МЕТОД ИСПЫТАНИЯ. ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ. МАТЕРИАЛОВ КАБИН ПРИ. ВОЗДЕЙСТВИИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

(a) Краткое описание метода. Испытываются 3 или более образцов, представляющих завершен­ные компоненты самолета. Испытываемый обра­зец помещается в постоянно продуваемую возду­хом термобарокамеру. Образец подвергается воз­действию теплового излучения от источника, отрегулированного с использованием калиброван­ного калориметра на создание требуемого тепло­вого потока 3,5 Вт/см2. Образец испытывается так, чтобы поверхность, подверженная воздействию тепла, была расположена вертикально. Горение обеспечивается факельным зажиганием. Выходя­щие из камеры продукты сгорания регистрируют­ся для расчета тепловыделения.

(b) Аппаратура. Используется аппаратура одоб­ренного типа, описание которой в общем виде приводится ниже.

(1) Схема аппаратуры представлена на рис. 1. Все внешние поверхности аппаратуры, за исключе­нием камеры с зафиксированным образцом, дол­жны быть изолированы стеклопластиком толщи­ной 25 мм, обладающим высокой термостойкостью и малой плотностью. Дверца с прокладкой, через которую вводится запальный стержень для поджига образца, должна плотно закрывать камеру.

(2) Термопакет. Разность температур воздуха, поступающего в испытательную камеру и выходя­щего из нее, должна фиксироваться с помощью термопакета с 5 горячими и 5 холодными спаями из хромель-алюмеля калибра 0,511 мм. Горячие спаи должны быть размещены в верхней части выходно­го патрубка, на 10 мм ниже верхнего края дымохо­да. Термопары должны иметь сварную законцовку в виде шарика диаметром (1,3±0,3) мм. Одна тер­мопара должна находиться в геометрическом цен­тре патрубка, а остальные четыре — на расстоянии 30 мм от этого центра по диагоналям, соединяю­щим углы (см. рис. 5). Холодные спаи должны на­ходиться в лотке под нижней пластиной распреде­ления воздуха (см. пункт (b)(4)). Горячие спаи тер­мопакета должны очищаться от осаждающейся са­жи, что необходимо для сохранения калиброван­ной чувствительности.

(3) Источник излучения. Источник теплового излучения для создания потока до 100 кВт/м2, в котором используются 4 карборундовых элемен­та длиной 508 мм и диаметром 16,0 мм с номи­нальным сопротивлением 1,4 Ом, показан на рис. 2. Карборундовые элементы должны быть смонтированы в блоке из нержавеющей стали путем введения их через отверстие 16,0 мм в па­нели толщиной 1,0 мм из керамического волок­на. Расположение отверстий в поддонах и крыш­ке из нержавеющей стали показано на рис. 3. Для обеспечения равномерного распределения потока тепла по поверхности вертикально рас­положенного образца размером 150х150 мм должна быть добавлена граненая «маска» (в фор­ме алмаза) из нержавеющей стали.

(4) Система распределения воздуха. Распределе­ние поступающего в термобарокамеру воздуха должно быть обеспечено алюминиевой пластиной толщиной 6,3 мм с 8 отверстиями диаметром (5,3±0,003) мм, расположенными на расстоянии 51 мм от краев (т. е. по центру при ширине 102 мм), которая должна быть смонтирована на основании термобарокамеры. Вторая пластина из нержавею­щей стали, имеющая 120 равномерно расположен­ных отверстий диаметром (3,6±0,003) мм, должна быть установлена на расстоянии 150 мм над алюми­ниевой пластиной. Требуется хорошо регулируемая подача воздуха. Воздуховод на основании пирами­дального участка должен иметь 48 равномерно ра­спределенных отверстий диаметром (3,7±0,003) мм, расположенных на расстоянии 10 мм от внутренне­го края воздуховода так, чтобы при подаче 0,04 м3/с воздуха, поступающего в аппаратуру, расход воздуха между пирамидальными участками составлял 0,03 м3/с, а через термобарокамеру — 0,01 м3/с.

