×
01.03.2019
219.016.cfa9

СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ СИЛЬФОННЫХ БАКОВ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области испытаний блоков хранения и подачи топлива на основе сильфонных баков и может быть использовано при отработке блоков хранения и подачи топлива на механические воздействия. Способ заключается в том, что при определении собственных частот сильфона и корпуса бака испытания по методу качающейся частоты проводят в несколько этапов с уменьшением скорости сканирования от рекомендуемой нормативной документацией до минимальных значений, обеспечиваемых испытательным оборудованием. После чего определяют максимальную скорость сканирования для испытаний по методу качающейся частоты, при которой выявляют минимальные собственные частоты сильфона, далее формируют режимы испытаний бака с сильфоном, устанавливая диапазоны испытаний на гармоническую и случайную вибрацию, и проводят испытания баков. 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

В монотопливных двигательных установках отечественных космических аппаратов (КА) уже на протяжении нескольких десятков лет успешно применяются блоки хранения и подачи топлива (БХП) на основе сильфонных баков. Объем наземной экспериментальной отработки и приемных испытаний оборудования КА на механические воздействия включает испытания на линейные, вибрационные, ударные воздействия. Режимы нагружения формируются из анализа условий эксплуатации оборудования, его массы и местоположения на КА.

При проведении испытаний на механические воздействия различного оборудования первым этапом испытаний является процедура определения собственных частот конструктивных элементов такого оборудования по анализу амплитудно-частотных характеристик (АЧХ). Методика проведения таких испытаний хорошо отлажена и для большинства конструкций не представляет особых проблем.

Обычный метод построения АЧХ состоит в том, что в исследуемом образце с помощью вибраторов возбуждаются колебания и измеряется функция динамических перемещений в некоторой точке конструкции. Обычно динамическая реакция определяется с помощью акселерометра, в результате чего получают зависимость ускорения от частоты (Демпфирование колебаний. А.Нашиф и др. М.: Мир, 1988. Стр. 190) - прототип.

Для определения собственных частот различного оборудования обычно применяются испытания по методу качающейся частоты (испытания методом плавного изменения частоты). Испытательная техника. Справочник в 2-х т./ Под ред. Клюева В.В., т.2. М.: Машиностроение, 1982, стр.286-289.

Несмотря на достаточную простоту такого способа испытаний его применение для определения собственных частот конструктивных элементов баков, внутри которых имеются сильфоны с жидкостью, требует достаточно аккуратного подхода. Одним из параметров, который используется при проведении испытаний, является скорость сканирования частоты. Существующие стандарты (например, стандарт европейского космического агентства "Space engineering Testing. ECSS-E10-03A") рекомендуют использовать скорость сканирования при испытаниях 2-4 окт/мин. Но для сильфона, заполненного жидкостью, такой формальный подход недопустим, т.к. наличие в сильфоне большой массы жидкости делает его достаточно инерционным. Это приводит к тому, что при относительно высокой скорости сканирования (например, 2 окт/мин) резонансы в области минимальных значений частоты не успевают развиться, что ошибочно принимается при анализе таких виброграмм за отсутствие резонансов в этом частотном диапазоне вообще. В дальнейшем этот частотный диапазон ошибочно может быть исключен из испытаний, как не представляющий опасности для работы бака.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, что позволит более точно определять собственные частоты различных баков и в дальнейшем более качественно проводить испытания оборудования на механические воздействия.

Решение этой задачи достигается тем, что при определении собственных частот сильфона и корпуса бака испытания по методу качающейся частоты проводят в несколько этапов с уменьшением скорости сканирования от рекомендуемой нормативной документацией до минимальных значений, обеспечиваемых испытательным оборудованием, после чего определяют максимальную скорость сканирования для испытаний по методу качающейся частоты, при которой выявляют минимальные собственные частоты сильфона, далее формируют режимы испытаний бака с сильфоном, устанавливая диапазоны испытаний на гармоническую и случайную вибрацию, и проводят испытания баков.

Суть заявляемого изобретения может быть пояснена следующим образом.

