Монтаж и испытания систем самолета. Учебное пособие для СПО

Прием излучения от нагретых поверхностей изделия обеспечивается холодным стендовым кожухом (практически температура кожуха должна быть меньше 100 ºС). Применение метода в основном ограничивается техническими возможностями подогрева воздуха в стенде до температуры полета.

Испытания на радиационный нагрев. При радиационном (лучи-

стом) нагреве источник тепла (излучатель), нагретый до высокой температуры, передает тепло объекту испытаний путем излучения. При этом окружающая среда (воздух) непосредственно не участвует в переносе тепла и нагревается до невысоких температур путем конвекционных потерь излучателя и объекта нагрева.

В качестве источников радиационной энергии используют кварцевые лампы, силитовые стержни, а также пластины и трубы из жаростойких материалов.

С помощью кварцевых ламп можно получить температуры нагрева до 1500 ºС. Они отличаются длительным сроком службы, малыми габаритами и постоянством характеристик на протяжении всего срока эксплуатации. Мощность кварцевых ламп составляет диапазон от 1000 до 5000 Вт, длина – от 250 до 1000 мм, срок годности до 5000 ч, питание от сети 127, 220 и 380 В. Время разогрева ламп не более 0,6 с. Кварцевые лампы могут работать в вакууме, хорошо переносят циклические нагрузки.

Силитовые стержни могут обеспечивать нагрев до 900 ºС, время разогрева 10…20 с, срок службы до 800 ч. Серьезным недостатком является значительное увеличение сопротивления в процессе эксплуатации.

Пластины и трубчатые излучатели выполняются из материалов ХН78Т (нихром), ХН60В, Х18Н9Т и обеспечивают нагрев до 800 ºС, время нагрева 10 с. Срок службы в условиях периодического нагрева 50 ч.

На рис. 6.2 представлена схема радиационной установки с кварцевыми лампами.

1 2

Рис. 6.2. Схема радиационной установки: 1 – рефлектор; 2 – проточная вода; 3 – кварцевые лампы; 4 – объект испытаний;

5 – теплоизоляция

41

Радиационная установка имеет рефлектор, охлаждаемый проточной водой, и излучатели. Внутренняя поверхность рефлектора выполнена из металла, имеющего высокие отражательные свойства. Нагреваемый объект защищается теплоизоляцией для уменьшения тепловых потерь.

Для радиационных установок характерно рядное расположение излучателей. Зазор между торцами излучателей устанавливают минимально возможным, чтобы уменьшить неравномерность нагрева вдоль оси излучателей (практически 5 мм).

Расстояние между осями излучателей h можно варьировать в широких пределах без опасения ухудшить равномерность нагрева. С уменьшением этого расстояния увеличивается максимальная температура, сокращается время нагрева до заданной температуры, повышается КПД и снижается себестоимость нагрева.

С другой стороны, уменьшение расстояния h приводит к увеличению числа излучателей в установке и, следовательно, к увеличению ее мощности и стоимости.

Число излучателей n в установке определяется по формуле n LS h ,

где S – площадь области нагрева установки; L – длина излучателя; h – расстояние между осями излучателей.

Площадь области нагрева S должна выбираться таким образом, чтобы ее размеры превышали максимальные габаритные размеры ОИ.

При этом величина расстояния от края ОИ до края области нагрева В должна удовлетворять соотношению

В 2...3 А,

где А – высота расположения осей излучателей над поверхностью нагреваемого объекта.

Значение высоты А выбирается из следующего условия:

А 3h .

Мощность установки N рассчитывается по формуле

N Nпn ,

где Nп – потребляемая мощность излучателя.

