Pomiar temperatury pary ciernej w badaniach modelowych

Transkrypt

1 SKORUPKA Zbigniew 1 Pomiar temperatury pary ciernej w badaniach modelowych WSTĘP Hamulce [2] są jednym z kluczowych układów bezpieczeństwa we wszystkich pojazdach mechanicznych. Stanowią standardowe, a także wymagane warunkami prawa wyposażenie w pojazdach samochodowych, jednośladach oraz samolotach. W przypadku pojazdów naziemnych hamulce służą do wytracania prędkości podczas normalnych warunków operacyjnych, którymi jest jazda po drogach a także jako zabezpieczenie przed niekontrolowanym przemieszczeniem się pojazdu w trakcie postoju. Rozgrzewanie się hamulców ciernych podczas pracy jest związane z ich zasadą działania, czyli przetwarzania energii kinetycznej ruchu na energię cieplną, rozpraszaną następnie w podzespołach hamulca. Ze względu na znaczne ilości energii rozpraszanej podczas procesu hamowania, temperatura hamulca może osiągać znaczne wartości, niejednokrotnie przekraczające wartości bezpieczne dla materiałów składających się na jego konstrukcję. Przekroczenie dopuszczalnej temperatury hamulca ciernego może doprowadzić do jego poważnych uszkodzeń a niejednokrotnie nawet i do jego zniszczenia. Rozkład temperatury w hamulcu ciernym jest praktycznie niezależny od jego konstrukcji i użytego materiału pary ciernej. Podczas procesu hamowania najwyższa temperatura występuje na granicy styku okładzin ciernych, by spadać wraz z przechodzeniem w głąb materiału. Głębokość penetracji temperatury powinna być jak największa, przy zachowaniu dużej szybkości odprowadzania ciepła na zewnątrz pary ciernej. Ponadto podwyższona temperatura na styku pary ciernej powoduje zniszczenie warstwy powierzchniowej materiału ciernego, ze względu na panującą tam wysoką temperaturę. Z uwagi na brak możliwości jednoznacznego pomiaru temperatury, w bezpośredniej strefie styku tarciowego, należy posiłkować się metodami pośrednimi, dobranymi w taki sposób, aby można było przewidzieć z dużym prawdopodobieństwem zarówno przebieg, jak i wartość temperatury w strefie tarcia. Celem symulacji procesu hamowania tarciowego w sposób powtarzalny, należy tak dobrać stanowisko badawcze aby jego wpływ nie był istotny, z punktu widzenia badanego procesu. Z tego względu oraz ze względu na trudności pomiarowe zdecydowano się na przeprowadzenie przedmiotowych prób na stanowisku do badań modelowych okładzin ciernych. Stanowisko takie pozwala na uzyskanie powtarzalnych nastaw parametrów hamowania, takich jak: energia hamowania, prędkość prześlizgu, siła hamowania. Jednocześnie niezmienny i powtarzalny w każdym badaniu układ kinematyczny stanowiska badawczego pozwala na wyeliminowanie jego wpływu na uzyskane wyniki badań [4]. Jak było wspomniane wcześniej, ze względu na istniejący kontakt pomiędzy elementami pary ciernej podczas hamowania, nie jest możliwy bezpośredni pomiar temperatury w strefie tarcia, co wymusza konieczność zastosowania pomiaru pośredniego. Polegał on na termoparowym pomiarze temperatury powierzchni próbki stałej oraz w jej wnętrzu, poprzez umieszczenie dwóch termopar w otworach wywierconych w różnej odległości od strefy styku a także na różnej głębokości od bocznej powierzchni próbki. W celu oszacowania temperatury (a także wyznaczenia jej zmian w czasie) w strefie kontaktu próbek został zastosowany pomiar bezstykowy za pomocą pirometru, którego środek pola pomiarowego był w środku bocznego rzutu tej powierzchni. Do obserwacji procesu została wykorzystana kamera termowizyjna, rejestrująca strefę hamowania. 1 Instytut Lotnictwa w Warszawie, Laboratorium Badań Podwozi Lotniczych, Warszawa, al Krakowska 110/114; zbigniew.skorupka@ilot.edu.pl 4420