При проведении испытаний по определению собственных частот бака на рекомендуемых значениях скорости сканирования частот выше 2 окт/мин (по рекомендациям стандарта ECSS-E10-03A) в силу большой инерционности и повышенных демпфирующих свойств сильфона с жидкостью для развития резонансов в низкочастотной области требуется достаточно большое время нагружения. При высоких скоростях прохождения октавного диапазона «раскачать» жидкость в сильфоне не удается, и складывается впечатление, что первые резонансы находятся в более высокочастотной области. Существующие стандарты (тот же ECSS-E10-03A") позволяет проводить испытания, начиная с диапазона в 1,5-2 раза ниже первой собственной частоты объекта испытаний. Т.е. если первая обнаруженная собственная частота будет равна 30 Гц, то при формировании режимов испытаний нижняя частота может составить 15-20 Гц и наиболее опасный диапазон нагружения сильфона (например, 10 Гц) будет пропущен. Как известно, перемещение обратно пропорционально квадрату частоты, и максимальные напряжения возникают в зоне максимальных деформаций. Т.е. опасный диапазон нагружения будет пропущен при испытаниях на прочность. Проведение испытаний по предлагаемой методике позволяет исключить пропуск нижних собственных частот. Для этого испытания начинают с минимальной скорости сканирования (как правило, современные цифровые системы управления позволяют начинать испытания со скорости сканирования 0,2-0,3 окт/мин). После обнаружения низшей собственной частоты скорость сканирования увеличивают до значений, при которых эта частота исчезает. Таким образом, устанавливаются допустимые диапазоны частоты сканирования. Эти данные позволяют правильно сформировать режимы испытаний: установить необходимые диапазоны испытаний на гармоническую и случайную вибрацию, что существенно повышает качество испытаний.

Пример практического исполнения

При проведении доводочных испытаний бака хранения и подачи горючего (БХП) на механические воздействия произошло разрушение сильфонов двух баков (по внешнему сварному шву гофра). При этом разрушение произошло не в околошовной зоне, как это обычно бывает, если шов качественный, а непосредственно по шву, что указывает на недостаточное качество соединения. Необходимо отметить, что в данной конструкции бака сварные соединения являются критическим элементом, определяющим прочность всей конструкции, так как толщина свариваемых деталей мала, а общая длина швов достигает сотен метров. Однако все поставленные для комплектации БХП баки успешно прошли приемочные испытания на заводе-изготовителе.

Для установления причины разрушения сильфонов баков, формирования режимов квалификационных и приемочных испытаний были проведены дополнительные испытания двух БХП на механические нагрузки.

На фиг.1 показана принципиальная схема БХП. Бак состоит из цилиндрического корпуса 1 со сферическими днищами 2. С одной из сторон по торцу цилиндра 1 приварен сильфон 3. На свободном торце сильфона установлено фторопластовое кольцо 4, обеспечивающее скольжение сильфона по корпусу 1 в осевом направлении, но ограничивающее его перемещение в боковых направлениях. Между корпусом и сильфоном имеется минимальный зазор 5. Со стороны фторопластового кольца 4 в сферическом днище образована газовая полость 6. Сильфон при испытаниях заполнен имитатором топлива (водой) - 7. На фиг.2 показаны места установки акселерометров на корпусе бака для регистрации ускорений при проведении вибрационных испытаний (точки без индексов означают регистрацию ускорений в трех направлениях).

Частотные испытания БХП с заполненным баком, проведенные со скоростью сканирования 2 окт/мин, показали отсутствие резонансных частот до 17 Гц (фиг.3, график "a"). Таким образом, согласно общепринятым методикам проводить вибрационные испытания можно с частоты 10 Гц.

Такой подход был реализован на заводе-изготовителе бака при проведении контрольно-выборочных и приемных испытаний. В то же время при изготовлении БХП испытания проводились с 5 Гц при скорости сканирования меньше 1 окт/мин, и было обнаружено разрушение бака. После чего были проведены испытания на различных режимах и установлено, что (фиг.3, график "b") при уменьшении скорости прохождения низкочастотного диапазона до 0,5 окт/мин в частотном диапазоне 7-8 Гц появился резонанс (увеличение амплитуды колебаний в 2-4 раза), который на графике "a" отсутствует. Исчезает резонансный пик на частоте 7-8 Гц после увеличения скорости сканирования до 1 окт/мин. Резонансные частоты от 17 Гц обнаруживаются и на скорости сканирования в 2-4 окт/мин.

Отсюда становится понятно, что непосредственной причиной разрушения сильфона были вибрационные нагрузки в низкочастотной области (до 10 Гц), воздействующие на участки швов сильфона с недостаточным качеством сварки.

Так как вибрационные воздействия в диапазоне частот до 10 Гц не используются при квалификационных, приемочных и контрольно-выборочных испытаниях (КВИ) бака на заводе изготовителе, то дефекты сварки на этих испытаниях не выявлялись, а дефекты сварки швов выявились только на этапе испытаний БХП.