Радиационный нагрев имеет ряд положительных свойств, по сравнению с другими способами нагрева, в частности с нагревом в струе горячего воздуха и в электропечах. При радиационном нагреве можно получить различные температуры в разных участках объекта испытаний. При радиационном нагреве не требуется разогрева установок перед началом испытания. Простота конструкции и компактность установок позволяет использо-

42

вать их для нагрева различных объектов в широком диапазоне температур и на сравнительно малых производственных площадях. Удобный обзор ОИ, простота установки дополнительного оборудования и возможность сочетать радиационный нагрев с охлаждением струями воздуха (азота) или жидкости являются важными свойствами радиационного нагрева для практического использования.

К недостаткам радиационного нагрева относятся: недостаточно высокая равномерность нагрева по площади; невозможность создания граничных условий, близких к условиям при полете самолета с тем, чтобы внутренний нагрев моделировался автоматически; трудность контроля температур.

Испытания на кондуктивный нагрев. Кондуктивный нагрев ис-

пользуется при проведении испытаний влияния температуры на локальный участок ОИ.

Кондуктивный теплообмен не зависит от атмосферного давления, так как тепло от имитатора-нагревателя к поверхности ОИ передается при контакте. При испытаниях на этот вид нагрева применяются нагреватели типа «электроодеяло». Рабочая температура таких нагревателей обычно составляет 200 ºС.

6.2. Испытания на воздействие климатических факторов

Вид испытаний характеризуется воспроизводимым климатическим фактором.

Климатические испытания проводятся обычно на воздействие таких факторов, как повышенная и пониженная температура окружающей атмосферы; повышенная и пониженная влажность окружающей атмосферы; пониженное атмосферное давление; дождь и град; иней и роса; атмосферная пыль и песок; соляные брызги и туман.

Климатические испытания производятся с помощью специальных камер, которые строятся для воспроизведения как одного фактора, так и для одновременного воспроизведения сочетания различных факторов.

Климатическое оборудование в зависимости от воспроизводимых факторов подразделяют:

на камеры тепла;

камеры холода;

термокамеры;

камеры термоудара;

камеры тепла и влаги;

термовлагокамеры;

камеры солнечного излучения;

камеры морского тумана;

43

камеры дождя;

камеры динамического воздействия пыли;

камеры статического воздействия пыли;

барокамеры;

камеры бароудара;

термобарокамеры;

термобаровлагокамеры.

Климатическое испытательное оборудование может иметь различное конструктивное исполнение.

Рекомендуется проводить испытания на одних и тех же ОИ в следующей последовательности: на циклическое воздействие температур, теплоустойчивость, влагоустойчивость, хладоустойчивость.

Последовательность проведения остальных видов испытаний не регламентируется.

Для сокращения общей продолжительности испытаний и контрольных операций допускается проводить испытания одновременно на разных ОИ или совмещать ряд испытаний.

Методы испытаний и значения воздействующих на изделие факторов устанавливаются стандартами. Для конкретных изделий методы испытаний устанавливаются в ТУ, программах и методиках испытаний.

Устойчивость ОИ к воздействию климатических факторов определяется по отсутствию механических повреждений, стабильности основных выходных параметров и его внешнему виду.

Перед началом и после каждого испытания производят внешний осмотр ОИ и измеряют их параметры в нормальных климатических условиях, соответствующих климатическим условиям рабочих помещений.

Перед началом и после каждого испытания, а в необходимых случаях и во время испытаний, измеряют те параметры, которые в процессе испытания могут изменяться. В первую очередь во время испытаний измеряют те параметры, которые обратимы и не могут быть обнаружены по окончании испытаний.

При испытаниях параметры испытательных режимов не должны превышать допустимых отклонений, величина которых указывается в программе испытаний.

Если изделие в период испытаний должно функционировать, то оговаривается порядок снятия нагрузок на него перед проверкой параметров и

вконце испытания. По окончании испытаний изделия извлекают из камеры и производят их внешний осмотр.

Испытания на теплоустойчивость при эксплуатации проводят для проверки работоспособности изделия и сохранения его внешнего вида

впериод и после воздействия повышенной температуры, установившейся при эксплуатации изделия.