2 1. ZASTOSOWANE TECHNIKI POMIARU TEMPERATURYTermopary Termopara jest to para dwóch różnych metali spojonych ze sobą. Spojenie wykonywane jest na obu końcach metali tworzących termoparę. Jeden z końców (złącz) termopary umieszcza się w stałej temperaturze odniesienia (np. dla pomiarów temperatury bezwzględnej w stopniach Celsjusza jest to zero stopni Celsjusza) drugi natomiast jest końcem pomiarowym. Pomiar następuje przez wygenerowanie siły elektromotorycznej (termoelektrycznej) proporcjonalnej do różnicy temperatur. Termoparą można także realizować pomiar temperatury względnej w odniesieniu do temperatury jakiegoś ośrodka (zastępuje on wtedy opisane wcześniej zero). Istnieją również termoparowe mierniki temperatury z tzw. sztucznym zerem lub kompensacją temperaturową, które w sposób elektryczny emulują temperaturę odniesienia na jednym z końców termopary. Termopara ma postać sztywnego pręta lub giętkiego drutu co pozwala na szerokie zastosowanie w wielu aplikacjach pomiaru temperatury np. w miejscach mniej dostępnych. Podstawową wadą termopar jest ich utrudnione użycie w układach wirujących ze względu na postać miernika a także szybkie zużycie poprzez starcie w przypadku pomiarów powierzchni wirujących. Jako pomiar stykowy, termopara nie może być stosowana wszędzie tam gdzie niemożliwe jest utrzymanie styku lub przecięcie, zerwanie czy też inny rodzaj mechanicznego uszkodzenia. Jednakże pomiar w takich warunkach może się udać to należy mieć świadomość, że najczęściej jest to pomiar jednorazowy lub też niedokończony w związku ze zniszczeniem termopary. Pomiary wykonane zostały przy użyciu termopar TP202K z dedykowanymi wzmacniaczami (tabela 1). Tab. 1. Wybrane dane układu termoparowego TP202K Lp. Nazwa Wartość/opis 1. Typ termoelementu NiCr-NiAl (K) 2. Maksymalna temperatura pomiaru 900 C 3. Średnica termopary 1 mm 4. Długość termopary 600 mm 5. Klasa termoelementu Pirometr Pirometry (ang. infrared thermometers lub pyrometers) są przyrządami optoelektronicznymi. Wyznaczają temperaturę powierzchni na podstawie pomiaru wartości emitowanego przez obiekt promieniowania (energii) w paśmie podczerwonym. Najważniejszą cechą pirometru jest umożliwienie pomiaru bezdotykowego, dzięki czemu możliwy jest pomiar w miejscach niedostępnych lub ruchomych, w przypadku których pomiar stykowy jest niemożliwy. Pirometry umożliwiają również pomiary temperatury w warunkach niszczących dla klasycznych termopar ze względu na wysokość temperatury, np. w hutach przy pomiarach temperatury surówki w piecach hutniczych. Klasyczny układ pomiarowy pirometru składa się z optyki, filtra spektralnego, detektora i elektroniki sterującej i obrabiającej sygnał pozyskany z detektora. Parametry optyki determinują optyczne własności pirometru, a dokładniej ścieżkę optyczną charakteryzowaną przez współczynnik rozdzielczości optycznej (stosunek odległości do wielkości pola pomiaru). Filtr spektralny służy do przepuszczenia w kierunku detektora fal o określonych długościach istotnych z punktu widzenia pomiaru temperatury (długość fali pomiędzy 1 μ and 20 μm). Detektor wraz elektroniką sterującą przetwarza pozyskany sygnał podczerwony na impulsy elektryczne i w zależności od rodzaju pirometru kieruje je do układu wyświetlającego lub akwizycyjnego. Jak to zostało wspomniane wcześniej pirometr służy do pomiaru emisji podczerwonej powierzchni ciał, które w zależności od temperatury emitują pewną ilość promieniowania podczerwonego, zmieniającego swoją intensywność wraz ze zmianami temperatury. Intensywność emitowanego promieniowania zależy od rodzaju materiału, z którego zbudowany jest mierzony obiekt. Emisyjności 4421

