Способ моделирования теплонапряженного состояния деталей двигателя внутреннего сгорания

Способ моделирования теплонапряженного состояния деталей двигателя внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к двигателестроению и предназначено для выбора материала и конструкции деталей камеры сгорания при форсировании и создании новых двигателей. Изобретение позволяет моделировать на испытуемой детали условия работы этой детали на двигателе внутреннего сгорания путем локального подвода тепла к тепловоспринимающей поверхности и созданием идентичного температурного поля и поля напряжений по всему телу испытуемой детали. Для направления вертикально падающего теплового потока на боковую поверхность 1 поршня 2 устройство 3 для размещения и крепления поршня 2 на стенде дополнительно содержит отражатель 4 в виде конуса. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиа2

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4711976/06 (22) 27,06.89 (46) 23.07.91..Бюл. М 27 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И.Ленина (72) А.Ф.Шеховцов, Ф.И.Абрамчук, А.M.Áàчевский и Г.А.Мелекесцев (53) 621.43-242.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1196721, кл. G 01 М 15/00, 1985. (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОНАПРЯЖЕ Н НОГО СОСТОЯНИЯ ДЕТАЛ ЕЙ

ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к двигателестроению и предназначено для выбора мате„„59„„1665057 А1 (sl)s F 02 F 3/12, G 01 М 15/00 риала и конструкции деталей камеры сгорания при форсировании и создании новых двигателей. Изобретение позволяет моделировать на испытуемой детали условия работы этой детали на двигателе внутреннего сгорания путем локального подвода тепла к тепловоспринимающей поверхности и созданием идентичного температурного поля и поля напряжений по всему телу испытуемой детали. Для направления вертикально падающего теплового потока на боковую поверхность 1 поршня 2 устройство 3 для размещения и крепления поршня 2 на стенде дополнительно содержит отражатель 4 в виде конуса. 5 ил., 2 табл,

О

1(у

О (у )»

1бб5057

Чх =a+(1 — a) г4((— õ ")", — (— õ "g" )р45

Цмакс где А, n, k — характерные параметры для поршня;

R — радиус поршня; х — текущее значение радиуса поршня.

Для эксперимента взят поршень с от50 крытой камерой сгорания из материала

АЛ-25, применяемый в двигателях СМД18Н К (4 ЧН12/14).

Полученный график изменения относительных тепловых потоков (фиг.1) заменен

55 гистограммой с переменным шагом разбиения, Участки каждого шага проецировали на

Изобретение относится к двигателестроению и касается испытательных стендов, Цель изобретения — повышение точности моделирования путем приближения условий теплоотвода к реальным. 5

На фиг,1 показана кривая изменения теплового потока по огневой поверхности поршня и заменяющая ее гистограмма; на фиг.2 — устройство для размещения и крепления поршня, содержащее отражатель в 10, виде конуса; на фиг.3 — схема нанесения ! покрытий с различной поглощательной спо собностью на огневую поверхность поршня; на фиг.4 — схема нанесения покрытий с различной поглощательной способностью 15 на тепловоспринимающую поверхность образца; на фиг.5 — температурные волны на кромке камеры сгорания поршня (At) в рабочем сечении старого (At>5p) и нового (Лтмр,п) образцов. 20

Для повышения точности моделирования теплонап ряженного состояния исследуемых деталей двигателя задаются одинаковые граничные условия как по теплоотводу, так и по теплоподводу с граничны- 25 ми условиями деталей реального двигателя.

Предлагаемый способ моделирования теплонапряженного состояния деталей двигателя внутреннего сгорания реализован на стенде, содержащем нагреватель в виде па- 30 кета электрических кварцевых галогенных ламп накаливания типа КГ220 — 2000-3, излучающих волны видимого и инфракрасного спектра. В основу положены зависимости для определения локальных значений пара- 35 метров, определяющих условия теплообмена со стороны рабочего тела в цилиндре.

Частная аппроксимирующая зависи-! масть, полученная на основании осреднения данных расчетно-экспериментальных 40 исследований локальных значений граничных условий, например, для поршней с открытой камерой сгорания имеет вид

"огневую" поверхность поршня, при этом каждому полученному участку на "огневой" поверхности поршня соответствует тепловой поток определенного уровня.