44

Испытания изделий проводятся в камере и вне камеры, как под нагрузкой (в рабочем режиме), так и без нагрузки.

Испытания в камере производят следующим образом.

После размещения ОИ в камере и выполнения соответствующих монтажных работ для обеспечения необходимых измерений и подачи при необходимости электрического питания, жидкости и воздуха под давлением для гидро- и пневмосистем устанавливают на регулирующем устройстве камеры требуемое значение температуры, которое выбирают в зависимости от климатического исполнения и категории размещения изделия.

Затем закрывают камеру и подают питание на установку. Скорость нагрева изделия меньше скорости нагрева камеры, поэтому ОИ выдерживают при заданной температуре в течение времени, достаточного для прогрева изделия по всему объему.

Греющиеся под нагрузкой изделия принято испытывать в номинальном электрическом режиме при рабочей температуре среды. Характер режима работы, величина и вид нагрузки устанавливаются в ТУ или программе испытаний. Если изделия в процессе эксплуатации длительно находятся под нагрузкой и нагреваются, то в течение всего времени испытаний включают их электрическую нагрузку, а в процессе испытаний периодически измеряют их параметры.

Изделия в рабочем режиме (под нагрузкой) испытывают следующим образом.

Изделие помещают в камеру, включают под нагрузку и в нормальных условиях контролируют параметры.

При включенном изделии в камере устанавливается температура, равная рабочей температуре по ТУ. Изделие выдерживают до полного прогрева по всему объему, после чего снова контролируют параметры. Затем изделие выключают, а температуру в камере повышают до предельного значения. После выдержки температуру в камере понижают до нормальной, а ОИ оставляют при этой температуре до его полного остывания. Параметры контролируют сразу же после выдержки при высокой температуре и в конце испытаний.

По окончании испытаний ОИ извлекают из камеры, выдерживают в нормальных климатических условиях до выравнивания температуры изделия с температурой окружающей среды. Затем проверяют изделия в соответствии с требованиями программы испытаний. Обычно проверяют их внешний вид, механические свойства и измеряют основные параметры.

Характеристики камер тепла отечественного производства представлены в табл. 6.1.

45

Испытания на циклическое воздействие температуры. При тем-

пературных испытаниях важным является создание циклов изменения температур, соответствующих циклам изменения температур при эксплуатации или хранении. Изменения температур должны происходить с учетом

максимальных и минимальных пределов, указанных в ТУ. Число полных циклов и продолжительность испытаний зависят от особенностей технических требований.

В зависимости от назначения, условий эксплуатации, конструктивных особенностей изделий испытание может производиться одним из методов, различающихся характером изменения температуры в цикле.

Метод 1. Изделия помещают в камеру холода, температура которой заранее доведена до определенного значения, а затем после выдержки в течение времени, необходимого для достижения теплового равновесия, ОИ переносят в камеру тепла с высокой температурой, где снова выдерживают в течение времени, необходимого для достижения теплового равновесия. Время переноса ОИ из камеры в камеру не должно превышать 10…15 мин.

Метод 2. Этот метод отличается от первого метода длительной (несколько часов) выдержкой ОИ в нормальных условиях между периодами охлаждения и нагрева в камерах холода и тепла.

Метод 3 (термоциклирование). Перед испытанием определяют сопротивление изоляции изделия путем выдерживания ОИ в течение нескольких суток при повышенных температуре и влажности воздуха. В этот период определяют зависимость сопротивления изоляции изделия относительно корпуса от времени пребывания во влажной атмосфере. Измерение сопротивления изоляции рекомендуется проводить два раза в сутки. После выдержки ОИ во влажной атмосфере его выдерживают в нормальных климатических условиях, затем подвергают термоциклированию: поочередно выдерживают при отрицательной, положительной и снова отрицательной температуре. Затем опять проводят повторные испытания в камере влажности.

46

Разность значений сопротивления изоляции, измеренных при испытаниях на влагостойкость перед термоциклированием и после него, не должна превышать определенной величины, которая указывается в технических требованиях.

