Способ локализации течи пробного газа при испытаниях на герметичность элементов двигательных установок Текст научной статьи по специальности «Физика»

Решетневскуе чтения. 2013

пограничного слоя / А. А. Зуев, А. А. Кишкин, М. И. Толстопятов, Д. А. Жуйков // Вестник СибГАУ. 2012. Вып. 5 (45). С. 127-129.

4. Прямолинейное равномерное течение газов с теплоотдачей в энергетических установках летательных аппаратов / М. И. Толстопятов, А. А. Зуев, А. А. Кишкин и др. // Вестник СибГАУ. 2012. Вып. 4 (44). С. 134-138.

References

1. Kishkin A. A., Kraev M. V., Zhuikov D. A.,

Izvestiya vuzov, serya Aviacionnaya technika. 2002, № 3, pp. 76-80.

2. Zuev A. A., Kishkin A. A., Zhuikov D. A., Tolstop-yatov M. I. VestnikSibGAU, 2011, № 7 (40), pp. 63-68.

3. Zuev A. A., Kishkin A. A., Tolstopyatov M. I., Zhuikov D. A. Vestnik SibGAU, 2012, № 5 (45), pp. 127129.

4. Tolstopyatov M. I., Zuev A. A., Kishkin A. A., Zhuikov D. A., Nazarov V. P. Vestnik SibGAU, 2012, № 4 (44), pp. 134-138.

© Зуев А. А., Толстопятов М. И., Блинков Е. В., Шишаев А. М., 2013

УДК 620.19

СПОСОБ ЛОКАЛИЗАЦИИ ТЕЧИ ПРОБНОГО ГАЗА ПРИ ИСПЫТАНИЯХ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ ДВИГАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

И. П. Колчанов, А. В. Делков, А. А. Ходенков, А. А. Кишкин

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. e-mail: delkov-mx01@mail.ru

Рассматривается вопрос контроля герметичности и локализации течей при испытаниях элементов двигательных установок. Приводится анализ уравнения диффузии. Предлагается способ локализации течи.

Ключевые слова: неразрушающий контроль, течеискание.

METHOD TO EVALUATE GAS LEAKS LOCATION OF THE LEAKPROOFNESS TEST OF ELEMENT PROPULSION SYSTEMS

I. P. Kolchanov, A. V. Delkov, A. A. Hodenkov, A. A. Kishkin

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. E-mail: delkov-mx01@mail.ru

The problem of leakage control and leak containment in case of testing elements of the propulsion systems is dealt with. Analysis of the diffusion equation is provided. Method for the leak localization is proposed.

Keywords: non-destructive testing, leak detection.

При изготовлении элементов двигательных установок из-за пор или трещин в материалах возможно появление течей. Из-за малых размеров дефектов, вызывающих течи, обнаружить визуально их практически невозможно. Для определения места течей разработаны методы течеискания.

Наиболее чувствительный из них - масс-спектрометрический метод течеискания - основан на обнаружении пробного вещества в смеси веществ, проникающих через течи путем ионизации веществ с последующим разделением ионов по отношению их массы к заряду под действием электрического и магнитного полей [1].

Требования к герметичности элементов двигательных установок обусловлены высокими требованиями к их надежности и значительным нормативным сроком активного существования - более 10 лет. В таких условиях возникновение течей недопустимо.

В настоящей работе рассматривается вопрос оценки интенсивности течи и ее локализации с использо-

ванием масспектрометрического течеискателя. Для этого анализируется нестационарное уравнение диффузии в замкнутой области - испытательной камере.

Рассмотрим картину утечки пробного газа через дефект в поверхности исследуемого объекта и поставим задачу локализовать этот дефект. Пусть на плоскости XY имеется течь с координатами (жт, у„) Истечение происходит в объем параллелепипеда со сторонами а, Ь, И (см. рисунок).

Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательныхаппаратов

Обозначим с(х, у, z, t) концентрацию диффундирующего вещества (пробного газа) в точке (х, у, z) в момент времени При постоянном коэффициенте диффузии Б для рассматриваемой системы уравнение диффузии можно записать в виде [2]:

^ = D д t

д 2с

д2 с

д 2с

dx2 dy dz2

+ Q( Хт , УТ , t ),

где хТ, уТ - координаты точки течи; Q - величина утечки.

Решение указанного дифференциального уравнения параболического типа в частных производных позволит при известных параметрах течи установить скалярное поле концентраций в исследуемой области.

В случае отсутствия тепловой конвекции и внешних набегающих потоков поверхности уровня этого поля будут иметь вид полусфер с центром в источнике утечки. При наличии значительных скоростей истечения поверхности уровня будут иметь вид гиперболоидов, вытянутых вдоль оси 7.

Таким образом, при известном положении и величине утечки можно однозначно установить концентрационное поле для пробного газа. При локализации течи стоит обратная задача: при известном поле концентраций найти источник течи и определить ее интенсивность. Поле концентраций пробного газа можно получить замерами пространственно-ориентированным щупом.

При известном поле концентраций задачу локализации течи можно решить при помощи нахождения градиента поля. Градиент концентрации будет направлен к источнику течи, а его величина - зависеть от интенсивности утечки.

Для нахождения градиента поля в общем случае достаточно измерить концентрацию в трех точках, чтобы найти компоненты приращения концентрации по трем направлениям

Для удобства вычислений три точки измерений лучше располагать на взаимно перпендикулярных осях, пересекающихся в одной точке.

Установив положение источника вещества, можно определить его интенсивность.

Библиографические ссылки

1. Моисеев В. А., Тарасов В. А., Колмыков В. А., Филимонов А. С. Технология производства жидкостных ракетных двигателей : учебник, М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008.

2. Лекции по уравнениям математической физики. Уравнения колебаний и диффузии : учеб. пособие. Омск : Изд-во ОмГТУ, 2004. 102 с.

References

1. Moiseev V. A., Tarasov V. A., Kolmykov V. A., Filimonov A. S. Tehnologija proizvodstva zhidkostnyh raketnyh dvigatelej (Technology of production of liquid rocket engines). Publishing Bauman Moscow State Technical University, 2008.

2. Lekcii po uravnenijam matematicheskoj fiziki. Uravnenija kolebanij i diffuzii (Lectures on Differential Equations. The equations of the oscillation and diffusion). Omsk State Technical University Publishing House, 2004. 102 p.

© Колчанов И. П., Делков А. В., Ходенков А. А., Кишкин А. А., 2013

УДК 629.7.018

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБЪЕКТОВ

КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

И. П. Колчанов\ А. В. Делков2, А. А. Ходенков2, О. В. Шилкин1

1 ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина 52. E-mail: k0l4@mail.ru

2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. e-mail: delkov-mx01@mail.ru

Описывается система наземных тепловых испытаний объектов космической техники. Приводится математическая модель испытаний с описанием контурных связей между элементами. Оцениваются возможности расчетного алгоритма.

Ключевые слова: тепловые испытания, математическая модель.

NUMERICAL SIMULATION OF HEAT TESTING OF SPACE EQUIPMENT

I. P. Kolchanov1, A. V. Delkov2, A. A. Hodenkov2, O. V. Shilkin1

JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information Satellite Systems" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia. E-mail: k0l4@mail.ru 2Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. E-mail: delkov-mx01@mail.ru