Способ определения величины деструкции

Изобретение относится к области двигателестроения, к способам определения величин деструкции (т.е. толщины слоя, в котором произошли физико-химические превращения исходного материала под воздействием внешнего теплового потока) внутренних резиноподобных теплозащитных покрытий (ТЗП) пластиковых корпусов типа "кокон" современных РДТТ после огневых стендовых испытаний (ОСИ). Определение величин деструкции ТЗП после ОСИ, которые являются следствием воздействия на ТЗП высокотемпературных продуктов сгорания твердого топлива во время работы двигателя, выполняется с целью подтверждения проектных значений начальных толщин ТЗП, правильности выбора марки материала ТЗП и заключения о надежности работы ТЗП как элемента конструкции двигателя. Изобретение может найти применение при дефектации корпусов двигателей после ОСИ и при назначении (корректировке) необходимых толщин ТЗП на основании данных огневой стендовой отработки двигателей.

Целью изобретения является повышение точности определения величины деструкции ТЗП.

Цель достигается тем, что после измерения начальных и конечных толщин ТЗП осуществляют послойную по толщине разрезку остатка покрытия, измеряют плотность материала каждого слоя и по полученным данным определяют уточненное значение деструкции ТЗП по формуле

где δ_д, δ_н, δ_к - величины деструкции, начальной и конечной толщины ТЗП;

K - поправка на дополнительную деструкцию в период последействия;

ΔL - поправка на термическое расширение материала, определяемая по результатам измерений плотности материала.

Лабораторные исследования необратимого расширения резино-подобных теплозащитных материалов при нагревании их до температур начала интенсивного разложения показывают, что при повышении температуры материалы широко применяемых в настоящее время ТЗП могут изменять свой относительный объем в 1,2…1,5 раза. Специальные опыты по нагреванию образца в цилиндрическом стакане, имитирующие условия работы материала в составе ТЗП, позволяют установить зависимость линейного размера (толщины) образца и его плотности от температуры. Исключая из полученных данных температуру как параметр, получают связь между приращением линейного размера материала и изменением его плотности Δρ:

По результатам предлагаемых измерений плотности по толщине ТЗП получают распределение изменения плотности по глубине покрытия Δρ(x) и суммарное приращение толщины ТЗП ΔL по формуле

где x - линейная координата, отсчитываемая от поверхности остатка ТЗП вглубь материала;

L - толщина, расстояние по x, на котором плотность материала перестает отличаться от исходной.

Определение величины деструкции ТЗП на момент окончания работы двигателя выполняется следующим образом. До ОСИ измеряется начальная толщина ТЗП δ_н. После ОСИ с поверхности ТЗП с помощью щетки или другого приспособления удаляется хрупкий, легко отделимый коксовый слой. Измеряется толщина остатка ТЗП δ_к, при этом следует учесть, что в материале возможны расслоения, пустоты, крупные каверны, размеры которых необходимо исключить из величины δ_к. Затем с поверхности остатка ТЗП срезаются слои материала, определяется их плотность. Разрезка выполняется до тех пор, пока измеренная плотность слоя не перестает отличаться от исходного значения для материала ТЗП до ОСИ. По суммарной толщине всех срезанных слоев фиксируется значение L. Толщина каждого слоя при разрезке должна обеспечивать достаточную точность при вычислениях по формуле (3). Вычисляется изменение толщины каждого i-го слоя по формуле:

, , Δρ_i=ρ₀-ρ_i,

где h_i, ρ_i - результаты измерения толщины и плотности i-го слоя материала,

ρ₀ - исходная плотность материала,

F₁ - зависимость от Δρ/ρ₀, вид которой для конкретного материала показан на фиг. 2.

Интегрирование (3) выполняется по формуле

Вычисляется поправка на дополнительную деструкцию в период последействия

,

где ψ_n - зависимость от коксового числа материала, определяемая по паспортному значению коксового числа С (см. фиг. 1). Таким образом, определены все величины для вычислений по формуле (1).

Для реализации предлагаемого способа вырезан образец из ТЗП переднего дна корпуса из района подманжетной полости, где отсутствует прямое воздействие продуктов сгорания твердого топлива во время работы двигателя. В пяти близко расположенных точках по квадрату со стороной 20 мм и в его центре выполнены измерения толщины остатков. Поскольку кокс на поверхности ТЗП отсутствовал, K=1. Разность начальных и конечных толщин составила:

δ_н-δ_к=-3,4÷0,3 мм.

Образец разрезан на слои толщиной 0,5±0,1 мм на глубину L=5,5 мм. Измерена плотность каждого слоя с исходным значением для материала 51-2058 ρ₀=1170 кг/м³. Вычислена поправка по формуле

где - для каждого i-го слоя разрезанного образца определены по измеренным значениям плотности и фиг. 2, h_i - равны для всех i.

Величина ΔL составила 3,6 мм, т.е. в пределах погрешности измерений и отличия практического интегрирования (4) от формулы (3) получено

δ_н-δ_к=ΔL, δ_д=0

при K=1, что подтверждает достоверность предложенного метода измерений.

Таким образом, цель изобретения достигнута: погрешность определения искомого параметра δ_д по соотношению (3) зависит только от погрешностей измерений плотности материала, т.е. практического выполнения интегрирования (3).