Вместо испытания в одной камере можно проводить испытания в двух камерах с переносом изделий из камеры в камеру. При этом включение изделия под нагрузку должно производиться в камере холода. После достижения температуры 10…15 ºС его выключают и переносят в камеру тепла.

Метод 4 (испытание термическим ударом). Цель испытания – определение стойкости изделий к резкому изменению окружающей температуры от ее верхнего значения до нижнего.

Испытание небольших изделий в герметичном исполнении проводят, погружая их сначала в жидкость, нагретую до 95…100 ºС, а затем в жидкость с температурой 0…5 ºС, после чего ОИ снова переносят в сосуд с горячей жидкостью. Продолжительность выдержки ОИ в нагретой или холодной жидкости, а также время переноса зависят от массы изделия.

Крупные изделия испытываются в двух камерах. Время выдержки при крайних значениях температур зависит от массы изделия и равно времени достижения равновесия температур.

Можно этот вид испытаний проводить в одной камере с резким изменением температур, когда нужно избежать образования инея во время нагрева. Желательная скорость изменения температуры 1…3 ºС/мин. Чтобы избежать образования инея в конце испытаний, нужно начинать циклы с охлаждения, а заканчивать нагревом.

Испытания на влагоустойчивость проводят для проверки способ-

ности изделий сохранять свои параметры и внешний вид в установленных пределах в условиях длительного воздействия повышенной влажности и после него.

Испытания могут быть длительными, ускоренными и кратковременными. Для испытаний применяют один из следующих методов: с конденсацией влаги (длительный или ускоренный циклический режим); без конденсации влаги (длительный или ускоренный непрерывный режим).

Метод испытания устанавливают в зависимости от назначения, условий эксплуатации и конструктивных особенностей изделий. Электрические машины, трансформаторы, реле рекомендуется испытывать в циклическом режиме. Остальные изделия испытывают в непрерывном режиме.

При испытаниях изделие на определенное время помещают в камеру тепла и влаги и проверяют под нагрузкой. Затем нагрузку снимают, а в камере создают требуемый режим. Испытание проводят при нормальной или повышенной температуре среды. Продолжительность испытаний может колебаться от нескольких суток до нескольких десятков суток.

47

Впроцессе испытания допускается незначительное выпадение росы

ввиде отпотевания изделия и появления на нем капель воды.

Метод испытания с конденсацией влаги (циклический режим). Ис-

пытания являются циклическими, причем циклы непрерывно следуют друг за другом. Продолжительность цикла должна быть 24 ч, каждый цикл состоит из двух частей.

В первой части цикла в течение 16 ч изделия подвергают влажности (95 3) % при верхнем пределе температуры. Для длительных испытаний рекомендуется температура (40 2) ºС, а ускоренных – (55 2) ºС. Во второй части цикла камеру с изделием охлаждают в течение 8 ч при относительной влажности 94…100 % до температуры, не менее чем на 5 ºС меньшей верхнего предела.

Последний цикл допускается заканчивать выдержкой ОИ при верхнем пределе температуры без испытаний при естественном охлаждении.

При кратковременных испытаниях, проводимых для выявления грубых технологических дефектов, изделия подвергают воздействию двух или шести циклов. Продолжительность каждого цикла 24 ч. В течение цикла изменяются температура и относительная влажность.

Метод испытания без конденсации влаги (непрерывный режим). Из-

делия помещают в камеру влажности и выдерживают при заданной температуре в течение времени, предусмотренного в программе испытаний, но не менее 1 ч. Относительную влажность воздуха повышают до (95 3) %, после чего температуру и влажность в камере поддерживают постоянными в течение всего времени испытания.

Допускается предварительно нагревать изделие до температуры, превышающей испытательную на 2…3 ºС, и вносить их в камеру, где заранее установлен испытательный режим. При кратковременных испытаниях

температура в камере должна быть (40 2) ºС, а относительная влажность

(95 3) %. Продолжительность испытаний 2, 4, 6 или 10 сут.

