Виды акустических испытаний и их краткая характеристика .

Для изучения акустического воздействия на изделие проводят следующие испытания [1]:

- наземные натурные непосредственно на изделии;

- на открытом стенде с работающим двигателем;

- в закрытых боксах с различными источниками шума;

- в акустических камерах.

Наземные натурные испытания позволяют наиболее полно приблизиться к эксплуатационным условиям, и следовательно, обеспечить полную проверку прочности конструкции и функционирования бортового оборудования. Такие испытания являются заключительными в общей программе отработка КА на акустические воздействия. Недостатком таких испытаний является их высокая стоимость, так как в течении всех испытаний двигатели, генерирующие акустическое поле, должны работать на максимальной мощности. Полетные условия акустического нагружения в наземных условиях практически не воспроизводятся.

Испытания на открытом стенде с работающим двигателем более экономичны. На таких стендах можно испытывать крупные изделия. Ускорение испытаний и соблюдение требуемых уровней нагрузки в данном случае достигается выбором положения испытуемых объектов относительно источника шума. Режимы испытаний устанавливают на основе натурных измерений звуковых нагрузок и деформаций в контрольных точках поверхности изделия.

Испытания в закрытых боксах позволяют получить более высокие уровни акустических нагрузок, чем на открытом стенде, в результате чего сокращается продолжительность испытаний. Недостатком этих испытаний является некоторое искажение звукового поля по сравнению с натурными условиями.

Испытания в специальных акустических камерах, где создаются условия, близкие к натурным, позволяют получить наиболее достоверную информацию о работоспособности испытуемого объекта. Однако ограниченный объем этих камер не позволяет проводить испытания крупногабаритных объектов.

Ниже приведен заимствованный из [ 1 ] рисунок 6.1, где изображена принципиальная схема открытого бокса для проведения акустических испытаний.

Рис. 6.1

Испытуемые изделия 4 располагают на монтажной раме 5 вокруг струи 3, истекающей из сопла реактивного двигателя 1. Для сброса газов за рабочим участком расположен диффузор 2. Параметры звукового поля и реакции испытуемых объектов контролируют при помощи микрофонов и тензорезисторных датчиков. Источником шума является выхлопная струя реактивного двигателя. Вблизи среза выхлопного сопла уровни шума составляют приблизительно 160 - 175 . Такое интенсивное акустическое излучение реактивных струй связано с неоднородностью структуры турбулентного потока и может рассматриваться как результат взаимодействия нестационарных турбулентных вихрей. Следует отметить, что акустическую мощность турбулентной струи определяют по формуле , где ; - плотность среды в струе; - скорость истечения газа из сопла двигателя; - диаметр среза сопла; и - соответственно плотность окружающей среды и скорость распространения звука в окружающей среде.

Схема закрытого бокса, входящего в состав так называемой реверберационной камеры, изображена на рисунке 6. 2.

Рис. 6.2

На этом рисунке позиция 1 – испытательный бокс, 2 – корпус камеры, 3- ворота, 4 – рупоры сирен, 6 - газоструйные сирены, 7 - бокс генераторов звука, 8 – выхлопная труба.

Газоструйные сирены создают уровни звукового давления до 180 и выше при широком диапазоне частот. Сирены подразделяются на динамические и статические Принцип работы статических сирен основан на эффекте, заключающемся в том, что при продувании через коническое сопло потока воздуха со сверхзвуковой скоростью в воздушном потоке перед соплом создается периодическое распределение давления с участками нестабильности. Помещая резонатор в эти участки, получают излучение звуковых волн в окружающее резонатор пространство. Динамические сирены могут воспроизводить дискретный спектр частот и широкополосный спектр частот. Принцип работы такой сирены заключается в следующем. В струе воздуха, истекающего из сопел специальной камеры (форкамеры), устанавливается вращающийся диск с отверстиями. Число сопел и шаг распределения их по окружности форкамеры равны числу и шагу распределения отверстий в диске. Попеременное открывание и закрывание отверстий приводит к резкому изменению газодинамических параметров струи и, следовательно, к возникновению пульсаций давления в горле рупора сирены, которые создают звуковые колебания воздушной среды. Частота звуковых колебаний зависит от частоты вращения диска с отверстиями.

В реверберационных камерах происходит отражение звука от стенок и звуковое поле вокруг испытуемого объекта представляет собой интерфенционную картину звуковых волн, т.е. возникает эффект усиления колебаний среды.

