achieve high accuracy of reproduction of the aerodynamic force action, a large number of rods is required, which significantly complicates ground testing of ceramic fairings;
- локальное силовое нагружение поверхности испытуемого обтекателя, что недопустимо для нагружения тонкостенных оболочек, в частности стеклопластиковых;- local force loading of the surface of the fairing under test, which is unacceptable for loading thin-walled shells, in particular fiberglass ones;
- в качестве силовозбудителей применяется гидравлическое или пневматическое оборудование, что усложняет и удорожает процесс испытаний.- hydraulic or pneumatic equipment is used as power exciters, which complicates and increases the cost of the testing process.
Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей испытательного оборудования при заданных режимах силового нагружения обтекателей ракет в процессе наземных статических испытаний за счет повышения точности воспроизведения аэродинамического силового воздействия на обтекатель, упрощения и удешевления процесса статических испытаний.The technical result of the claimed invention is to expand the functionality of testing equipment under given power loading modes of rocket fairings during ground-based static tests by increasing the accuracy of reproducing the aerodynamic force effect on the fairing, simplifying and reducing the cost of the static testing process.
Этот результат достигается тем, что:This result is achieved by:
1. Способ статических испытаний обтекателей включает воспроизведение аэродинамической силовой нагрузки нагружающим элементом, установленным на поверхности обтекателя, отличающийся тем, что силовую нагрузку испытуемого обтекателя выполняют нагружающим элементом в заданной зоне обтекателя, выполненным в виде полой замкнутой оболочки из эластичного материала, давление в которой создают посредством пневматического устройства, при этом величину давления в оболочке регулируют путем изменения электрического напряжения, подаваемого на пневматическое устройство.1. The method of static testing of fairings includes reproducing an aerodynamic force load by a loading element installed on the surface of the fairing, characterized in that the power load of the fairing under test is performed by a loading element in a given area of the fairing, made in the form of a hollow closed shell made of elastic material, the pressure in which is created by a pneumatic device, wherein the amount of pressure in the shell is controlled by changing the electrical voltage supplied to the pneumatic device.
2. Способ статических испытаний обтекателей по п.1, отличающийся тем, что в качестве пневматического устройства используют компрессор или воздушный насос.2. The method of static testing of fairings according to claim 1, characterized in that a compressor or air pump is used as a pneumatic device.
На фигуре схематично представлено пневматическое устройство (компрессор) для обеспечения давления в нагружающем элементе газовой смесью или воздухом.The figure schematically shows a pneumatic device (compressor) for providing pressure in the loading element with a gas mixture or air.
Испытуемый обтекатель 1, установленный на силовом каркасе 3, контактирует с нагружающим элементом 2, который также установлен на силовом каркасе 3, Нагружающий элемент 2 в виде полой замкнутой оболочки из эластичного материала соединен с цилиндром 4 поршневого пневматического устройства, например, компрессора. Электрическая часть пневматического устройства (компрессора) обозначена цифрой 5.The fairing under test 1, installed on the load-bearing frame 3, is in contact with the loading element 2, which is also installed on the load-bearing frame 3. The load element 2 in the form of a hollow closed shell made of elastic material is connected to the cylinder 4 of a piston pneumatic device, for example, a compressor. The electrical part of the pneumatic device (compressor) is indicated by the number 5.
Возможность регулирования давления в нагружающем элементе, который воспроизводит аэродинамическую нагрузку в заданной области испытуемого обтекателя, вытекает из закона сохранения энергии.
Энергия, рассеивающаяся на входе электрической части пневматического устройства равна электрической мощности, которая зависит от величины электрического напряжения питания пневматического устройства.The ability to regulate the pressure in the loading element, which reproduces the aerodynamic load in a given area of the fairing under test, follows from the law of conservation of energy.
The energy dissipated at the input of the electrical part of the pneumatic device is equal to the electrical power, which depends on the magnitude of the electrical supply voltage of the pneumatic device.
