Способ моделирования теплонапряженного состояния деталей двигателя внутреннего сгорания

(5)5 Р рЯЯИЗНЯутюг.г.ЧЕГ.Ф/ НИЯ К иа 2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1196721, кл. 6 01 М 15/00, 1985.(54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОНАПРЯЖЕ Н НОГО СОСТОЯНИЯ ДЕТАЛ ЕЙДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(57) Изобретение относится к двигателестроению и предназначено для выбора мате(19) (1)1,риала и конструкции деталеи камеры сгорания при форсировании и создании новых двигателей. Изобретение позволяет моделировать на испытуемой детали условия работы этой детали на двигателе внутреннего сгорания путем локального подвода тепла к тепловоспринимающей поверхности и созданием идентичного температурного поля и поля напряжений по всему телу испытуемой детали. Для направления вертикально падающего теплового потока на боковую поверхность 1 поршня 2 устройство 3 для размещения и крепления поршня 2 на стенде дополнительно содержит отражатель 4 в виде конуса, 5 ил., 2 табл, 1 бб 505750 55 Изобретение относится к двигателестроению и касается испытательных стендов,Цель изобретения - повышение точности моделирования путем приближения условий теплоотвода к реальным. 5На фиг,1 показана кривая изменения теплового потока по огневой поверхности поршня и заменяющая ее гистограмма; на фиг.2 - устройство для размещения и крепления поршня, содержащее отражатель в 10 , виде конуса; на фиг.З - схема нанесенияпокрытий с различной поглощательной спо собностью на огневую поверхность поршня; на фиг,4 - схема нанесения покрытий с различной поглощательной способностью 15 на тепловоспринимающую поверхность образца; на фиг.5 - температурные волны на кромке камеры сгорания поршня (Лс) в рабочем сечении старого (Л 1 обр) и нового ( Л собр,п) образцов. 20Для повышения точности моделирования теплонап ряженного состояния исследуемых деталей двигателя задаются одинаковые граничные условия как по теплоотводу, так и по теплоподводу с граничны ми условиями деталей реального двигателя.Предлагаемый способ моделирования теплонапряженного состояния деталей двигателя внутреннего сгорания реализован на стенде, содержащем нагреватель в виде па кета электрических кварцевых галогенных ламп накаливания типа КГ 220 - 2000-3, излучающих волны видимого и инфракрасного спектра. В основу положены зависимости . для определения локальных значений пара метров, определяющих условия теплообмена со стороны рабочего тела в цилиндре.Частная аппроксимирующая зависимасть, полученная на основании осреднения данных расчетно-экспериментальных 40 исследований локальных значений граничных условий, например, для поршней с открытой камерой сгорания имеет вид рх А+(1 А) 4 х )и (х)2 п) 45рмакс где А, и, к - характерные параметры дляпоршня; В - радиус поршня; х - текущее значение радиуса поршня, Для эксперимента взят поршень с открытой камерой сгорания из материала АЛ, применяемый в двигателях СМД 18 Н К (4 ЧН 12/14).Полученный график изменения относительных тепловых потоков (фиг.1) заменен гистограммой с переменным шагом разбиения, Участки каждого шага проецировали на"огневую" поверхность поршня, при этом каждому полученному участку на "огневой" поверхности поршня соответствует тепловой поток определенного уровня.При моделировании теплонапряженного состояния всего поршня подводится локальный тепловой поток (р б,п,) и на боковую поверхность, находящуюся между днищем и первым компрессионным кольцом, как это имеет место в реальных условиях. Боковая тепловоспринимающая поверхность также разбита на участки равного теплового потока. Для направления вертикально падающего теплового потока на боковую поверхность 1 поршня 2 устройство 3 для размещения и крепления поршня 2 на стенде дополнительно содержит отражатель 4 в виде конуса (фиг.2).Из таблицы характеристик поглощательной способности различных типов покрытий, полученных экспериментальным путем на стенде, подобраны покрытия с различной поглощательной способностью так, чтобы при выборе было получено полное соответствие относительного теплового потока каждого типа покрытия с относительным тепловым потоком определенного участка по гистограмме (табл.1),На тепловоспринимающую поверхность исследуемого поршня на каждый участок равного теплового потока наносится покрытие, подобранное по значению относительного теплового потока из таблицы, Таким образом, характер изменения и величина поглощательной способности покрытия по всей тепловоспринимающей поверхности поршня полностью совпадают с характером измения и величиной локальных относительных тепловых потоков. Вследствие того, что материал поршня обладает высокой теплопроводностью, температуры на "огневой" поверхности поршня на границах покрытий распределяются равномерно, без скачков.После этого поршень с нанесенными покрытиями устанавливают в устройстве для размещения и крепления поршня на стенде. Включают нагреватель с равномерным тепловым потоком и все обслуживающие системы стенда. В результате испытаний в контрольных точках поршня, получают температуры, в точности совпадающие с температурами (температурным полем) поршня реального двигателя, Предлагаемый способ позволяет реализовать как осесимметричное, так и неосесимметричное термическое нагружение испытуемого поршня (фиг.З), что имеет место в реальных условиях(влияние впускных и1665057 Таблица 1 блица выпускных каналов, расположение сопловых отверстий распылителя форсунки и т.п.).Способ реализован также на стенде для испытания материалов деталей камеры сгорания двигателя на термомеханическую усталость. В этом стенде лучистый нагреватель, установленный над рабочим сечением образца, создает на поверхности образца температурную волну, которая моделирует температурную волну, возникающую на поверхности деталей, составляющих камеру сгорания двигателя. В качестве лучистого нагревателя применяли газовый лазер с длиной волны излучения 10,6 мкм.Температурная волна, моделируемая на образце, довольно сильно отличается по характеру от той, которая возникает в реальных деталях камеры сгорания двигателя, что вносит погрешность при испытаниях. Для устранения этого недостатка вначале был проведен эксперимент по определению по. глощательной способности различных покрытий при воздействии на них газовым лазером. Полученные результаты для АЛприведены в табл.2.Затем покрытия в различных сочетаниях наносились на тепловоспринимающую поверхность образца (фиг.4) и экспериментальным путем подбиралск нужный характер изменейия температурной волны.Предлагаемый способ позволяет суще ственно приблизить характер изменениятемпературной волны на образце и в поверхностных слоях деталей камеры сгорания двигателя (фиг,5). 10 Формула изобретенияСпособ моделирования теплонапря-.женного состояния деталей двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в перераспределении лучистого теплопотока 15 от нагревателя к огневой поверхности детали, например поршня, и локальном отводе теплоты, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности моделирования путем приближения условий теплоподвода 20 к реальным, огневую поверхность поршняразбивают на дискретные участки с одинаковым тепловым потоком, на них наносят покрытия соответственно с различной поглощательной способностьютак, что на каж дом участке подбирают соответствиелокального теплового потока с поглощательной способностью определенного типа покрытия.1665057 б гСоставитель А, Гладкихактор И. Горная Техред М,Моргентал Корректор С. Шевк Заказ 2377 Тираж 359 , Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5изводственно-издательский комбмнат "Патент", г, ужгород, ул. Гагарина, 101