Результат интеллектуальной деятельности: Способ статических испытаний керамических обтекателей

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.

Известно, что слабым местом керамического обтекателя является узел клеевого соединения металлического шпангоута с керамической оболочкой.

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.

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).

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.

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).

Недостатком, так же как и у аналогов, является отсутствие технических средств оценки реакции всей конструкции на тепловое и силовое воздействие.

Техническим результатом заявляемого изобретения является контроль отклонения носка в процессе статических и теплопрочностных испытаний на натурных обтекателях

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.

Способ иллюстрирует схема, представленная на фигуре.

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,

пропорциональный отклонению верхнего конца штанги 2.

В действительности зависимость уровня сигнала D на выходе тензоэлемента 1 от отклонения верхнего конца упругого стержня вытекает из системы зависимостей:

где , - коэффициенты пропорциональности; - величина силы, с которой стенка керамической оболочки в зоне носка давит на верхний конец упругой штанги 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.

Результаты исследований на натурных обтекателях различного назначения подтверждают возможность применения предложенного способа для контроля отклонения носка в процессе статических и теплопрочностных испытаний.

Способ экспериментально отработан и применяется при контроле реакции натурных керамических обтекателей в процессе наземных статических испытаний.