книги / Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов

рольном газе, скорость контроля и т.п.) в соответствии с ме­ тодом щупа характерна чувствительность 10“ 5 мм3-МПа/с.

Галогенные течеискатели при работе этим методом обеспе­ чивают чувствительность порядка 10- 2...Ю-3 мм3 МПа/с.

Контроль герметичности сосудов,, согласно способу накоп­ ления при атмосферном давлении, осуществляют следующим образом.

Контролируемое изделие помещают в герметичный кожух, снабженный специальными отверстиями диаметром 1...1,5 мм (для ввода полого тонкого наконечника — иглы Льюера), со­ единенный со щупом гелиевого течеискателя. Вначале иглой Льюера измеряют фон гелия в пространстве между кожухом и изделием, затем испытуемый объект заполняют контрольным газом до испытательного давления. После определенной вы­ держки снова измеряют концентрацию гелия в том же про­ странстве. Степень герметичности изделия, суммарное натека­ ние оценивают по изменению значения концентрации гелия.

Кожух, окружающий изделия, может быть выполнен жест­ ким или мягким. Во втором случае в качестве материала ис­ пользуют прорезиненную ткань, клеенку, полихлорвиниловую пленку, а также другие эластичные и герметичные материалы.

Чувствительность этого способа по гелию составляет КГ6 мм3-МПа/с.

Для определения суммарной степени герметичности закры­ тых объектов применяют способ вакуумной или гелиевой ка­ меры. В соответствии с этим способом изделие помещают в вакуумную камеру, из которой затем откачивают воздух, после чего соединяют ее с течеискателем. Внутрь изделия подают под давлением контрольный газ (гелий). Под воздействием разницы давлений внутри и снаружи изделия частицы гелия проникают через дефекты в вакуумную камеру и фиксируются течеиска­ телем.

Чувствительность данного метода в значительной мере за­ висит от объема пространства между изделием и внутренними стенками вакуумной камеры, в котором происходит накопле­

более 1 м3, то она уменьшается до 10~ 4 мм3 МПа/с.

Основной недостаток этого способа заключается в том, что для оценки герметичности крупногабаритных изделий необхо­ димо создавать вакуумные камеры больших размеров.

Метод контроля с помощью гелиевой камеры по своей сути аналогичен методу вакуумной камеры, только в этом случае воздух откачивают из изделия, а контрольный газ закачивают в окружающую его камеру. После откачки воздуха с изделием соединяют течеискатель. Контроль герметичности сосудов спо­ собом вакуумирования для галогенных течеискателей и кон­ трольного газа, состоящего из галоидов, аналогичен описанно­ му выше массоспектрометрическому методу, но чувствитель­ ность его достигает лишь 10~6 мм3 МПа/с.

Среди других известных методов контроля герметичности, применяемых при изготовлении летательных аппаратов, наи­ более интересными являются люминесцентный и радиацион­ ный методы.

По своей сущности эти методы аналогичны описанному ранее химическому методу. И в том и в другом случае кон­ трольный газ или жидкость под испытательным давлением подают внутрь контролируемого изделия. Просочившиеся через течи частицы регистрируют на его наружной поверхности.

В состав контрольного вещества в одном случае входят частицы, люминесцирующие под воздействием ультрафиолето­ вого облучения, а в другом —частицы радиоактивного элемен­ та, испускающие или ионизирующие излучение, фиксируемое специальными приборами. В качестве люминесцентных жид­ костей наибольшее распространение получили составы ЛЖ-1, ЛЖ-2 , ТМС-6. В радиоактивном методе в последнее время наиболее широко используют радиоактивный криптон-85, от­ личающийся большим периодом полураспада (более 10 лет), безопасностью и дешевизной.

Чувствительность люминесцентного метода составляет (1—5)10-4 мм3-МПа/с.

Радиоактивный метод контроля является наиболее чувстви­ тельным и позволяет обнаружить микротечи с расходом газа, равным примерно 10-1 4 мм3 МПа/с.