Толщина стен бокса реверберационной камеры может достигать до 80 при уровне шума 170 . С внутренней стороны поверхность стен имеет покрытие, обладающее высокой отражательной способностью по отношению к звуковым волнам. Это достигается за счет оштукатуривания стен с последуюшим их железнением. Иногда стены покрываются облицовочной плиткой. Такие стены почти полностью (99 %) отражают звуковые волны. В результате этого в камере создается диффузное звуковое поле, т. е. поле в котором уровни звукового давления одинаковы в любой точке камеры. Размеры камеры выбирают в соответствии с размерами объекта испытаний. В среднем объем реверберационной камеры должен превышать объем испытуемого объекта не менее чем в 8 раз. Для того чтобы акустическое поле было более равномерным, камеры относительно небольших объемов (менее 1000 ) строят с непараллельными стенками, что способствует улучшению условий реверберации звука. Камеры большого объема обычно делают прямоугольной формы. Для повышения диффузности звукового поля в таких камерах иногда применяют рассеиватели – жесткие клинья, устанавливаемые на внутренних поверхностях камер. Приближенно объем реверберационной камеры можно определить из условия обеспечения нижнего частотного диапазона измерений по формуле , где - объем камеры, - нижняя граничная частота.

В реверберационных камерах, как правило, испытывают полноразмерные конструкции летательного аппарата. Генераторы звукового давления устанавливаются в разных местах внутри камеры или могут быть установлены вне камеры. Уровень шума, достигаемый в таких камерах, составляет 177 . Управляемый спектр шума - от 40 до 10000 . Такие камеры позволяют намного снизить потребную акустическую мощность, а также практически избежать воздействие сильного шума на обслуживающий персонал. Уровень шума около камеры не превышает 50 .

7. ТЕПЛОВАЯ ОТРАБОТКА КА

7.1.Общая характеристика тепловой отработки КА: этапы, структура и задачи отработки.

Надежное математическое моделирование теплообмена большинства типов КА связано с рядом трудностей, обусловленных не столько недостатками математических методов и вычислительных средств, сколько сложностью и значительной неопределенностью протекания физических процессов внешнего и внутреннего теплообмена между элементами КА. Поэтому при создании КА большое значение имеет, так называемая, тепловая отработка, представляющая собой совокупность тепловых экспериментов (испытаний) и проводимых на основе их результатов мероприятий по доработке (в случае необходимости) средств обеспечения теплового режима, а иногда и конструкции аппарата.

Тепловая отработка может проводиться на различных стадиях создания КА: начиная с этапа научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ до летно-конструкторских испытаний. Для начальной стадии разработки КА характерны эксперименты, связанные с поиском и отработкой новых методов, схемных и конструктивных решений задач обеспечения теплового режима КА в целом или его отдельных частей, а также эксперименты, проводимые для подтверждения возможности получения требуемых технических характеристик систем КА. На последующих стадиях разработки КА можно выделить следующие три этапа тепловых испытаний:

- Автономные испытания агрегатов КА для полной их автономной отработки. В качестве агрегатов могут рассматриваться как отдельные приборы, аппаратура, устройства, так и целые отсеки и системы.

- Комплексные испытания систем КА, включающие ряд образующих взаимосвязанную совокупность агрегатов, работоспособность каждого из которых и условия работы взаимозависимы.

- Комплексные испытания КА в целом.

Отмеченные этапы отражают один из принципов отработки техники: от “ простого к сложному “. Этот принцип требует постепенного укрупнения и усложнения отрабатываемых частей КА.

В зависимости от особенностей отрабатываемого аппарата, наличия его прототипов и опыта отдельные этапы отработки могут исключаться или, наоборот, разбиваться на более мелкие этапы. Условием достаточности проведенного объема отработки КА является наличие сведений о реализующихся в неблагоприятных, но возможных условиях его работы, приемлемых параметрах теплового режима, а также о надежности их обеспечения.

По структуре тепловые испытания КА можно разделить на следующие типы:

- Тепловакуумные испытания - испытания, связанные с моделированием космических условий полета или условий пребывания на поверхности не имеющих атмосферу небесных тел (Луны, астероидах).

- Невакуумные испытания герметичных отсеков.

- Испытания систем тепловой защиты, обеспечивающих сохранность конструкции, внутренний тепловой режим спускаемых с орбит аппаратов в условиях кинетического и радиационного нагрева, обусловленного аэродинамическим торможением.

- Тепловые испытания с воспроизведением условий пребывания в атмосфере планет, в том числе на Земле (климатические тепловые испытания).

- Вакуумно-температурные испытания, в процессе которых проверяется работоспособность каких-то узлов и механизмов КА в условиях реализации на элементах конструкции испытуемого объекта экспериментально или расчетно выявленных значений температур.

- Ресурсные испытания и испытания на надежность элементов системы терморегулирования, оборудования и комплектующих элементов в условиях, имитирующих реальные тепловые условия эксплуатации.

- Исследование работоспособности СОТР в условиях аварийной ситуации, т.е. при частичном или полном отказе отдельных элементов системы, нарушении герметичности, отклонении внутренних тепловыделений от значений, предусмотренных программой полета и т. д.;

- Определение теплофизических параметров отдельных частей и элементов КА;

- исследование температурного поля в КА или его отдельных частях с целью коррекции математической модели его теплового состояния;

- Проверка работы радиоэлектронной, оптической и другой аппаратуры в условиях реальных температур и температурных градиентов.

Дата добавления: 2015-10-24