6. Испытания на воздействие климатических факторов
Цель климатических испытаний элементов, узлов, агрегатов и ЛА в целом сводится к определению устойчивости и прочности испытуемых объектов при воздействии на них климатических факторов. К таким факторам относятся:
— повышенная и пониженная температура окружающей атмосферы; максимальные значения температур при таких испытаниях могут колебаться от +(70±5)°С до -(60±5)°С;
— повышенная или пониженная влажность окружающей атмосферы; так, например, для тропического климата максимальная относительная влажность составляет 95% при температуре 35°С, а минимальная относительная влажность — 10% при температуре 40°С;
— пониженное атмосферное давление и резкие изменения этого давления (бароудар);
— дождь, град, воздействие которых может привести к осложнениям на различных этапах эксплуатации конструкции ЛА;
— иней, нарастание ледяной корки на поверхности ЛА, роса, соляные брызги и морской туман;
— атмосферная пыль и песок.
Климатические испытания проводят как для определения свойств материалов (коррозии, влагонасыщения, адгезионной прочности наледи и т.д.), так и для определения функциональных особенностей эксплуатации источников и преобразователей энергии, исполнительных органов, датчиков и элементов автоматики, измерительных и электронных приборов, электрожгутов и т.д. в сложных условиях воздействия климатических факторов.
Воспроизведение одного из перечисленных климатических факторов или их комбинаций осуществляется с помощью специальных камер (табл. 2.9).
Принципиальные возможности нагревательных, охлаждающих и вакуумных установок были рассмотрены в предыдущих разделах.
На рис. 2.108 показана принципиальная схема стенда для проведения испытаний различных объектов на воздействие резкого изменения окружающего (статического) давления — камеры бароудара.
Процесс испытаний на таком стенде осуществляется следующим образом. Камера 1 вакуумируется за счет использования вакуумной системы 8. При достижении заданного разрежения в этой камере, а следовательно, заданного перепада давлений между камерой 1 и рабочей камерой 4, что фиксируется измерительной системой 3, срабатывает система 2 разрыва мембраны 7. В момент разрыва мембраны происходит резкое изменение давления в рабочей камере 4 за счет истечения газа из этой камеры в камеру 1.
Для обеспечения максимально возможного темпа изменения давления в рабочей камере 4 необходимо, во-первых, чтобы объемы вакуумной камеры 1 и рабочей 4 различались как можно больше; во-вторых, материал мембраны 7 должен практически мгновенно разрушаться; в-третьих, площадь отверстия, где установлена мембрана 7, должна быть такой, чтобы при выбранном перепаде давлений между камерами 1 и 4 устанавливался критический режим истечения в период, когда происходит выравнивание давлений. Быстродействие системы измерения параметров испытуемого изделия и контроля давлений
в камерах 1 и 4 должно быть больше времени, за которое изменяется давление в камере 4.
Рассмотрим устройство камеры тепла и влаги.
Для увлажнения воздуха применяют:
1) испарение воды в воздух, омывающий поверхность испарения;
2) подмешивание водяного пара.
Увлажнение воздуха испарением воды (рис. 2.109) происходит под влиянием разности парциальных давлений: пара над поверхностью водд и пара в увлажняемом воздухе. Через форсунки 2 вода попадает в поток сухого воздуха. Чтобы предотвратить вынос капель воды, с двух сторон увлажнительной камеры устанавливаются каплеотделители 1 и 3.
В результате резких изменений направления движения воздуха в кап-леотделителе брызги воды попадают на поверхность его лопастей и стекают в поддон 5. Вода подается в поддон с помощью шарикового клапана б, а циркуляцию воды по трубопроводам обеспечивает насос 4.
Для осушения воздуха используются:
1) охлаждение с конденсацией и вымораживанием влаги;
2) водные растворы некоторых солей;
3) твердые поглотители.