В зависимости от требований, предъявляемых к изделию, применяют различные методы контроля герметичности. В не­ которых случаях для одного и того же изделия последовательно

используют несколько методов контроля, начиная с менее чув­ ствительных, но более простых и производительных, и кончая высокочувствительным методом, обеспечивающим проверку требуемой степени герметичности. Применение методов с низ­ кой чувствительностью необходимо для быстрого выявления и устранения крупных утечек.

5.7. Определение теплофизических свойств композиционных материалов

Определение средней удельной теплоемкости

Среднюю удельную теплоемкость ст измеряют на образцах материалов в виде цилиндров в количестве 3...5 шт. для каждой партии материала (см. рис. 5.19). Образцы отбирают в соответ­ ствии с правилами составления средней пробы, они должны отражать среднее значение характеристик контролируемого ма­ териала. Калориметрическая жидкость должна быть химически инертной по отношению к образцам испытуемых материалов и не должна вызывать изменения состава материала в диапа­ зоне значений температуры испытания.

Температура окружающей среды при калориметрировании должна быть в пределах 20 ± 5 °С.

В качестве основного прибора для определения средней удельной теплоемкости теплозащитных конструкционных не­ металлических материалов применяют калориметр “смеше­ ния”, обеспечивающий погрешность измерения не более 2 % от измеренного значения.

Калориметрическая установка включает в себя:

а) водяной калориметр КЛ- 1 с мешалкой и реостатом для регулирования интенсивности перемешивания воды. Собственно калориметр, состоящий из цилиндрических на­ ружного и внутреннего (калориметрического) сосудов и мешалки, изготовленных из латуни с удельной теплоемкос­ тью ст — 0,092 ДжДкгК), схематически представлен на

рис. 5.20. Внешний сосуд с двойными стенками служит для термоизоляции калориметрического цилиндра. На нем уста­ новлены стойки для крепления привода мешалки и термометра;

Экспериментальное определение удельной теплоемкости

Сущность экспериментального измерения удельной тепло­ емкости методом “смешения” состоит в равномерном прогреве (или охлаждении) испытуемого образца материала известной массы до заданной температуры и измерении путем калориметрирования поглощенного (или отданного) количества теп­ лоты, отнесеннного к одному градусу температуры нагрева или охлаждения образца к единице массы.

В калориметрический сосуд до определенного уровня, обес­ печивающего покрытие ртутного шарика термометра, наливают дистиллированную воду ст = 1 Дж/(кг-К). Массу т воды, численно равную ее тепломкости, следует определить с точ­ ностью до 0,1 г.

Калориметрический сосуд с водой помещают в наружный сосуд калориметрической установки и проверяют центровку мешалки. При работе мешалка не должна задевать стенок калориметрического сосуда, термометра и крышки калоримет­ ра.

Взвешенный с точностью до 0,01 г образец материала встав­ ляют в медную трубку, которую устанавливают в термостате или криостате (см. рис. 5.21 или 5.22). Процесс нагревания воды или охлаждения охлаждющей смесью необходимо кон­ тролировать ртутным или спиртовым термометром соответст­ венно.

С момента закипания воды (или достижения охлаждающей смесью требуемой температуры) образец следует выдерживать при этой температуре в течение одного часа. Этого времени достаточно для полного равномерного прогрева образца до заданной температуры.

За 15...20 мин до окончания термостатирования или криостатирования образца необходимо включить мешалку калори­ метра и замерить температуру воды в калориметрическом со­ суде. Измерение следует начинать при температуре воды в калориметре на 2...3 °С ниже или выше комнатной. Изменения температуры воды в калориметре при работающей мешалке следует фиксировать по показаниям калориметрического тер­ мометра через каждые 3...5 мин и заносить в таблицу.

По окончании часовой выдержки образца в термостате (или криостате) необходимо открыть крышку калориметра, зафик­ сировать начальную температуру !Г0 воды в калориметре, оста­ новить мешалку, быстро переложить из медной трубки в кало­ риметр термостатированный или криостатированный образец и отметить этот момент времени 0 в таблице для последующего определения точки А при построении графиков рис. 5.23 и рис. 5.24. Закрыть крышку калориметра и сразу после сбрасы­ вания образца включить мешалку и продолжать измерения температуры через 2...3 мин в течение 10...15 мин, а после скачка температуры — через 5 мин в течение 40...45 мин. На этом калориметрический опыт заканчивается.