Электрическая мощность, потребляемая для создания давления в цилиндре компрессора, равна механической работе, которая совершается в его цилиндре при движении поршня без учета потерь на трение. Математически, это можно выразить системой уравнений:The electrical power consumed to create pressure in the compressor cylinder is equal to the mechanical work that is performed in its cylinder when the piston moves without taking into account friction losses. Mathematically, this can be expressed by a system of equations:
где - мощность, которая выделяется в электрической части пневматического устройства для создания давления;Where - the power that is released in the electrical part of the pneumatic device to create pressure;
- напряжение питания пневматического устройств - supply voltage of pneumatic devices
- входное сопротивление электрической части пневматического устройства; - input resistance of the electrical part of the pneumatic device;
- механическая энергия, вырабатываеемая в цилиндре пневматического устройства (компрессора) при движении поршня в цилиндре за единицу времени(секунду); - mechanical energy generated in the cylinder of a pneumatic device (compressor) when the piston moves in the cylinder per unit of time (second);
- коэффициент пропорциональности; - proportionality coefficient;
- давление в цилиндре пневматического устройства; - pressure in the cylinder of the pneumatic device;
- количество поступательных циклов поршня пневматического устройства (компрессора) в секунду; - the number of translational cycles of the piston of a pneumatic device (compressor) per second;
- ход поршня в цилиндре пневматического устройства(компрессора). - stroke of the piston in the cylinder of a pneumatic device (compressor).
Исходя из того, что энергия, которая рассеивается на входном сопротивлении электрической части пневматического устройства, равна механической энергии, которая вырабатывается в цилиндре пневматического устройства (компресора), то из (1) и (2) вытекает, что давление в нагружающем элементе может быть задано за счет изменения величины электрического напряжения питания пневматического устройства (компрессор), где при достижении стацинарного режима давление в цилиндре пневматического устройства равно давлению в нагружающем элементе.Based on the fact that the energy that is dissipated at the input resistance of the electrical part of the pneumatic device is equal to the mechanical energy that is generated in the cylinder of the pneumatic device (compressor), it follows from (1) and (2) that the pressure in the loading element can be set by changing the value of the electrical supply voltage of the pneumatic device (compressor), where when the stationary mode is reached, the pressure in the cylinder of a pneumatic device is equal to the pressure in the loading element.
Это можно выразить формулой:This can be expressed by the formula:
Экспериментальные иследования подтвердили возможность обеспечения силовой нагрузки в заданой части испытуемого обтекателя посредством изменения давления в нагружающем элементе за счет изменения электрического напряжения, подаваемого на пневматическое устройство.Experimental studies have confirmed the possibility of providing a force load in a given part of the tested fairing by changing the pressure in the loading element by changing the electrical voltage supplied to the pneumatic device.
При испытаниях было применено пневматическое устройства в виде компрессора с напряжением питания 12 В, которое могло изменяться в диапазоне 0 - 12 В через адаптер типа BMSD. Программа задания давления во времени осуществлялась измерительно-вычислительным комплексом ИВК MIC-400.During the tests, a pneumatic device was used in the form of a compressor with a supply voltage of 12 V, which could be changed in the range of 0 - 12 V through an adapter of the BMSD type. The program for setting pressure over time was carried out by the measuring and computing complex IVK MIC-400.
