Способ тепловых измерений на элементах конструкции изделия

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

ОПИСАНИК ИЗОБАТЕ ".Kl" 4fk::::;:. :;":,,",:;:;,", К IIATKHTV

«! сА (21) 5005721/25. (22) 0S.07.91 (46) 15.11.93 Бюл. Na 41-42 (71) Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия" им.акад СПКоролева (72) Алексеев А.К; Белошицкий А.В.; Болотин БА (73) Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Знергия" им.акад.С.П.Королева (54) СПОСОБ ТЕПЛОВЬИ ИЗМЕРЕНИЙ НА

ЭЛЕМЕНТАХ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ (57) Изобретение относится к технике измерения температурных параметров элементов конструкции изделий, подвергающихся воздействию теплового потока, 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, регистрируloT спектр цветности термои- дикаторов, определяя максимальную температуру образца Дополнительно HBносят 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 изделйя, определяют координату изменес л цвета термоиндикаторов каждой полосы, а изменение величины теплового потока от времени определя;от из решенил уравнения теплопроводности, используя измеренные величины максимальной температуры поверхности образца и координаты зоны изменения цвета термоиндикатооов по толщине. 3 ил.

2063085

Иэсбратенис относится к технике измер,;а л темnàpàтурных параметров. элемен-:ОВ ка, .трукции изделий, подвергающихся

Ва 3/»»pt» т»зию т(плаваго пОтака» w может б»ь»ть (1с(1аль»завана 6 самолетОстрОении, p8= ке-1ас (роении, металлургии, энергетике (в тп» .1у(ле атомной) и т д - к Гуальнасть задачи Обуславл8на неаб хадимостью разработки эффективного и ,-:. ;:*.а;;-.-Ивн(эГ а с(1эсаба тепловых измерений 1О

;:(1 =/;:: ro»:-ГГ: ». I(Otttgp!/I(ttN»A ИЭДВЛИЙ дпя ОГ1-,::.—;;;и.1 Г<юлавага патака g(t<), действую1»1 "ts!» " »» - C(1(!t 811 ТЕГ1ЛОВЫХ ИЗГ»8Р НИЙ ,-.»»; »,.» «О„с грукции из пплГ»»»й, заклю- 15 „! " таь1, чта устанавливЗГат на зл8 .1вн -э конструкции датчики температуры ,"-,.;";It(tt! д чиГ(и рnAoaot-9 патОка которые

,it! П1» |", » IO ЭОТ ПакаэаНИЙ ЭЛВКТРИЧЕСКИХ CY»f н.= лаз ат ч»,(вствительГ1ых элементов датчи:(ОВ и па ним Определяют соответствующие

IRI» i »8» ptt (1j, Не ";О» та-ки известного способа: требу81 -»аличия датчикоВ и регистрирующей ап

Г»::-.. ратуры; имеет сравнительно большую тГ1, (,аемкасть, обусловленную необхадимас"=;o предварительных конструктивных

Г.,".,-.рабатах и отладки измерительной и запис»=ГВалмаи аппар»атIt! р.

Извесген способ тепловых измерений

- СО(» !!-;Ох кан(трукции заключающемся в "ам, чта наносят термаиндикаторы на элементь канстру(<ции изделий для определеннага диапазона ожидаемых температур, регистрируют цвет термаиндикатарав, on- 35 рлделяют максимальную температуру поВ,!>xt асти стенки Т ч(пах, сравнивая с эталонным цветом для данной температуpbi

Недостатком этого способа является определение талька максимальной емпеРВТУРЫ СТ81(КИ Twmax И ОТСУТСТВИЕ ВОЗМОЖНОсти определения тег:лавых потоков в зависимости ат времени нагрева, Цель изобретения — расширение функ- "5 циональных возможностей способа за счет апРЕДЕЛЕНИЛ ВЕЛИЧИНЫ ТЕПЛОВОГО ПОтОКа В зависимости ат времени наряду с максимальной температурой образца.

Поставленная цель достигается тем, чта в способе, заключающемся в том, чта Воздействуют на Образец тепловым потоком в течение заданнога времени эксплуатации изделия, при этом предварительна наносят термаиндикаторы на поверхность образца 55 изделия, регистрируют спектр цветнасти термаиндикатаров. Определяя максимальную температуру поверхности образца, согласно изобретению дополнительно наносят термоиндикаторы на боковую паверхность образца по его толщине, при этом наносят их полосами, каждая из которых фиксирует координату зоны изменения цвета термоиндикатора при срабатывании, охватывая Весь диапазон ожидаемых температур, после чего воздействуют на образец тепловым потоком в течение заданноt o времени эксплуатации изделия, определяют координату зоны изменения цвета термоиндикаторов каждой полосы.