(5) Выпускной патрубок. На выходе пирами­дального участка должен быть установлен выпу­скной патрубок поперечным сечением 133х70 мм и длиной 254 мм, изготовленный из нержавеющей стали. В центре патрубка должна быть пластина из нержавеющей стали размером 25х76 мм, перпен­дикулярная воздушному потоку, расположенная на расстоянии 76 мм над основанием патрубка.

(6) Держатели образца.

(i) Образец размером 150х150 мм должен быть испытан в вертикальном положении. В конструкцию держателя (рис. 3) должна входить фиксирующая рамка, которая касается образца (обернутого алюминиевой фольгой в соответ­ствии с требованиями пункта (d)(3) настоящей части) только по его периметру на ширине 6 мм, а также пружина V-образной формы, служащая для фиксации всего узла. При испытаниях мате­риалов, склонных к расплавлению и образова­нию капель, должен использоваться также съемный поддон размерами 12х12х150 мм для сбора капель и 2 проволоки из нержавеющей стали диаметром 0,5 мм ( см. рис. 3). Положение пружины и рамки можно изменять для установ­ки образцов, имеющих разную толщину, с по­мощью специального стержня, вставляемого в разные отверстия в держателе образца.

(ii) В механизм ввода образца должен быть включен направляющий штифт, который вставлен в шлифованную металлическую пластину, нахо­дящуюся на механизме ввода вне камеры выдер­живания, и который можно использовать для обеспечения точного положения облучаемой поверхности образца после его ввода в камеру. После ввода образца в камеру передняя его по­верхность должна находиться на расстоянии 100 мм от закрытых заслонок теплоизлучателя.

(iii) Держатель образца зажимается на монтаж­ной опоре (см. рис. 3). Эта опора должна быть присоединена к стержню ввода 3 винтами, кото­рые проходят сквозь широкую шайбу, сваренную с гайкой диаметром 13 мм. На конце стержня вво­да должна быть резьба, на которую навинчивается гайка, а между двумя гайками диаметром 13 мм должна быть установлена широкая шайба толщи­ной 0,51 мм; гайки должны быть завернуты так, чтобы плотно закрывалось отверстие в заслонках теплоизлучателя, через которое проходит стер­жень ввода образца или калибровочного калори­метра.

(7) Калориметр. Калориметр полного пото­ка, используемый для измерения полного те­плового потока, должен быть установлен за­подлицо в центре панели диаметром 12,7 мм, которая вставлена в держатель образца. Кало­риметр должен иметь угол регистрации 180° и быть откалиброван на падающий поток. Кали­бровка калориметра должна быть одобрена.

(8) Положения запального факела. Должно быть обеспечено начальное поджигание образ­ца одновременно от нижней и верхней пуско­вых горелок, как это соответственно предписа­но в пунктах (b)(8)(i) и (b)(8)(ii) части IV насто­ящего Приложения. Поскольку ступенчатое выключение пусковых горелок более чем через 3 с может повлиять на результаты испытаний, то может быть установлен искровой поджига­тель для гарантии того, что нижняя пусковая горелка останется горящей.

(i) Нижняя пусковая горелка. Трубка горелки должна быть выполнена из нержавеющей стали и иметь внешний диаметр 6,3 мм и толщину стен­ки 0,8 мм. К нижней пусковой горелке должна подаваться смесь метана и воздуха в объеме 120 и 850 см3/мин соответственно. В нормальном по­ложении конец трубки пусковой горелки должен находиться на расстоянии 10 мм от открытой вертикальной поверхности образца, перпенди­кулярно ей. Осевая линия выходного отверстия трубки должна пересекаться с вертикальной осе­вой линией образца в точке, отстоящей от ни­жнего края образца на расстояние 5 мм.