Установка для осушения воздуха охлаждением (рис. 2.! 10) состоит из двух камер: нижней и верхней. В нижней камере установлен испаритель 3. Воздух поступает в нижнюю камеру и, омывая поверхность змеевика, осушается и охлаждается. Затем он попадает в верхнюю камеру, омывает поверхность конденсатора 1 холодильной машины и нагревается до заданного уровня. Хладагент подается в испаритель 3 через регулирующий вентиль 2 и отсасывается компрессором 4. Влага, выпавшая на поверхность испарителя, стекает в поддон 5.
Камеры пыли и песка подразделяются на два вида: стенды для изучения статического воздействия пыли и стенды для изучения динамического воздействия пыли и песка на элементы конструкции ЛА, где скорости газа с пылевыми примесями достигают 25 м/с.
Стенд для изучения статического воздействия пыли (рис. 2.! 11) представляет собой камеру 1, разделенную на две половины перегородкой 2. В правой части камеры устанавливается изделие J1 а в левой вентилятор 4 создает облако пыли с заданными размерами частиц. Пыль через щель в перегородке попадает в полость, где находится объект испытаний, и оседает на его поверхностях. Обычно такие камеры используют для проведения ресурсных испытаний.
С
тенд
для испытаний на динамические воздействия
пыли и песка представляет собой по
существу дозвуковую аэродинамическую
трубу (рис. 2.112), где в газовом потоке
находятся частицы пыли или песка.
Особенностью проведения таких испытаний
является обеспечение равномерного
распределения частиц пыли или песка с
заданной скоростью полета в месте
расположения испытуемого объекта.
Принципиальная схема возможной установки для исследования адгезионной прочности наледи показана на рис. 2.113. Захолаясивание и термостатирование образца 8 проводятся в термостате 5 с пористой теплоизоляцией в парах азота при атмосферном давлении. Азот подается в термостат из сосуда Дьюара 15 методом вытеснения. Избыточное давление создается с помощью электронагревателя 7. Испарение жидкого азота происходит в соединительной магистрали 13. Температура в термостате регулируется подогревом паров электронагревателем 10 перед поступлением их в термостат.
С целью уменьшения паразитных теплопритоков образец устанавливается в термостате на двух изоляторах.
Крепление тяги 3 к внешней поверхности наледи осуществляется с помощью шайбы 6, обладающей высокой теплопроводностью и достаточной жесткостью. Для увеличения адгезионной прочности крепления технологической шайбы контакт можно осуществлять через фетровую приставку 7.
Температура в камере регулируется изменением напряжения питания электронагревателя 10.
В камере дождя (рис. 2.114) для получения капель требуемого размера используется набор полых игл 2. Частота падения капель 3 обеспечивается за счет воздействия звукового генератора 5 на поверхность воды 1.
В процессе испытания задается программа изменения статического давления и температуры окружающей среды, а также время начала и конца воздействия атмосферных осадков.
При воздействии атмосферных осадков дождевальная панель устанавливается над испытуемым элементом, и в нее через коллектор 4 подается вода. Звуковым генератором задают необходимую частоту падения капель.
К
ачество
имитатора морского тумана характеризуется
степенью приближения:
1) соляного состава аэрозоля к соляному составу морского тумана;
2) концентрации солей в аэрозоле к концентрации солей в морской воде.
Анализ большого числа проб позволяет сделать вывод, что соляной состав океанов и морей примерно одинаков, но концентрация солей различна. Концентрация солей в морской воде часто определяется содержанием хлора, а не содержанием соли. Среднее содержание хлора в 1 кг морской воды равно 19,381 г. В табл. 2.10 приведены составные части воды океана с содержанием хлора 19,00 г.
В качестве одного из способов получения тумана можно использовать распыление раствора солей сжатым воздухом через центробежные форсунки (рис. 2.115). До эксперимента соли взвешиваются и растворяются в дистиллированной воде. Растворы обычно хранятся в резервуаре из органического стекла.
Установки морского тумана позволяют получать туман со следующими параметрами:
1) 90% всех капель имеют размер 0,001 — 0,007 мм;
2) в 1 см3 содержится 3 10 капель;
3) водность тумана составляет 2 — 3 г/м3.
Дисперсность морского тумана определяют методом микрофотографирования.