Далее были сформированы режимы испытаний на гармоническую вибрацию и режимы широкополосной случайной вибрации:

- при проведении приемочных испытаний и КВИ бака на заводе-изготовителе для надежного выявления дефектов сварки сильфона целесообразно использовать испытания на гармоническую вибрацию в низкочастотном диапазоне от 5 до 100 Гц (но не менее чем 5-20 Гц) по методу качающейся частоты со скоростью сканирования не выше 0,5-0,6 окт/мин;

- на заводе-изготовителе БХП при приемочных испытаниях целесообразно применять широкополосную случайную вибрацию с уровнями 0,05-0,07 g2/Гц (диапазон частот 20-2000 Гц), а при квалификационных испытаниях - гармоническую вибрацию в низкочастотном диапазоне и широкополосную случайную вибрацию с уровнями до 0,2 g2/Гц (диапазон частот 20-2000 Гц).

Способ испытаний на механические воздействия баков, состоящих из корпуса с установленным в нем сильфоном, заполненным жидкостью, и газовой полости под давлением, заключающийся в нагружении бака вибрационными воздействиями в исследуемом частотном диапазоне, регистрации ускорений с помощью акселерометров и частотном анализе полученных виброграмм для определения собственных частот бака, отличающийся тем, что при определении собственных частот сильфона и корпуса бака испытания по методу качающейся частоты проводят в несколько этапов с уменьшением скорости сканирования от рекомендуемой нормативной документацией до минимальных значений, обеспечиваемых испытательным оборудованием, после чего определяют максимальную скорость сканирования для испытаний по методу качающейся частоты, при которой выявляют минимальные собственные частоты сильфона, далее формируют режимы испытаний бака с сильфоном, устанавливая диапазоны испытаний на гармоническую и случайную вибрацию, и проводят испытания баков.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-8 of 8 items.
20.12.2013
№216.012.8ecb

Плазменный катод

Изобретение относится к области плазменной техники, а именно к катодам-компенсаторам, работающим на газообразных рабочих телах. Технический результат - увеличение ресурса надежной работы и снижение трудоемкости изготовления. Плазменный катод содержит полый держатель 1 с торцевыми стенками 2, 3...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502238
Дата охранного документа: 20.12.2013
01.03.2019
№219.016.cd56

Способ запуска и электропитания электрореактивного плазменного двигателя (его варианты) и устройство для его осуществления (его варианты)

Изобретение относится к способам и устройствам эксплуатации электрореактивных плазменных двигателей. Способ включает в себя замыкание электропитающего ключа и подачу питающего напряжения от источника электропитания на анод и катод, замыкание пускового ключа и создание тока по меньшей мере в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002366123
Дата охранного документа: 27.08.2009
01.03.2019
№219.016.ce22

Плазменный двигатель с замкнутым дрейфом электронов

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано при разработке электроракетных двигателей, а также в технологических плазменных ускорителях, применяемых в вакуумно-плазменной технологии. Плазменный двигатель с замкнутым дрейфом электронов содержит разрядную камеру,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002426007
Дата охранного документа: 10.08.2011
01.03.2019
№219.016.d029

Плазменный ускоритель с замкнутым дрейфом электронов

Заявленное изобретение относится к области космической техники и может быть использовано в электроракетных двигателях, а также в технологических плазменных ускорителях, применяемых в вакуумно-плазменной технологии. В плазменном ускорителе с замкнутым дрейфом электронов стенки внутреннего и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002447625
Дата охранного документа: 10.04.2012
19.04.2019
№219.017.2f7a

Плазменный двигатель с замкнутым дрейфом электронов

Изобретение относится к космической технике. В плазменном двигателе установлен магнитопровод, внешний торец центральной части которого смещен относительно пары противолежащих магнитных полюсов в противоположном направлении потока рабочего газа, а внешний торец периферийной части магнитопровода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002377441
Дата охранного документа: 27.12.2009
19.04.2019
№219.017.3141

Способ размещения катода-компенсатора в плазменном двигателе и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано при разработке, наземных испытаниях и эксплуатации электрореактивных двигателей (ЭРД), а также в области прикладного применения плазменных ускорителей. Способ размещения катода-компенсатора в плазменном двигателе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002426913
Дата охранного документа: 20.08.2011
19.04.2019
№219.017.33a6

Высоковольтная газоэлектрическая развязка тракта подачи рабочего тела плазменного ускорителя (варианты)