(ii) Верхняя пусковая горелка. Прямая трубка пу­сковой горелки должна быть изготовлена из нержав­еющей стали и иметь внешний диаметр 6,3 мм, тол­щину стенки 0,8 мм и длину 360 мм. Один конец трубки должен быть закрыт и в ней должны быть вы­сверлены 15 отверстий диаметром (1,04±0,01) мм на расстоянии 60 мм друг от друга для выхода газа в од­ном направлении. Первое отверстие должно распо­лагаться на расстоянии 5 мм от закрытого конца трубки. Трубка должна быть введена в термобарока­меру через отверстие 6,6 мм, высверленное над верх­ним краем рамы окошка на расстоянии 10 мм. Труб­ку должна поддерживать регулируемая Z-образная опора, смонтированная снаружи над смотровым окошком камеры. Трубка устанавливается над от­крытым верхним краем образца на расстоянии 20 мм над ним. Среднее отверстие должно располагаться в вертикальной плоскости, перпендикулярной откры­той поверхности образца и проходящей через его осе­вую линию, и должно быть направлено на источник излучения. В горелку должен подаваться газ метан, способный создать пламя высотой 25 мм.

(c) Калибровка оборудования.

(1) Интенсивность тепловыделения. Калибро­вочная горелка, изображенная на рис. 4, должна быть установлена на конце нижней трубки запаль­ного пламени с образованием газонепроницаемо­го соединения. В потоке газа для запального пла­мени должно быть не менее 99% метана; при этом должно быть обеспечено точное измерение потока газа. Перед подачей газа должен быть установлен на надлежащем уровне жидкостный измеритель, заполненный дистиллированной водой до верха внутренней отметки. Наружная температура и да­вление воды определяются по внутренней темпе­ратуре жидкостного измерителя. Устанавливается исходный расход, равный примерно 1 л/мин, ко­торый затем увеличивается до предварительно ус­тановленных уровней 4, 6, 8, 6 и 4 л/мин. Расход определяется с помощью секундомера по времени полного оборота жидкостного измерителя как для исходного, так и для повышенных расходов. До перехода к следующему, более высокому расходу газа производится возврат к исходному уровню. Измеряется исходное напряжение в термопакете. Затем увеличивается подача газа в горелку до более высокого, заранее установленного уровня, при ко­тором он горит в течение 2,0 мин; измеряется на­пряжение в термопакете. Действия повторяются, пока не будут определены все 5 значений. Среднее значение 5 измерений используется как калибро­вочный коэффициент. Процедура должна быть повторена, если среднеквадратичное отклонение превышает 5%. Порядок расчета приведен в пунк­те (f) части IV данного Приложения.

(2) Равномерность потока. Необходимо перио­дически и после каждой замены нагревательного элемента проверять равномерность распределе­ния потока по образцу, чтобы убедиться, что обес­печиваются допустимые отклонения ±5%.

(d) Подготовка образцов.

Образец должен представлять собой компонент самолета как по материалам, так и по технологии изготовления.

(1) Открытая поверхность вертикально мон­тируемых образцов должна иметь стандартный размер 150х150 мм при толщине до 45 мм.

(2) Кондиционирование. Образцы должны выдерживаться в условиях, указанных в части I настоящего Приложения.

(3) Установка. Во время испытания должна быть открыта только одна поверхность образца. Все остальные поверхности должны быть плотно за­крыты алюминиевой фольгой толщиной 0,025 мм.

(e) Процедура.

(1) Питание источника тепла должно обеспе­чивать создание теплового потока мощностью (3,5±0,05) Вт/см2. Мощность потока должна из­меряться в точке, которую займет центр поверх­ности образца, установленного для испытания. Тепловой поток должен измерятся после того, как будет отрегулирован до нужной величины расход воздуха, проходящего через оборудова­ние. Должен испытываться образец той тол­щины, которая предполагается в эксплуата­ции.

(2) Необходимо зажечь пусковые факелы и прове­рить их положение в соответствии с пунктом (b)(8).