Изменение величины теплового потока от времени определяют из уравнения теплоправодности, используя замеренные величины максимальной температуры поВерхнОсти Образца и координаты эоны изменения цве а термоиндикаторов по толщине, Предлагаемый способ реализуется следу,ащим образом, В исследуемом элементе конструкции изделия вырезают по толщине элемента конструкции опытный образец, На поверхность образца и его боковую поверхность наносят паласами термаиндикаторы, Размещают этот образец с минимальным зазорам в место выреза элемента конструкции западлИЦО с eto паВЕРхнастЬЮ, 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 термаиндикаторы 5, нанесенные на боковую поверхность образца.

После воздействия тепловых потоков на образец отдельные термоиндикатары изменяют свай цвет. ПО результату. визуального осмотра в сравнении с исходным эталонным определяют граничные (среагировавший и несреагирававший термоиндикатары} и соответс венна максимальную температуру на Внешней поверхности, которая принима8ТСЯ РВВНОЙ Ти(пах={Тср+Тнеср)/2.

Нанесенные же на боковую поверхность термоиндикатары позволяют определить координаты тачки изменения цвета каждой полосы в виде зависимости Х(Т), (X=X/L, где X — координаты точки изменения цвета, L — толщина образца).

Искомую величину теплового потока q(t)

В зависимости от времени определяют., используя замеренные величины Twmax и X(T) из решения нестацианарнага уравнения теплапроваднасти с учетам граничных условий на внутренней повержен(1.:ти Образца

Для этого в качестве начального приближения задают некоторый произвольный тепловой оток q(t). Решают уравнение теплопроводности для q(t), заданного на нагреваемай поверхности, и находят расчетные величины Т,щ и Х(Т). Сравнивают его с экспериментально измеренным значением Т х 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 KSKoA-либо стандартный метод оптимизации, например метод сопряженных градиентов, подбираю такой

q(t), 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 qa(t) в зависимости от времени и расчет

Х(Т).

Для этого выбирают тепловой поток р(т) ® затем рассчитывают по нему ХЯ и

Тъш (И). В качестве начального приближения использовалась q(t) (й3). По q(t) рассчитывают Татах и X1(T) (fV) и находят

РаСХОжДЕНИЕ МЕЖДУ Twmax И ХЩ И ТМаах И

Х1(Т). Используя метод сопряженных градиентов находят искомый тепловой пота, q,(t)

М

Таким образом графики фиг.fб, фиг.!в иллюстрируют правильность решения по5 ставленной задачи.

Использование предлагаемого способа позволяет: расширить функциональныв воэможности способа за счет определения величины теплового потока в зависимости от

10 времени по сравнению с известным способом, при котором термоиндикаторы используются для определения максимальной температуры стенки; увеличить произвадительнЪсть труда, исключая конструкторские

15 работы пО монтажу и отладке измерительной и записывающей аппаратур, Годовой экономический эффект ат внедрения изобретения может быть определен исходя из зкономии материальных ср8дств

20 при использовании электрических датчиков и соответствующей преобразующей и регистрирующей аппаратуры.

Кроме того, экономия увеличивается за счет амортизационных затрат на зксплуата25 цию преобразующей и регистрирующей аппа ратур. (56) Измерение нестационарных температ р и тепловых noTQKGB Сб статей пад Лед

ЗО Гордова А.Н, i966, с. 8 и 103.

Абрамович 8.Г. и КартавЦ88 B.Ф, Цветные индикаторы температуры. М.; Энергия, "!978, с. 366-383, Формула изобретения

СПОСОБ 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 наносят и на боковую поверхность обпаэца по его . Толщине, Определяют .координату измене4Q ния цвета боковых термоиндиквтО008, 3 изменение. величины теплово1-О 1-10тока От времени Определяют из Оешения равнения теплопроводности, используя эамеР8ННЫ8 В8ЛИЧИНЫ MBKCNV:aë6!-!0É

4Р температуры поверхности Образца к KGopдийаты эоны изменения цвета термоиндикатОров AG ТОлщйн8, 2003085

Составитель А,Алексеев

Техред M.Ìîðråíòàn Корректор М.Керецман

Редактор T.Ãoðÿ÷åâà

Тираж Подписное

НПО" Поиск" Роспатента

113035, Москва. Ж-35. Раушская наб., 4/5

Заказ 3230

Производственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород, yn,Ãàãàðèíà, 101