Часть IV. Метод испытания по определению тепловыделения материалов кабин при воздействии теплового излучения

Часть IV
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 . 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 () 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 , в котором используются 4 карборундовых элемента длиной 508 мм и диаметром 16,0 мм с номинальным сопротивлением 1,4 Ом, показан на рис. 2а. 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. 2б. 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 () 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 () 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 () мм, расположенных на расстоянии 10 мм от внутреннего края воздуховода так, чтобы при подаче 0,04 воздуха, поступающего в аппаратуру, расход воздуха между пирамидальными участками составлял 0,03 , а через термобарокамеру - 0,01 .

(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 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 () 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.

(с) 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 .

(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 () . 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 () 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 . 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 () 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:

,

где:

- исходный расход метана, л/мин;

- наивысший установленный расход метана, л/мин;

- напряжение в термопакете при исходном расходе, мВ;

- напряжение в термопакете при наивысшем расходе, мВ;

- температура наружного воздуха, К;

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

- 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:

,

где:

HRR - интенсивность тепловыделения, ;

- измеренное напряжение в термопакете, мВ;

- 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 , а средняя пиковая интенсивность тепловыделения не должна превышать 65 .

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

(1) Описание образца.

(2) Интенсивность теплового воздействия на образец, .

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

(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.