Способ тепловых измерений на элементах конструкции изделия

ПАП.Б Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам АББЕ ИЗО(71) Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия"им.акад СПКоролева(73) Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Знергия"им.акад.С.П.Королева(54) СПОСОБ ТЕПЛОВЬИ ИЗМЕРЕНИЙ НАЭЛЕМЕНТАХ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ(57) Изобретение относится к технике измерениятемпературных параметров элементов конструкцииизделий, подвергающихся воздействию тепловогопотока, и может быть использовано в самолетостроении, ракетостроении, металлургии, энергетике,Способ. тепловых измерений на элементах конструкции изделия заключается в том, что воздействуют на образец тепловым потоком в течение заданного времени эксплуатации изделия, при этом предварительно наносят термоиндикаторы на поверхность образца изделил, регистрируют спектр цветности термоиндикаторов, определяя максимальную температуру образца Дополнительно наносят термоиндикаторы на боковую поверхность образца по его толщине, при этом наносят их полосами, каждая их котврых фиксирует координату изменение цвета термоиндикатора при срабатывании, охватывая весь диапазон ожидаемых температур, после чего воздействуют на образец тепловым потоком В течение, заданного времени эксплуатации издепйя, определяют координату изменес;л цвета термоиндикаторов каждой полосы, а изменение величины теплового потока от времени опредепя;от из решенил уравнения теплопроводности, используя измеренные величины максимальной температуры поверхности образца и координаты зоны изменения цвета термоиндикатооов по толщине. 3 ил.Изсброгенис Относится к технике измер:.Н(. л те, 4 аратурных параметров элементов конструкции изделий, подвергающихсяЛО.4;:,вйствию тепловОГО пОтока, и можетбь(ть сг(ользовано 8 самолетОстрОении, раке(.ос.(роении, металлургии, энергетике (Вто .,(И( Ле атемнои) и т,Д,.кгуальнОсть заДачи Обусловл 8 на необходимостью разработки эффективного и-ухСЧТ:.:;Х КОНструКциИ ИЗДВЛИЙ ДЛЙ ОПс;,(;81 И(1 1(:.ЛОВО(О ПОТОКа (4), ДВЙСТВУ(0я",.-с рн с(4 осо(4 тепловых изм 8 рений; г:;";(ки и дат 14 к теплового потока, которыереГист,"ируют Г(оказания эл 8 ктрических сиГн.лов От ч,(вствитеьых элементов датчиков и по ним Определяют соответствующиепарэмс;ры 1),Не ";Остатки известного способа требуч" л."4(4 дар(иков и регистриру(ощей ап-и-.;ратуры; имеет сравнительно большу(От(у(;оемкость, Обусловленную необходимос,ью предварительных конструктивнцх4.-.работок и оглэдки измерительной и запил ы Валмой а Г(паратур.Извсстен способ тепловых измерений,;Омэнтах коне Труции залючающемсяВ "о 4(, что наносят термоиндикаторы на элем 4 нты кОБстоукции изд 8 лий для Опред 8 ленНОГО диапазона Ожидаемых температур,регистрируют цвет термоиндикаторов, оп- Э 5рлделяют максимальную температуру поВСРХНОСТИ СТЕНИ Тч(пах, СРВВНИВаЯ Сэталонь(м цветом для данной температуР Ь(.Недостатком этого способа является 40Определение только максимальной емпеРВТУРЫ СТЕКИ Та(пах И ОТСУТСТВИЕ ВОЗМОЖНОсти Определения тег:ловых потоков взависимости От времени нагрева,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа за счетООРЕДЕЛЕНИЛ В 8 ЛИЧИНЦ ТЕПЛОВОГО ПОтОКа Взависимости от времени наряду с максимальной температурой образца.Поставленная цель достигается тем, что 50в способе, заключающемся в том, что воздействуют на Образец тепловым потоком втечение заданного времени эксплуатацииизделия, при этом предварительно наносяттермоиндикаторы на поверхность образца 55иэделия, регистрируют спектр цветноститермоиндикаторов, Определяя максимальную температуру поверхности образца, согласно изобретению дополнительнонаносят термондикаторы на боковую поверхность образца по его толщине, при этом наносят их полосами, каждая из которых фиксирует координату зоны изменения цвета термоиндикатора при срабатывании, охвать(вая Весь диапазон Ожидаемых температур, после чего воздействуют на образец тепловым потоком в ечение заданного времени эксплуатации изделия, Определяют координату зоны изменения цвета термоиндикаторов каждой полосы.Изменение величины теплового потока от времени определяют из уравнения теплопроводности, используя замеренные величинц максимальной температурц поВерхнОсти Образца и коорДинаты эоны изменения цвеа термоиндикаторов по ТОЛ ЩНЕ,Предлагаемый способ реализуется следуощим образом,В исследуемом элементе конструкции изделия вырезают по толщине элемента конструкции опытный Образец, На поверхность образца и его боковую поверхность наносят полосами термоиндикаторы, Размещают этот образец с минимальным зазором в место вцреза элемента конструкции заподлИЦО с его пОВЕРхнОСтыО, после чЕгО воздействуют на образец тепловым потоком в течение заданного времени эксплуатации изделия,На фиг.1 приведена схема конкретной конструктиВнОЙ разрабОтки.