Использование: в области плазменной техники, а именно к их системам подачи рабочего тела, и может быть использовано в пневматических трактах доставки самых разнообразных газообразных рабочих тел (РТ) плазменным ускорителям или двигателям на их основе, а также в технологических источниках...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002444867
Дата охранного документа: 10.03.2012
19.06.2019
№219.017.875d

Плазменный двигатель с замкнутым дрейфом электронов

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано при наземных испытаниях и эксплуатации электрореактивных двигателей. Плазменный двигатель с замкнутым дрейфом электронов содержит разрядную камеру, формирующую ускорительный канал с зонами ионизации и ускорения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002371605
Дата охранного документа: 27.10.2009
Showing 1-10 of 30 items.
27.02.2013
№216.012.2c36

Способ испытаний бортовой аппаратуры космического аппарата на вибрационные воздействия

Изобретение относится к области испытаний на механические воздействия (вибрационные испытания) аппаратуры. Способ заключается в том, что при определении собственных частот бортовой аппаратуры дополнительно определяют добротность на каждой резонансной частоте и делают прогноз отклика, причем при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476845
Дата охранного документа: 27.02.2013
20.03.2014
№216.012.acf9

Способ испытаний электронных плат на механические воздействия

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для проведения испытаний на устойчивость электронных плат (ЭП) и их компонентов к механическим воздействиям, например, в космической промышленности. Сущность: осуществляют закрепление платы в оснастке, приложение к ней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509996
Дата охранного документа: 20.03.2014
20.05.2014
№216.012.c325

Малоактивируемая жаропрочная радиационностойкая сталь

Изобретение относится к области металлургии, а именно к малоактивируемым жаропрочным радиационно стойким сталям, используемым в ядерной энергетике, в частности, для изготовления деталей активных зон атомных реакторов на быстрых нейтронах и оборудования термоядерных реакторов. Сталь содержит,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515716
Дата охранного документа: 20.05.2014
10.06.2015
№216.013.5361

Устройство для испытаний электронных плат на механические воздействия

Изобретение относится к испытательной технике, применяемой при прочностных испытаниях (в частности, к испытаниям на прочность электронных плат (ЭП) при изготовлении). Устройство содержит силовой каркас, включающий крепления для установки ЭП и опорные стойки, на которых фиксируется нажимной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552866
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.08.2015
№216.013.6c80

Способ испытаний электронных плат на комбинированные механические и тепловые воздействия

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для проведения испытаний на надежность электронных плат (ЭП) и их компонентов к комбинированным механическим и тепловым воздействиям. Целью изобретения является разработка комбинированного способа испытаний на механические и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559334
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.12.2015
№216.013.984c

Жаропрочный и жаростойкий сплав на основе хрома

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для изготовления деталей, работающих при высоких температурах и в агрессивных средах. Для увеличения прочностных характеристик сплава, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств, а именно длительную прочность, сплав...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570608
Дата охранного документа: 10.12.2015
13.01.2017
№217.015.81f1

Способ изготовления крутоизогнутых бесшовных отводов из центробежных заготовок

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к изготовлению гибкой крутоизогнутых бесшовных отводов из различных марок сталей. В качестве исходной заготовки используют центробежнолитую трубу с определенными геометрическими размерами и толщиной стенки. Осуществляют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601359
Дата охранного документа: 10.11.2016
25.08.2017
№217.015.bdb1

Стенд для испытаний на ударные воздействия приборов и оборудования

Изобретение относится к устройствам для испытаний на ударные воздействия и может быть использовано при испытаниях на высокоинтенсивные ударные воздействия различных, в том числе и пространственных систем. Стенд состоит из приспособления в виде панели с установленными на ней испытуемой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616353
Дата охранного документа: 14.04.2017
25.08.2017
№217.015.bf86

Линейный пьезоэлектрический двигатель

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приборах и системах автоматики, приборостроения, робототехники, авиакосмической, автомобильной отрасли. Технический результат состоит в повышении КПД, в уменьшении его габаритных размеров, возможности обратного хода, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617209
Дата охранного документа: 24.04.2017
25.08.2017
№217.015.d299

Вращательный пьезоэлектрический двигатель

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приборах и системах автоматики, приборостроения, робототехники, авиакосмической, автомобильной отраслях. Технический результат состоит в повышении кпд, удельной мощности уменьшении габаритных размеров, возможности обратного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621712
Дата охранного документа: 07.06.2017
+ добавить свой РИД