Для нахождения основного результата калориметрическо­ го опыта (калориметрической разности температуры ДТ ) по данным таблицы на миллиметровую бумагу следует нанести точки для построения графиков (см. рис. 5.23 и 5.24) соот­ ветственно для случаев термостатированного или криостати­ рованного образцов. По экспериментальным точкам нужно провести линии, отметить начало скачка температуры (точка А) и на графиках определить точку В, соответствую­ щую моменту достижения равновесной температуры 0 кало­ риметра с образцом в конце опыта.

Искомую калориметрическую разность (скачок температу­ ры) Д Г=7’о - 0 следует отсчитывать в масштабе по графику как расстояние между точками А и В.

Согласно формуле, численное значение средней удельной теплоемкости испытуемого образца материала на основании данных калориметрического опыта равно

(С+ ИрАГ

т ( в - 7 ^ ’

где ДГ= Г0 - 0 - калориметрическая разность температур, °С;

Г0 - температура воды в калориметре в момент погружения образца, °С; 0 - температура в калориметрическом стакане после наступления теплового равновесия между калориметром и испытуемым образцом материала, °С; С —теплоемкость воды в калориметре, кал/°С; т — масса образца материала, г; Тк - конечная температура нагрева или охлаждения образца перед погружением его в калориметр, °С.

Относительная погрешность измерений не должна превы­ шать 2...3 %.

Статистическую обработку результатов испытаний мате­ риалов с определением средних арифметических значений удельной теплоемкости, среднеквадратичных отклонений и коэффициентов вариации следует проводить по известным формулам. Окончательные результаты испытаний представ­ ляют в виде

ст \ >

где Хс — среднее арифметическое значение удельной теплоем-

т

кости; 1У - среднеквадратичное отклонение.

Определение теплопроводности

Образец представляет собой диск диаметром 12 ± 0,1 мм и толщиной 4 ± 0,1 мм. Допускается применение образцов тол­ щиной 6 ±0,1 мм при условии предварительной тарировки при­ бора по образцам-эталонам толщиной 6 мм. При невозмож­ ности изготовления образцов номинальных толщин допускает­

где X - среднее арифметическое значение; 5 — среднеквадра­ тичное отклонение.

5.8.Неразрушающие методы контроля деталей

иузлов из композитов

Структурные дефекты и их влияние на свойства композитов

Оптимальные для конкретных условий эксплуатации физи­ ко-механические и теплозащитные свойства композитов прак­ тически полностью достигаются формированием заданной структуры и зависят от степени ее соответствия расчетным параметрам. Поэтому наличие структурных нарушений (дефек­ тов) может стать решающим фактором, определяющим рабо­ тоспособность конструкций.

Важной особенностью структурных дефектов слоистых и пространственно-армированных композитов является то, что наряду с дефектами, присущими традиционным материалам (трещины, раковины, поры, рыхлоты, посторонние включения и т.д.), могут образовываться дефекты, характерные только для данного вида материала, связанные с особенностями структуры армирующего каркаса и методом формирования матрицы. При­ чем дефекты, возникающие на разных этапах изготовления, существенно различаются.

На стадии изготовления каркасов возникают дефекты, свя­ занные с отклонениями от расчетных параметров структуры: направления укладки армирующих нитей и жгутов, периодич­ ности расположения структурных элементов, расстояния между жгутами и пакетами жгутов, объемного содержания жгутов в каждом направлении армирования.

Дефекты, которые образуются на этапе формирования мат­ рицы, связаны в основном с отклонениями от расчетного рас­ пределения плотности конечного материала, хотя и не исклю­ чены нарушения структуры армирующего каркаса, возникаю­ щие на различного рода подготовительных операциях. На этом этапе возможно образование вследствие нарушения технологи­ ческих режимов пропитки или насыщения таких дефектов, как раковины, рыхлоты и трещины.