Предлагаемый способ позволяет сократить затраты на проведение испытаний, даст возможность повысить точность,расширить функциональные возможности испытательного оборудования при воспроизведении аэродинамического силового нагружения тонкостенных оболочечных конструкций при наземной отработки новых конструкций керамических обтекателей.The proposed method makes it possible to reduce testing costs, make it possible to increase accuracy, and expand the functionality of testing equipment when reproducing aerodynamic force loading of thin-walled shell structures during ground testing of new ceramic fairing designs.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2811856C1 true RU2811856C1 (en) | 2024-01-18 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3949292A (en) * | 1974-03-15 | 1976-04-06 | Vetco Offshore Industries, Inc. | Pipeline inspection device with pivotal support structure |
| RU2242739C2 (en) * | 2003-01-21 | 2004-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тюменский государственный нефтегазовый университет | Method and device for testing shells |
| RU2293956C2 (en) * | 2004-09-07 | 2007-02-20 | Фгуп Производственное Объединение "Полет" (Фгуп По "Полет") | Stand for testing head fairing for strength |
| RU2400919C2 (en) * | 2005-07-27 | 2010-09-27 | Рэ Вендорс С.П.А. | Device and method of control and adjustment of electrically driven devices |
| RU131768U1 (en) * | 2013-03-29 | 2013-08-27 | Валентин Борисович Мурычев | PNEUMATIC DECOMPOSITION SYSTEM FOR THE ELIMINATION OF Icicles on the roofs of buildings |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3949292A (en) * | 1974-03-15 | 1976-04-06 | Vetco Offshore Industries, Inc. | Pipeline inspection device with pivotal support structure |
| RU2242739C2 (en) * | 2003-01-21 | 2004-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тюменский государственный нефтегазовый университет | Method and device for testing shells |
| RU2293956C2 (en) * | 2004-09-07 | 2007-02-20 | Фгуп Производственное Объединение "Полет" (Фгуп По "Полет") | Stand for testing head fairing for strength |
| RU2400919C2 (en) * | 2005-07-27 | 2010-09-27 | Рэ Вендорс С.П.А. | Device and method of control and adjustment of electrically driven devices |
| RU131768U1 (en) * | 2013-03-29 | 2013-08-27 | Валентин Борисович Мурычев | PNEUMATIC DECOMPOSITION SYSTEM FOR THE ELIMINATION OF Icicles on the roofs of buildings |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhao et al. | Numerical study on separation shock characteristics of pyrotechnic separation nuts | |
| Heiser | Ejector thrust augmentation | |
| Lee et al. | Lightning mechanical damage prediction in carbon/epoxy laminates using equivalent air blast overpressure | |
| Wei et al. | Influence of propagation direction on operation performance of rotating detonation combustor with turbine guide vane | |
| RU2811856C1 (en) | Method of static testing of fairings | |
| Ogorodnikov et al. | Russian research on experimental hydrogen-fueled dual-mode scramjet: conception and preflight tests | |
| Cooper et al. | Impulse correlation for partially filled detonation tubes | |
| Liu et al. | An Interior Trajectory Simulation of the Gas-steam Missile Ejection. | |
| RU2637176C1 (en) | Method of test of rocket fairings of nonmetallic materials | |
| Dai et al. | Analytical and experimental studies of tile-shaped aerospike nozzles | |
| Taherinezhad et al. | Theoretical, numerical and experimental investigation of vortex shedding in a novel sub-scaled motor | |
| Davidenko et al. | Continuous detonation wave engine studies for space application | |
| Lu et al. | Prediction and isolation of pyroshock in typical pyrotechnic device based on coupled modeling technique | |
| Taherinezhad et al. | Evaluation of vortex shedding phenomenon in a sub-scaled solid rocket motor | |
| Chen et al. | Double detonation drivers for a shock tube/ltunnel | |
| Li et al. | A gasdynamic gun driven by gaseous detonation | |
| Song et al. | Comprehensive soft impact damage methodology for advanced high bypass ratio turbofan engines | |
| Lu et al. | A fluid-structure coupling method to predict the interior ballistic characteristic of gas generator with complex structures | |
| Wang et al. | Hybrid Modeling Method of SDR Interstage Valve Based on Mechanism and Data-Driven | |
| Liu et al. | Numerical Investigation on the Flow Field of Muzzle Decompression Device for the Barrel Recoil Gun | |
| Liu et al. | Study on improving efficiency of a plasma synthetic jet through dynamic pressure supplemental air | |
| Wang et al. | Assessment of the Fluidic Control Boundary Nozzle within a Pulse Detonation Rocked Engine by Unstructured Meshes CE/SE Method | |
| ZHOU et al. | Wake flow field characteristics of base-bleed projectiles with different nozzle structures under transient depressurization | |
| Chanetz et al. | Hypersonic Wind Tunnels | |
| Nabity et al. | Developmental testing of the fasthawk combustor |