Испытания на воздействие инея и росы проводят для проверки работоспособности изделия в условиях выпадения на них росы и инея с последующим оттаиванием. При испытаниях изделие помещают в камеру и выдерживают при температуре (-20 5) ºС в течение 2 ч, затем изделие извлекают из камеры, помещают в нормальные климатические условия и подают на него электрическое напряжение, характер, величина, время выдержки и место приложения которого установлены в программе испытаний.

Характеристики термовлагокамер отечественного производства представлены в табл. 6.2.

48

Испытания на воздействие пониженного атмосферного давления

выполняются для проверки неизменности параметров и работоспособности изделий в условиях пониженного давления при различной температуре

окружающей среды.

Испытания проводят в термобарокамере. Для имитации одновременно воздействия температуры и пониженного давления в камере сначала устанавливают температуру, затем создают разрежение с помощью вакуумных насосов.

Значение давления устанавливается в соответствии с группой пониженного давления. Продолжительность испытаний определяется временем, необходимым для создания заданного режима и проверки параметров изделия.

Характеристики некоторых типов термобарокамер отечественного производства представлены в табл. 6.3.

Испытания изделий на устойчивость к быстрому изменению давлений проводят для определения работоспособности изделий при резком падении окружающего давления. Изделие испытывают во включенном состоянии в барокамере при нормальной температуре и давлении, соответ-

49

ствующем давлению в кабине или отсеке. После работы изделия в этих условиях в течение 1…2 ч давление в барокамере резко (в течение нескольких секунд) снижают до минимального путем срыва люка в смежную камеру, где предварительно создают такое разрежение, которое обеспечивает требуемое давление в камере с ОИ.

При предельно минимальном давлении изделие выдерживают в течение установленного времени, после чего измеряют параметры. Затем давление повышают до нормального, изделие обесточивают и подвергают внешнему осмотру.

Испытания на воздействие солнечного излучения проводят для проверки сохранения внешнего вида изделий или отдельных деталей, а также параметров под влиянием солнечного излучения. Спектр ультрафиолетового излучения должен лежать в пределах 280...400 нм.

Интегральная плотность светового потока солнечного излучения для высот до 15 км составляет 1125 Вт/м2, в том числе плотность ультрафиолетовой части спектра 68 Вт/м2.

Интегральная плотность светового потока солнечного излучения для высот свыше 15 км составляет 1380 Вт/м2, в том числе плотность ультрафиолетовой части спектра 100 Вт/м2 с допусками (+5…-15) %.

Концентрация озона в камере не должна превышать нормальной величины.

Если основная цель испытания – проверка влияния ультрафиолетового спектра, то его проводят следующим образом.

Изделие помещают в камеру, включают источники инфракрасного и ультрафиолетового излучения, после чего в тени устанавливают температуру воздуха (+55 2) ºС. Облучают изделие в течение 120 ч.

Если основная цель испытания – проверка воздействия ультрафиолетовой части совместно с нагревом, испытание проводят по циклическому режиму с изменением температуры в течение цикла. Продолжительность испытания составляет 10 циклов.

По окончании испытания ОИ вынимают из камеры, производят внешний осмотр и сравнивают с изделием, не подвергшимся облучению, а также измеряют параметры. Контролируют только те параметры, стабильность которых зависит от воздействия солнечного излучения.

Изделия считаются выдержавшими испытания, если после испытания их параметры и внешний вид удовлетворяют установленным требованиям.

Испытания на работоспособность при статическом воздей-

ствии пыли проводят для выявления способности изделий сохранять свои параметры в среде с повышенным содержанием пыли. Испытанию подвергают изделия, не имеющие пыленепроницаемых оболочек или не предназначенные для установки в аппаратуре с пыленепроницаемыми оболочками. Для таких изделий необходимость данного вида испытаний указывают

50