УСТРОЙСТВО ДЛЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

Полезная модель относится к области климатических испытаний крупногабаритных натурных конструкций авиационной, транспортной и другой техники, работающей в условиях низких температур окружающей среды, в частности, техники арктического базирования.
Существуют устройства для климатических испытаний крупногабаритной техники арктического базироваия (См. Испытательный комплекс Концерна ПВО «Атлас- Антей». https://dfhc.ru/arhiv-zhurnalov/c118-2015-1-33/ispytatelnyi-kompleks-szrts-kontserna-pvo-almaz-antej/). Эти камеры представляют собой теплоизолированные помещения в капитальных корпусах и оснащены мощными компрессорно - конденсаторными холодильными установками. Стоимость таких сооружений - сотни миллионов рублей.
Больших затрат ресурсов и времени на создание средств испытаний натурной техники арктического базирования можно избежать, если заменить идею климатических испытаний в капитальных камерах воспроизведением нужных параметров среды, окружающей объект испытаний, в легком ограждающем устройстве, локализующем испытываемую конструкцию от окружающей атмосферы. Это может быть надувной ангар, установленный над объектом испытаний на открытой площадке и снабженный мобильными низкотемпературными средствами охлаждения воздуха внутри ангара.
Известно устройство для климатических испытаний, содержащее холодильную камеру, выполненную в виде ангара с гибкой, в частности надувной, оболочкой, систему подачи газообразного хладоносителя во внутренний объем камеры в виде перфорированного трубопровода, холодильную установку, выполненную в виде низкотемпературного безмашинного азотно-воздушного хладогенератора, клапаны для выпуска теплого воздуха (См. патент на полезную модель RU 191353 U1 авторы: А.С. Дзюба, В.Л. Ноткин). Это устройство принято за прототип.
Эта установка работает следующим образом. Испытываемый объект помещают в холодильную камеру, камеру закрывают и через систему подачи хладоносителя подают в камеру газообразную азотно-воздушную смесь, полученную в хладогенераторе путем впрыска жидкого азота в поток сжатого воздуха. Хладоноситель охлаждается за счет испарения жидкого азота в вихревом потоке сжатого воздуха. Температура хладоносителя на выходе из аппарата зависит от соотношения расходов жидкого азота и сжатого воздуха, подаваемых в хладогенератор. Газообразная азотно-воздушная смесь, охлажденная до температуры, заданной программой, заполняет внутренний объем надувного ангара, омывая и охлаждая объект испытаний. Отработанный хладоноситель сбрасывается в атмосферу через клапаны в верхней части свода ангара.
Недостатком описанной установки являются трудности поддержания программной температуры воздуха, омывающего объект испытаний. Хладоноситель из хладогенератора, поступающий в камеру, как правило, имеет температуру на 5-8 градусов ниже программной для компенсации теплопотерь на пути и внутри камеры. Однако, распределяясь по объему, он подвергается воздействию значительных теплопритоков от стенок камеры. Тепло от стенок камеры проникает внутрь за счет фильтрации теплого воздуха через ткань из надувных конструкций ангара, а также за счет теплопроводности материала стенок и негерметичности технологических проемов. Указанные теплопритоки могут быть компенсированы дополнительным и очень значительным переохлаждением хладоносителя, подаваемого из хладогенератора, но это приведет к нерациональному перерасходу жидкого азота, являющегося основным расходным ресурсом испытаний. Кроме того, распределение температуры воздуха во внутреннем объеме зависит от ряда случайных факторов и даже при соблюдении общего теплового баланса в среднем по объему температура в зоне размещения объекта вполне может быть выше или ниже программной.
Техническим результатом является экономия жидкого азота, являющегося основным расходным ресурсом, и обеспечение высокой точности воспроизведения программной температуры воздуха, омывающего объект испытаний.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для климатических испытаний, содержащем холодильную камеру, выполненную в виде надувного ангара, холодильную установку, систему подачи хладоносителя в виде перфорированного трубопровода, клапаны для выпуска теплого воздуха, внутри холодильной камеры установлен изолирующий объект испытания контур в виде тента на каркасе, перфорированный трубопровод системы подачи хладоносителя расположен под тентом над объектом испытаний, а по нижней кромке тента размещены окна для выпуска из-под тента отработанного хладоносителя.
Холодильная установка выполнена в виде низкотемпературного безмашинного азотно-воздушного хладогенератора. Тент может быть выполнен из брезента или гибкого теплозащитного материала.
На фигуре изображена схема установки для климатических испытаний техники, содержащая следующие основные элементы:
Холодильную камеру 1, выполненную в виде надувного ангара - это первый контур локализации объекта испытаний от атмосферы, изолирующий объект испытаний контур в виде тента на каркасе 2 - второй контур локализации объекта испытаний от окружающей среды, систему подачи хладоносителя в виде перфорированного трубопровода 3, холодильную установку 4, выполненную в виде низкотемпературного безмашинного азотно-воздушного хладогенератора, объект испытаний 5, размещенные на нижней кромке тента 2 окна 7 для выхода отработанного хладоносителя из-под тента 2, клапан 7 для выпуска из камеры теплого воздуха (отработанного хладоносителя). Тент может быть выполнен из брезента или гибкого (рулонного) теплозащитного материала.
Установка работает следующим образом.
Объект испытаний 5 устанавливают в надувном ангаре 1 и укрывают вторым (дополнительным) контуром локализации 2, изолирующим объект от окружающей среды, заполняющей холодильную камеру 1. Систему подачи хладоносителя в виде перфорированного трубопровода 3 размещают под тентом 2 над объектом испытаний 5. Газообразный хладоноситель, охлажденный в хладогенераторе 4 до температуры, заданной программой испытаний, подают на объект испытаний 5 сверху таким образом, чтобы тяжелая холодная азотно-воздушная смесь, опускаясь вниз, омывала поверхность охлаждаемого объекта - объекта испытаний 5 и выходила из-под тента 2, через специально устроенные окна 6 во внутренний объем надувного ангара на уровне пола. Отработанный хладоноситель из камеры выходит в атмосферу через клапан 7. Такая организация потоков в предлагаемом устройстве обладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом:
Поверхность охлаждаемого объекта омывается только свежим хладоносителем, имеющим заданную программой температуру. Объем окружающей среды под тентом в десятки раз меньше внутреннего объема ангара. Это сокращает расход хладоносителя, а его температура уже не зависит от теплопритоков от стен ангара. Отработанный хладоноситель из-под тента, сохранивший остаточный хладоресурс и отрицательную температуру, заполняя внутренний объем ангара, создает защитную холодную зону между первым и вторым контурами локализации, поглощающую теплопритоки от стен, при этом температура воздуха в этой зоне, оставаясь отрицательной, уже не имеет значения для программного охлаждения испытываемого объекта.
Следует отметить, что важным преимуществом предложенной полезной модели является то, что отличительные признаки описанного предложения не отменяют ни одного из отличительных признаков прототипа, оставляя его актуальным для практического использования, а именно остается надувной ангар вместо капитальной камеры, размещение блоков подачи хладоносителя над объектом испытаний не мешает вытеснению теплого воздуха через клапан на своде ангара при заполнении его холодным, так как холодный отработанный хладоноситель поступает в ангар из-под тента на уровне пола, холодильная установка в виде безмашинного хладогенератора также остается в составе полезной модели.