Выбор метода

В описанных устройствах датчики уноса абляционного материала размещены в самом абляционном материале. Однако литературно-патентный обзор не позволил выявить – что это за датчики, на основе каких физических принципов работают.

Из этого вытекает задача – в процессе спуска ТЭБ проводить измерение остаточной толщины защитного конуса в нескольких точках поверхности, то есть контролировать изменение его формы.

Конкретная цель нашей работы – исследовать возможные получения информации об остаточной толщине конуса в процессе его движения, то есть разработка метода и принципа работы измерения системы контроля формы обгарной поверхности конуса.

В предыдущих работах по этой теме был разработан эхо – метод ультразвуковой толщинометрии. Углеродные волокна, ориентированные вдоль оси конуса, хорошо проводят ультразвук. Были проведены измерения скорости ультразвука и его затухание. Было показано, что скорость распространения звука в углеродном стержне имеет порядок 12000 м/с. Такие большие значения связаны с высокими прочностными характеристиками углеродных волокон, из которых состоит стержень, и малой плотностью.

Однако исследованиями было также показано, что скорость в углеродных стержнях зависит от температуры. Даже при температуре она уменьшается по сравнению с комнатной температурой примерно на . Следовательно в диапазоне температур от изменения скорости внесут большую погрешность в измерение длины нитей. Конкретных данных о зависимости скорости звука в углеродных стержнях от температуры в таком диапазоне температур нет. Но однозначно, без специальных мер по коррекции зависимости скорости звука от частоты, погрешность измерения не может быть обеспечена.

Измерения затухания звука в углеродных стержнях показали, что с увеличением частоты затухание возрастает, как и в других композиционных материалах.

В связи с этим, в данной работе предложен пассивный метод контроля, основанный на анализе частотного спектра звуковых колебаний приходящих на первичный измерительный преобразователь (ПИП), расположенный на внутренней поверхности конуса Рисунок 2.

Рисунок 2.

В качестве источника звука предложено использовать шум, возникающий на внешней поверхности конуса при движении через атмосферу.

Характеристики такого шума известны. Его частный спектр представлен в таблице 1 и на рисунке 3.

Таблица 1.

F, Гц
P, дБ

Рисунок 3.

При использовании многоэлементного детектора (пьезодатчик) спектр сигнала в элементе m будет соответствовать шуму, пришедшему по стержню mM из точки на поверхности M. При прохождении через поглотитель более высокие частоты будут ослабляться сильнее и спектр шума в точке m будет иметь завал на высоких частотах. При уменьшении длины стержня mM общее затухание на высоких частотах будет уменьшатся то есть информацию о длине стержня mM будет давать форма спектра шума в элементе преобразователя m. Анализируя частотный спектр в каждом элементе ПИП и сравнивая его со спектром в начальной точке входа в атмосферу (спектры на первых секундах записываются в память), можно определить длину стержней в различных точках поверхности конуса.

В настоящее время мы исследуем зависимости коэффициента затухания звука, готовим аппаратуру для исследуемого затухания звука в углеродных стержнях в диапазоне частот .

Литература

1. Э. З. Апштейн, Н. Н. Пилюгин, Г. А. Тирсий “Унос массы и измерение формы трехмерного тела при движении по траектории в атмосфере Земли” [1].

2. В. В. Несмелов, В. Д. Гольдин, Г. Ф. Костин “Исследование и прогнозирование характеристик уноса массы теплозащитных материалов на основе угленаполненных композиций” [2].

3. В. И. Зинченко, Г. Ф. Костин, А. С. Якимов “Расчет характеристик тепло- и массообмена при разрушении теплозащитного материала” [3].

4. А. А. Коробков, Д. В. Смирнов, И. А. Мурашко патент RU 2 344 966 С2 “ Устройство для управления полетом гиперзвукового летательного аппарата” [4].

5. А. Н. Царьков, Д. В. Смирнов, А. И. Коростелев, А. А. Коробков патент RU 2 334 652 C2 “Способ управления полетом гиперзвукового летательного аппарата” [5].