Схема содержит элемент 1 конструкции иэделия, верхнюю поверхность 2 образца элемента конструкции изделия, его боковую поверхность 3, термоиндикаторы 4, нанесенные на верхнюю поверхность образца и термоиндикаторц 5, нанесенные на боковую поверхность образца.После воздействия тепловых потоков на образец отдельные термоиндикаторы изменяют свой цвет. ПО результату. визуального осмотра в сравнении с исходным эталонным Определяют граничные (среагировавший и несреагировавший термоиндикаторы) и соответственно максимальную температуру на внешней поверхности, которая принимается равной Т(ч(пах=(Тср+Тнеср)/2Нанесенные же на боковую поверхность термоиндикаторы позволяют Определить координаты точки изменения цвета каждой полосы в виде зависимости Х(Т), (Х=Х/(, где Х - координаты точки изменения цвета,- толщина образца).Искомую величину теплового потока ф) В зависимости от времени Определяют, используя замеренные величины Тещах и Х(Т) из решения нестационарного уравнения теплопроводности с учетом граничных условий на внутренней поверхности образцаДля этого в качестве начального приближения задают некоторый произвольный тепловой поток ц(1). Решают уравнение теплопроводности для цф заданного на нагреваемай поверхности, и находят расчетные величины Тпах и ХЯ. Сравнивают его с экспериментально измеренным значением Тещах и ХЩ и рассчитывают среднее расхождение между ними. Если среднее расхождение сравнимо с точностью определения величин, то считают, что получили искомое решение, Если среднее расхождение больше, то, используя какой-либо стандартный метод оптимизации, например метод сопряженных градиентов, подбираютакой цф который минимизирует среднее расхождение до величины, сравнимой с точностью эксперимента,Поскольку в настоящее время отсутствуют результаты эксперимента, проверка способа проведена с использованием численных экспериментов,На фиг.2 и 3 представлены результаты определения искомого теплового потока потока ц(т) в зависимости от времени и расчет ХЯ.Для этого выбирают тепловой поток рот)затем рассчитыва 1 от по нему ХЯ и Тъпш (И). В качестве начального приближения использовалась сф) (6 Щ. По (ф) рассчитывают Тувах и Х 1(Т) 0 Ч) и находят расхождение между Тщш и ХЩ и Тминах и Х 1 Щ. Используя метод сопряженных градиентов находят искомый тепловой поток цф)МТаким образом графики фиг,1 б, фиг,Виллюстрируют правильность решения по 5 ставленной задачи.Использование предлагаемого способапозволяет: расширить функциональныв воэможности способа за счет Определения величины теплового потока в зависимости от10 Времени по сравнению с известным способом, при котором термоиндикаторы используются для определения максимальнойтемпературы стенки; увеличить производительнЪсть труда, исключая конструкторские15 работы пО монтажу и отладке измерительной и записываощей аппаратур,Годовой зкономический эффект ат Внедрения изобретения может быть определенисходя из зкономии мат 8 риальных средств20 при использовании электрических датчикови соответствующей преОбразующей и регистрирующей аппаратуры,Кроме того, экономия увеличивается засчет амортизационных затрат на зксплуата 25 цию преобразующей и регистрирующей аппаратур. 56) Измерение нестационарных температр и тепловых пОтокОВ, Сб, статей под. Оед.ЗО Гордсва А.Н, 966, с. 8 и 103.Абрамович В.Г. и Картавцев В,Ф, ЦВетные индикаторы темпераъры, М.; Энергия,"3978, с. 166-383, Формула изобретенияСПОСОБ ТЕПЛОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ НА ЭЛЕМЕНТАХ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ, заключающийся, в том, что воздействуют на образец тепловым потоком в течение заданного времени эксплуатации иэделия, при этом предварительно наносят термоиндикаторы на верхнюю поверхность образца изделия, регистрируют спектр цветности термоиндикаторов и Определяют максимальную температуру поверхности образца, отличающийся тем, что термоиндикаторы дополнительно наносятую поверх биост обпазц ., потолщине Определяют, координату4 О ния цвета боковых термои иди катооов, 3ИЗМВНВНИ 8 88 ЛИЧИНЫ Т 8 ПЛОВОГО ПОТОКЗ ОТ Времени Определяют из Оеаения равнения теплопроводности, используя замеРВННЫ 8 ВВЛИЧИНЫ максимальнои 4 Р температуры поверхности Образца к координаты эоны изменения цвета термоинди- катОрОВ по ТОлщйн 8,2003085 Корре кто ктор Т,Горячева Керецм Заказ 323 изводственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород, ул.Гагар оставитель А,Алексехред М.Моргентал Тираж НПО" Поиск 13035. Москва, Ж