СТЕНД ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ

Полезная модель относится к области ракетной техники, а более конкретно к стендам для тепловых испытаний изделий ракетно-космической техники, эксплуатируемых в шахтах подводных лодок.
При эксплуатации ракетных комплексов (РК) одной из важнейших задач является прогнозирование изменения параметров температурно-влажностных режимов (ТВР) в объектах эксплуатации и отсеках ракет.
Обеспечение параметров ТВР ракет связано с необходимостью сохранения работоспособности и заданных характеристик в течение назначаемых, а затем продлеваемых сроков службы. Изменение характеристик конструктивных элементов ракет обусловлено физико-химическими процессами старения, протекание которых зависит от множества факторов, наиболее значимыми из которых являются ТВР. Интенсивность протекания процессов старения описывается известной формулой Аррениуса, связывающей скорость старения с температурой. Основными конструктивными элементами ракет, критичными к воздействию ТВР, являются неметаллические материалы (теплозащитные покрытия, резинотехнические изделия, твердотопливные ракетные двигатели и т.п.) и радиоэлектронная аппаратура систем (СУ) управления ракет.
Так, влияние длительного воздействия ТВР на теплозащитные материалы проявляется в изменении (ухудшении) их теплофизических, энтальпийных и физико-механических характеристик, что может отрицательно сказаться на работоспособности составных элементов ракет.
Одним из важных показателей работоспособности радиоэлектронной аппаратуры является надежность, модель прогнозирования которой опирается также на формулу Аррениуса, связывающую показатели надежности с температурой.
Для прогнозирования процессов старения и надежности работы конструктивных элементов изделий ракетно-космической техники, критичных к воздействию температурно-влажностного режима, используются различные устройства и стенды для тепловых испытаний.
Известно устройство для измерения тепловых параметров [1], содержащее теплообменник, входной трубопровод, выходной трубопровод, первый контактный измеритель температуры, второй контактный измеритель температуры, тепловую изоляцию, внешняя поверхность теплообменника снабжена тепловой изоляцией кроме примыкающей к внутренней поверхности исследуемого объекта внешней поверхности теплообменника, выход теплообменника соединен с входом выходного трубопровода, первый контактный измеритель температуры размещен между внутренней поверхностью исследуемого объекта и внешней поверхностью теплообменника, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит расходный бак, нагревательный бак, первый трубопровод, второй трубопровод, входной трубопровод снабжен вентилем, нагревательный бак снабжен нагревательным элементом, выход входного трубопровода соединен с входом расходного бака, выход расходного бака соединен с входом первого трубопровода, выход первого трубопровода соединен с входом нагревательного бака, выход нагревательного бака соединен с входом второго трубопровода, а выход второго трубопровода соединен с входом теплообменника.
Недостатком указанного устройства является то, что тепловые параметры исследуемого объекта определяются с исключением конвективного теплообмена исследуемого объекта с окружающим воздухом. Другим недостатком указанного устройства является то, что указанное устройство используется для исследований малогабаритных объектов.