(3) Расход воздуха, поступающего в оборудова­ние, устанавливается на величине (0,04± 0,001) м3/с при атмосферном давлении. Нужный расход можно установить и контролировать с помощью:

(i) мерной шайбы, обеспечивающей падение давления, по меньшей мере, на 200 мм манометри­ческой жидкости; или

(ii) изменяемого расходомера с мерной шай­бой, имеющей шкалу с делениями до ±0,0004 м3/с. Упор на стержне держателя вертикального образца регулируется так, чтобы открытая поверхность об­разца при введении его в термобарокамеру находи­лась на расстоянии 100 мм от входа.

(4) Образец помещается в камеру-держатель при закрытых створках теплоизлучателя. Воздухо­непроницаемая внешняя дверь запирается и вклю­чается регистрирующее устройство. Образец вы­держивается в этой камере (60±10) с перед вводом в термобарокамеру. В течение последних 20 с это­го периода определяется «нулевое» значение тер­мопакета.

(5) Створки теплоизлучателя открываются, об­разец вводится в термобарокамеру и створки за ним закрываются.

(6) [Зарезервирован].

(7) Отсчет времени начинается с момента вве­дения образца и закрытия внутренней заслонки. Пока образец находится в испытательной камере, должна быть обеспечена регистрация выходного сигнала термопакета не реже 1 раза в секунду.

(8) Продолжительность испытания 5 мин.

(9) Минимальное количество испытываемых образцов — 3.

(f) Расчеты.

(1) Калибровочный коэффициент рассчитыва­ется по следующей формуле:

К — Fi~F° у(т8-22)ккалх273хр-Рух h (V, — V0) моль Ta 760

хмольСН48ТРх Вт-мин кВт 22,41 0,01433 Ккал 1000 Вт ’

где:

F0 — исходный расход метана, л/мин;

Fj — наивысший установленный расход ме­тана, л/мин;

V0 — напряжение в термопакете при исход­ном расходе, мВ;

V — напряжение в термопакете при наивыс­шем расходе, мВ;

Та — температура наружного воздуха, К;

р — давление наружного воздуха, мм рт. ст.;

ру — давление водяного пара, мм рт. ст.

(2) Интенсивность тепловыделения может быть определена по значению выходного на­пряжения в термопакете в любой момент вре­мени по следующей формуле:

V К

HRR = —m h, ,

0, 02323 м2

где:

HRR — интенсивность тепловыделения, кВт/м2;

Vm — измеренное напряжение в термопакете, мВ;

Kh — калибровочный коэффициент, кВт/мВ.

(3) Интеграл интенсивности тепловыделе­ния — это полное выделение как функция вре­мени, рассчитываемое путем умножения ин­тенсивности на частоту выборки данных в ми­нутах и суммирования времени от 0 до 2 мин.

(g) Критерии. Должны быть усреднены пол­ное положительное тепловыделение за первые 2 мин воздействия тепла и пиковая интенсив­ность тепловыделения для каждого из 3 или бо­лее образцов. Среднее полное тепловыделение не должно превышать 65 кВт мин/м2, а средняя пиковая интенсивность тепловыделения не должна превышать 65 кВт/м2.

(h) Отчет. Отчет по испытаниям каждого из испытанных образцов должен включать в себя следующее:

(1) Описание образца.

(2) Интенсивность теплового воздействия на образец, Вт/см2.

(3) Данные, выражающие интенсивность те­пловыделения (в кВт/м2) как функцию времени, представленные либо графически, либо в таблич­ной форме с интервалами не более 10 с. Должен быть указан калибровочный коэффициент (Kh).

(4) При возникновении плавления, проги­бания, расслоения образца или других явле­ний, вызывающих изменение площади его от­крытой поверхности или характера горения, они должны быть отмечены в отчете с указа­нием времени их возникновения.

(5) В отчете должны быть приведены значе­ния пикового тепловыделения и интенсивно­сти тепловыделения за 2 мин.