УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОРПУСА РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ТВЁРДОГО ТОПЛИВА ИЗ АРМИРОВАННЫХ ПЛАСТИКОВ

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения деформаций оболочечных конструкций корпусов РДТТ из армированных пластиков типа "кокон" при испытаниях на прочность и может быть использована для экспериментального определения разности главных напряжений и коэффициента концентрации напряжений поляризационно-оптическим методом в учебном процессе ВУЗов.
Известно устройство для измерения деформаций, содержащее опорный элемент для крепления к контролируемому объекту, и закрепленные на нем электроды емкостного датчика зазора, опорный элемент выполнен в виде Г-образных токопроводящих пластин, выступы которых расположены параллельно один другому, имеют диэлектрическое покрытие на обращенных одна к другой поверхностях и выполняют функции электродов емкостного датчика (RU №2040777, МПК G01B 7/16, опубл. 27.07.1995 г.).
Известно устройство для измерения деформаций при испытаниях на прочность, содержащее упругий элемент, узел крепления упругого элемента, тензорезисторы, расположенные на упругом элементе и измерительную аппаратуру, упругий элемент выполнен из двух тонкостенных колец, соединенных друг с другом последовательно по оси их симметрии узлом задания нормированной величины измеряемого параметра, а в узлах крепления и узлах задания нормированной величины измеряемого параметра выполнены базовые отверстия (RU №2091702, МПК G01B 7/16, опубл. 27.09.1997 г.).
Известно устройство для исследования напряженно-деформированного состояния корпуса ракетного двигателя твердого топлива из армированных пластиков, содержащее тензорезисторы, упругий элемент, к которому по образующей равномерно наклеены тензорезисторы, причем нечетные параллельно, а четные перпендикулярно оси симметрии, измерительную аппаратуру, жестко закрепленный штуцер, упругий элемент выполнен в виде корпуса из армированных пластиков типа "кокон" с различным типом намоток, в устройство введена система нагружения внутренним давлением, состоящая из электрогидравлической машины, которая объединяет в один функциональный блок насос, электродвигатель и масляный бак, последовательно соединенная с упругим элементом через обратный клапан, клапанную коробку, вытеснитель, манометр и два вентиля гидравлическими магистралями, причем клапанная коробка состоит из распределителя жидкости, предохранительного клапана и дренажного вентиля (RU №163913, МПК G01B 7/16, опубл. 27.07.2016 г.).
Наиболее близким по технической сущности решением является устройство для испытания на прочность канальных твердотопливных зарядов, содержащее корпус, герметизирующую крышку, испытуемый заряд, размещенный в корпусе, узел нагружения, в системе нагружения рабочим телом является воздух, узел нагружения выполнен в виде полости, образованной корпусом, герметизирующей крышкой, стаканом и резиновой мембраной, облегающей боковой торец испытуемого заряда, расположенного на оптической оси между полярископом-поляриметром и анализатором и светофильтром, кроме того полость соединена воздушной магистралью через вентиль, редуктор и манометр с баллоном (Патент РФ на полезную модель №170353, 2017 г).
Недостатком прототипа является невозможность визуально, с помощью оптических средств измерения, демонстрировать и исследовать напряженно-деформированное состояние корпусов ракетного двигателя твердого топлива из армированных пластиков при приложении растягивающей нагрузки.
Задачей полезной модели является расширение наглядных возможностей при изучении процессов, протекающих внутри корпусов твердотопливных двигателей, изготовленных из композиционных материалов, по исследованию напряжений на прозрачных геометрически подобных моделях методом фотоупругости.
Техническим результатом является возможность экспериментального исследования распределения разности главных напряжений в модели, определить ее в месте наибольшей концентрации напряжений в зависимости от количества нитей наполнителя и оценить работоспособность корпуса ракетного двигателя твердого топлива из армированного пластика.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известном устройстве, содержащем испытуемый заряд, расположенный на оптической оси между полярископом-поляриметром и анализатором и светофильтром, узел нагружения, испытуемый заряд выполнен плоским произвольной формы, торцы которого выполнены в виде ласточкина хвоста, узел нагружения включает два приспособления в виде ласточкина хвоста, закрепленных в двух захватах, установленных на стойках, один неподвижно, второй с возможностью осевого перемещения и выполнен по принципу винтовой пары: гайка, соединенная со штоком, который одним концом закреплен на стойке, а другим через датчик силы соединен с захватом, стойки установлены на основании, имеющем прямоугольное окно-вырез.
Новизна заключаются в том, что испытуемый заряд выполнен плоским произвольной формы, торцы которого выполнены в виде ласточкина хвоста, узел нагружения включает два приспособления в виде ласточкина хвоста, закрепленных в двух захватах, установленных на стойках, один неподвижно, второй с возможностью осевого перемещения и выполнен по принципу винтовой пары: гайка, соединенная со штоком, который одним концом закреплен на стойке, а другим через датчик силы соединен с захватом, стойки установлены на основании, имеющем прямоугольное окно-вырез.
Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области и смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявленном устройстве.
На фиг. 1 изображен общий вид устройства.
Плоский испытуемый заряд 1 произвольной формы, выполненный из оптически прозрачного материала с расположенными внутри жгутами волокон 2 однонаправленных полимерных композиционных материалов, торцами в виде ласточкина хвоста 3, располагается в узле нагружения 4 между двумя приспособлениями в виде ласточкина хвоста 5, закрепленных в двух захватах 6 и 7, установленных на стойках 8. Захват 6 закреплен неподвижно, а захват 7 с возможностью осевого перемещения в виде винтовой пары. Гайка 9 соединена со штоком 10, который одним концом закреплен на стойке 8, а другим через датчик силы 11 соединен с захватом 7. Стойки 8 установлены на основании 12, имеющем прямоугольное окно-вырез 13, расположенное на оптической оси между полярископом-поляриметром и анализатором и светофильтром (на чертеже не показаны).
Устройство работает следующим образом.
Нагрузочное приспособление вводят в световое поле полярископа-поляриметра ПКС-250. Плавно вращая гайку 9, создают растягивающее усилие на захватах 6 и 7 между стойками 8. Это усилие через приспособления 5 узла нагружения 4 передается на торцы 3 испытуемого заряда 1. Рассматривают картину полос на модели, выявляют места наибольшей концентрации напряжений у жгутов волокон 2 (наибольшего сгущения полос). Величину растягивающего усилия определяют датчиком силы 11. Плавно вращая гайку 9, разгружают испытуемый заряд 1.
Меняя количество жгутов волокон 2, углы их расположения, а также композиционные материалы, из которых они изготовлены, определяют законы распределения нагрузки между волокнами и матрицей, а также закономерности обеспечения работоспособности композиционного материала корпуса ракетного двигателя твердого топлива из армированных пластиков.
Предлагаемое устройство существенно расширяет наглядные возможности при изучении процессов, протекающих внутри корпусов твердотопливных двигателей, изготовленных из композиционных материалов, обеспечивает возможность экспериментального исследования распределения разности главных напряжений в модели, определить ее в месте наибольшей концентрации напряжений в зависимости от количества нитей наполнителя и оценить работоспособность корпуса.