Известен также стенд для имитации тепловых режимов [2], включающий блок управления и электрически связанные с ним блоки нагрева и охлаждения, а также датчики температуры, введены датчики скорости воздушного потока, а также блоки измерения температуры и скорости воздушного потока, блоки аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и компьютер, при этом стенд выполнен в виде камеры, корпус которой содержит теплоизолирующий слой, причем количество блоков нагрева выбрано равным п, где n=1,…,N, количество датчиков температуры взято равным (n+n1), где n1=1,…,N), а количество датчиков скорости воздушного потока выбрано равным (п+п2), где n2=1,…N2, при этом n датчиков температуры и n датчиков скорости воздушного потока установлены на соответствующих блоках нагрева, причем блоки нагрева с соответствующими датчиками установлены внутри камеры в местах, соответствующих местам установки испытуемых аппаратурных блоков, а n1 датчиков температуры и n2 датчиков скорости воздушного потока установлены по внутреннему периметру камеры отдельно от этих блоков, причем электрические выходы с первого по (N+N1) датчиков температуры и с первого по (N+N2) датчиков скорости воздушного потока соединены с соответствующими с первого по (N+N1) и с первого по (N+N2) входами блоков соответственно измерения температуры и скорости воздушного потока, своей группой выходов через соответствующий блок АЦП подключенных соответственно к первой и второй группам входов компьютера, а управляющими входами соединенных соответственно с первым и вторым выходами блока управления, своими третьим выходом подключенного к управляющему входу блока охлаждения, соответствующими от первого до N-ro выходами своей первой группы выходов соединенного с управляющими входами соответственно от первого до N-ro блоков нагрева, соответствующими от первого до (N+N1)-rо выходами своей второй группы выходов подключенного к управляющим входам соответственно от первого до (N+N1)-ro датчиков температуры, а соответствующими от первого до (N+N2)-ro выходами своей третьей группы выходов соединенного с управляющими входами соответственно от первого до (N+N2)-ro датчиков скорости воздушного потока и группой входов подключенного к группе выходов компьютера, входом соединенного со входом стенда. Разработанный стенд при проведении испытаний объектов различного профиля обеспечивает возможность задания тепловых режимов, соответствующим эксплуатационным нагрузкам.
Недостатком указанного стенда является то, что система вентиляции указанного стенда позволяет имитировать эксплуатационные режимы только для объединенной воздушной зоны, в отличие от предлагаемой полезной модели. Другим недостатком указанного стенда является то, что блок охлаждения не содержит теплообменник с охладителем, что ограничивает диапазон эксплуатационных режимов.
Несмотря на указанные недостатки, техническое решение, защищенное патентом RU 62240, может быть принято в качестве прототипа.
Технический результат, на достижение которого направлено патентуемое решение, заключается в том, что стенд позволяет моделировать различные стационарные тепловые режимы, реализующиеся в шахте при штатной эксплуатации ракеты, с помощью локальных систем циркуляции воздуха с разными температурами, соответствующими распределению температур в шахте по высоте и с возможностью имитации. разного количества внутренних тепловыделений.
Этот технический результат достигается тем, стенд для тепловых испытаний ракеты, размещаемой в шахте пусковой установки содержит тепловой макет ракеты, имитатор шахты, выполненный в виде теплоизолированного цилиндрического корпуса, закрытого сверху теплоизолированной крышкой, системы нагрева - охлаждения воздуха с трубопроводами подвода воздуха в кольцевой зазор между имитатором шахты и тепловым макетом и отвода воздуха из кольцевого зазора, разделенного перемычкой на два пояса циркуляции воздуха: верхний и нижний, в которых имитируются по высоте температурные условия, реализуемые в соответствующих зонах шахты при штатной эксплуатации ракеты. При этом нижний пояс циркуляции воздуха снабжен кольцевым коллектором для подвода воздуха в кольцевой зазор нижнего пояса циркуляции воздуха через отверстия в стенке имитатора шахты, а геометрические обводы теплового макета и его внутренние полости соответствуют испытуемой ракете, внутри макета размещены имитаторы внутренних тепловыделений. На внешней поверхности теплового макета, внутренней поверхности имитатора шахты, во внутренних полостях макета и в зазоре между имитатором шахты и тепловым макетом установлены датчики температуры, показания которых регистрируются системой измерения стенда.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где:
на Фиг.1 представлен общий вид стенда для тепловых испытаний;
на Фиг.2 - сечение Г-Г на Фиг.1;
на Фиг.3 - сечение В-В на Фиг.1;
на Фиг.4 - сечение Д-Д на Фиг.3.