При моделировании теплонапряженного состояния всего поршня подводится локальный тепловой поток (р e.n.) и на боковую поверхность, находящуюся между днищем и первым компрессионным кольцом, как это имеет место в реальных условиях. Боковая тепловоспринимающая поверхность также разбита на участки равного теплового потока.

Для направления вертикально падающего теплового потока на боковую поверхность 1 поршня 2 устройство 3 для размещения и крепления поршня 2 на стенде дополнительно содержит отражатель 4 в виде конуса (фиг.2).

Из таблицы характеристик поглощательной способности различных типов покрытий, полученных экспериментальным путем на стенде, подобраны покрытия с различной поглощательной способностью так, чтобы при выборе было получено полное соответствие относительного теплового потока каждого типа покрытия с относительным тепловым потоком определенного участка по гистограмме (табл.1), На тепловоспринимающую поверхность исследуемого поршня на каждый участок равного теплового потока наносится покрытие, подобранное по значению относительного теплового потока из таблицы.

Таким образом, характер изменения и величина поглощательной способности покрытия по всей тепловоспринимающей поверхности поршня полностью совпадают с характером измения и величиной локальных относительных тепловых потоков.

Вследствие того, что материал поршня обладает высокой теплопроводностью, температуры на "огневой" поверхности поршня на границах покрытий распределяются равномерно, без скачков.

После этого поршень с нанесенными покрытиями устанавливают в устройстве для размещения и крепления поршня на стенде. Включают нагрева ель с равномерным тепловым потоком и все обслуживающие системы стенда. В результате испытаний в контрольных точках поршня . получают температуры, в точности совпадающие с температурами (температурным полем) поршня реального двигателя.

Предлагаемый способ позволяет реализовать как осесимметричное, так и неосесимметричное термическое нагружение испытуемого поршня (фиг.3), что имеет место в реальных условиях(влияние впускных и

1665057

Таблица 1

Таблица 2 выпускных каналов, расположение сопловых отверстий распылителя форсунки и т.n.).

Способ реализован также на стенде для испытания материалов деталей камеры сгорания двигателя на термомеханическую усталость. В этом стенде лучистый нагреватель, установленный над рабочим сечением образца, создает на поверхности образца температурную волну, которая моделирует температурную волну, возникающую на поверхности деталей, составляющих камеру сгорания двигателя. В качестве лучистого нагревателя применяли газовый лазер с длиной волны излучения 10,6 мкм.

Температурная волна, моделируемая на образце, довольно сильно отличается по характеру от той, которая возникает в реальных деталях камеры сгорания двигателя, что вносит погрешность при испытаниях. Для устранения этого недостатка вначале был проведен эксперимент по определению по. глощательной способности различных покрытий при воздействии на них газовым лазером. Полученные результаты для АЛ-25 приведены в табл.2.

Затем покрытия в различных сочетаниях наносились на тепловоспринимающую поверхность образца (фиг.4) и экспериментальным путем подбиралск нужный характер изменейия температурной волны.

Предлагаемый способ позволяет суще5 ственно приблизить характер изменения температурной волны на образце и в поверхностных слоях деталей камеры сгорания двигателя (фиг.5).

10 Формула изобретения

Способ моделирования теплонапряженного состояния деталей двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в перераспределении лучистого теплопотока

15 от нагревателя к огневой поверхности детали, например поршня, и локальном отводе теплоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности моделирования путем приближения условий теплоподвода

20 к реальным, огневую поверхность поршня разбивают на дискретные участки с одинаковым тепловым потоком, на них наносят покрытия соответственно с различной поглощательной способностьютак, что на каж25 дом участке подбирают соответствие локального теплового потока с поглощательной способностью определенного типа покрытия.

1665057

1665057

Составитель А. Гладких

Техред М.Моргентал Корректор С. Шевкун

Редактор И. Горная

Производственно-издательский комбмнэт "Патент", г, ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2377 Тираж 359 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5