Технология неконтактного измерения температуры в авиастроении

Секция летательных аппаратов и механики

УДК 629.7:519.711.3

II. Н. Бажанов, А. Г. Клово

ТЕХНОЛОГИЯ НЕКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

В АВИАСТРОЕНИИ

Проблема неконтактного измерения температуры является актуальной на различных этапах разработки современных летательных аппаратов (ЛА) или их отдельных агрегатов и узлов. Технология производства современных жаропрочных покрытий ЛА, проектирование и исследование силовых установок, а также.многие другие задачи ограничивают применение традиционных контактных датчиков температуры. В докладе рассматривается задача измерения и контроля температурного режима в ходе различных технологических операций при производстве ЛА, причем объекты контроля находятся в недоступном для контактного измерения месте.

Трудность задачи заключается в том, что известные методы измерения температуры неприемлемы, т.к. основаны на измерении интенсивности тепловых потоков, излучаемых объектами. Это связано с тем, что обрабатываемые изделия обычно помещены в герметические камеры и излучения, проходящие через смотровые окна, теряют определенную, но не известную заранее часть , своей энергии. В связи с этим фактом в докладе исследуется принципиально новый способ измерения температуры, основанный на следующем.

В процессе нагрева или остывания изделия через окошко периодически подается дополнительное греющее излучение путем периодического включения лазера. При этом возникает дополнительный нагрев исследуемой структуры, что в свою очередь вызывает дополнительное излучение с поверхности контролируемого тела. При потере некоторой части энергии дополнительное излучение, тем не менее, сохраняет свои относительные характеристики, т. е. сохраняется форма кривой, соответствующей исследуемому тепловому потоку. Тем самым ставится задача изучения тех характеристик теплового потока, которые, с одной стороны, являются характеристиками его формы, а с другой — мало зависят от интенсивности теплового потока и, наконец, нахождение этих характеристик может быть осуществлено технически.

Такими характеристиками могут явиться различные соотношения. Если рассмотреть общий вид кривой теплового потока, то в ней можно отметить область возрастания интенсивности теплового потока и область его убывания. В области убывания интенсивности отметим подобласти возрастания по модулю производной интенсивности теплового потока и ее области убывания.

Пусть Рі — максимальное значение теплового потока, Сг — максимальное по модулю значение производной интенсивности теплового потока, Р2— значение интенсивности теплового потока в точке ее производной (по модулю).

Известия ТРТУ

Специальный выпуск

Р< G

Тогда величины —, — являются характеристиками формы кривой интен-г і У\

сивности теплового потока.

Кроме того, возможны и другие характеристики формы кривой интенсивности теплового потока. В частности, в докладе исследуется влияние температуры структуры на некоторые частотные характеристики теплового потока. Пусть кривая теплового потока представляется в виде

00

П

71 ~ 1

A'i A-i Ап

тогда величины -. -, . , ..., —,... являются характеристиками лишь формы Лі А і А і

интенсивности теплового потока.

Одной из основных целей работы является установление того факта, что возможность технической реализации идеи зависит от величины TL — характерного времени работы математической модели разрабатываемого прибора, за которое и происходит фактическое разложение ответного разового излучения в гармонический ряд.

Полученные результаты вычислительного эксперимента показывают, что существует оптимальная величина TL, соответствующая параметрам процесса, при которой с наибольшей точностью может быть установлена зависимость между отношениями частот и искомой температурой. Как было отмечено выше, форма ответного излучения определяется величинами

Аг Аз Аь Ап

Л, ’ A,’ Ai Ai (>

Ai

Y¿ = АТ

В общем случае проводится N вычислительных экспериментов при температурах

Ті , Та, Тз, ..., Tjv

и величины (2) принимали при этом соответственно значения

Yu , угі, Узі, • • •, Уш , •   — В первом эксперименте,

Yl2 , У22, У32, • • •, ІП2,    — ВО втором эксперименте,

Yu. У2Ь узь fnj, ... — вj-Mэксперименте.

Предположим, что существует функция G(T), переводящая массив (3) в набор

Е7Ь U2, ¡Уз, ..., UN

по закону

Uí = G(Tí), і = 1, N.

Пусть NG — число гармоник, оказывающих основное воздействие на формирование формы теплового потока, при этом существует приближенная линейная зависимость

Uj = Bljlj + B2Y2J + •• + Влг GjNCj-

Основным направлением работы является поиск коэффициентов

исследование их зависимости от основных параметров технологического процесса и оценка ошибки при вычислении температуры по формуле

где и определено по формуле (4).

Одним из важных полученных результатов является то, что вычислительный эксперимент подтвердил существование значений . параметра ТЪ, например ТЪ = 0Д15Е-4, при котором относительные частотные характеристики монотонно возрастают с ростом температуры. Этот результат подтверждает техническую возможность существования приборов, позволяющих производить бесконтактные измерения температуры по частотным характеристикам переходных процессов периодического нагрева и остывания обрабатываемых изделий.

1. Клово А. Г., Бажанов Н. Н. .Бесконтактный контроль высокотемпературных сред: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конференции «Математическое моделирование в энергетике». Киев, 1990. С. 26—28.

2. Бажанов Н. Н., Клово А. Г. Об одном подходе к контролю высокотемпературных сред в двигателях летательных аппаратов. М.: 1994. Деп. в ВИНИТИ 8.04.94, №3322-94.

УДК 621.91.001.1+539.13.6

В. И. Бутенко

ДИСЛОКАЦИОННАЯ СТРУКТУРА МЕТАЛЛА В УСЛОВИЯХ ДЕЙСТВИЯ НАЛОЖЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Пусть некоторый объем металла в течение времени т находится под действием нормируемой величины наложенных напряжений стн. За это время плотность дислокаций в нем возрастает от начального значения рнач до некоторого текущего р(стн). Пусть также в каждый момент времени 8т в единичном объеме материала зарождается р(сги, т) новых дислокаций, причем появление новых дислокаций не исключает того, что те дислокации, которые зародились ранее рассматриваемого времени, продолжают свое независимое продвижение в глубь материала. Тогда общее число заторможенных дислокаций с вероятностью р (V) определится по формуле

где V — рассматриваемый единичный объем материала.

Известно, что между начальной плотностью дислокаций рнач, характерной для металла, не находящегося под влиянием наложенных напряжений, и общим числом дислокаций р (сти), прекратившим свое движение на препятствиях в объеме V, существует зависимость [1]

Т = G"1

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

d р (ст„) = -р (V) р (ак, т) dV,

«