Стенд (Фиг.1) для тепловых испытаний ракеты, размещаемой в шахте пусковой установки содержит имитатор шахты 1, выполненный в виде теплоизолированного цилиндрического корпуса (позицией не обозначен), закрытого сверху теплоизолированной крышкой 2, тепловой макет ракеты 3, системы нагрева - охлаждения воздуха 4 и 5 с трубопроводами подвода воздуха 6 и 7 в кольцевой зазор 8 между имитатором шахты 1 и тепловым макетом 3 и трубопроводами отвода воздуха 9 и 10 из кольцевого зазора. Перемычка 11 делит кольцевой зазор 8 на два пояса циркуляции воздуха (Фиг.1): верхний «А» и нижний «Б», в которых имитируются по высоте температурные условия, реализуемые в соответствующих зонах шахты при штатной эксплуатации ракеты. При этом геометрические обводы теплового макета 3 и его внутренние полости соответствуют испытуемой ракете. Внутри макета размещены имитаторы внутренних тепловыделений 12, а на внешней поверхности теплового макета, внутренней поверхности имитатора шахты, во внутренних полостях макета и в зазоре между имитатором шахты и тепловым макетом установлены соответственно датчики температуры 13, 14, 15 и 16, показания которых регистрируются системой измерения стенда (на чертежах не показана).
Система нагрева - охлаждения воздуха 4 верхнего пояса циркуляции воздуха «А» в кольцевом зазоре выполнена с возможностью регулирования температуры и расхода воздуха и содержит охладитель воздуха 17, вентилятор 18, шибер 19 (регулирующая заслонка), расходомер 20, нагреватель воздуха 21, и датчик температуры воздуха 22, направляемого в кольцевой зазор.
Система нагрева - охлаждения воздуха 5 нижнего пояса циркуляции воздуха «Б» в кольцевом зазоре выполнена с возможностью регулирования температуры и расхода воздуха и содержит вентилятор 23, шибер 24 (регулирующая заслонка), расходомер 25, нагреватель воздуха 26, и датчик температуры воздуха 27, направляемого в кольцевой зазор.
Имитаторы внутренних тепловыделений 12 выполнены в виде электрических нагревателей заданной мощности.
Стенд снабжен кольцевым коллектором 28 с перфорированными отверстиями для подвода воздуха в кольцевой зазор нижнего пояса циркуляции воздуха «А» через отверстия в стенке имитатора шахты.
Стенд работает следующим образом.
С помощью систем нагрева - охлаждения воздуха 4 (верхнего пояса) и 5 (нижнего пояса) подают воздух с заданными температурами и расходами в верхнюю и нижнюю части стенда. Регулировка расхода воздуха, подаваемого в верхний и нижний пояс, осуществляется соответственно расходомерами 20 и 25, а регулировка температуры производится по датчикам температуры воздуха 22 и 27 соответственно. На имитаторы внутренних тепловыделений 12 подается электропитание для обеспечения заданной мощности тепловыделения. Показания реализующихся в стенде температур воздуха и поверхности регистрируются системой измерения стенда.
Стенд позволяет моделировать различные стационарные тепловые режимы, реализующиеся в шахте с помощью локальных систем циркуляции воздуха с разными температурами, соответствующих распределению температур в шахте по высоте и с возможностью имитации разного количества внутренних тепловыделений. Система измерений стенда позволяет регистрировать заданные параметры и отображать их в табличном и графическом видах.
Источники информации:
1. Патент RU 60729. Устройство для измерения тепловых параметров, кл. МПК G01N 25/18 (2006.01). Приоритет от 31.08.2006 г.
2. Патент RU 62240. Стенд для имитации тепловых режимов, кл. МПК G01M 9/00 (2006.01). Приоритет от 10.11.2006 г.
3. Патент RU76312. Стенд для испытаний регуляторов температуры в гермозонах самолета, кл. МПК B64G 7/00 (2006.01). Приоритет от 14.04.2008 г.
4. Патент RU 2132092. Стенд для тепловых испытаний, кл. МПК G01F 5/00 (2006.01), G01N 25/50 (2006.01). Приоритет от 02.07.1997 г.
5. Патент RU 2168776. Имитатор тепловыделяющего элемента ядерного реактора, кл. МПК G21C 17/00 (2006.01), Н05В 3/48 (2006.01). Приоритет от 14.01.2000 г.