3 dla dużej ilości materiałów są znane i literaturowo dostępne. Należy pamiętać, że większość materiałów metalicznych posiada różną emisyjność w żelazności od stanu ich powierzchni. Emisyjność jako stała materiałowa definiowana jest jako zdolność ciała do emitowania energii promieniowania. Może ona przyjmować wartości w zakresie od 0 do 100%. Dla przykładu ciało doskonale czarne jest idealnym źródłem promieniowania i jego emisyjność wynosi 1,0 (100%) natomiast lustro posiada emisyjność na poziomie 0,1 (10%). Z punktu widzenia pomiarów poprawne ustawienie emisyjności jest o tyle istotne, że jeżeli jej poziom będzie zbyt wysoki to wskazania temperatury mogą okazać się za niskie i na odwrót. Materiały błyszczące o niskiej emisyjności również powodują zafałszowania wyników, tak samo jak istnienie odbić w polu widzenia układu pomiarowego dlatego tak ważne jest zabezpieczenie pirometru przed ich wpływem. Dodatkowo część materiałów potrafi zmieniać emisyjność w zależności od temperatury, co daje jednoczesną zmianę i ilości promieniowania a także jego wartość co utrudnia dokładne pomiary temperatury. Przez takie zachowanie się mierzonych obiektów pomiary pirometryczne najlepiej sprawdzają się w szacowaniu charakteru zmiany temperatury lub pomiarów konkretnej (lub bardzo małego zakresu) temperatury, dla której emisyjność nie zmienia się znacząco. Tab. 2. Wybrane dane techniczne pirometru Optris Laser Sight użytego podczas pomiarów [5] Lp. Nazwa Wartość/opis 1. Zakres pomiaru temperatury -35 do +900 C (-30 F do 1650 F) 2. Zakres spektralny: 8 to 14 µm 3. Rozdzielczość temperaturowa 0.1 C 4. Powtarzalność ±0.5 C lub ±0.5% odczytu 5. Minimalny wymiar punktu pomiaru 1 mm 6. Emisyjność / Wzmocnienie ; regulowane 1.2. Kamera termowizyjna Kamera termowizyjna tak samo jak pirometr rejestruje zmiany emisji promieniowania podczerwonego powierzchni obiektu i przetwarza je na temperaturę. Podstawową różnicą w stosunku do pirometru jest możliwość rejestracji obrazu w paśmie podczerwonym w celu dalszej jego analizy lub wizualizacji procesu zmiany temperatury czy też pomiaru. Kamery termowizyjne rejestrują emisję w zakresie podczerwonym dla każdego z punktów (pikseli wynikających z rozdzielczości przetwornika obrazu kamery) widzianego przez obiektyw. Pozwala to na określanie temperatury w dowolnym miejscu kadru a w zależności od możliwości oprogramowania do obróbki sygnału z kamery można wyznaczyć znaczną liczbę parametrów temperaturowych (np. wyznaczanie temperatur z obszarów, wizualizacja kolorowa rozkładów temperatur, wyznaczanie średnich wartości w przedziałach czasowych, minimów i maksimów). W ostatnich latach popularność kamer termowizyjnych wzrosła ze względu na konieczne pomiary klas energetycznych budynków poprzez szukanie miejsc odpływu ciepła z pomieszczeń i promieniowania cieplnego elewacji. Dodatkową zaletą użycia kamery termowizyjnej jest możliwość rejestracji wizualnej zjawiska termicznego niewidzialnego dla nieuzbrojonego oka (ze względu na jego charakter lub względy bezpieczeństwa), jak np. emisja gorących i drobnych cząstek stałych czy też gazów. W przeprowadzonych badaniach kamera termowizyjna wykorzystana została do rejestracji obszaru hamowania w celu oceny wizualnej prób (np. emisji cząstek ścieru hamulcowego) w celu porównania z pomiarami pirometrem i termoparą na powierzchni próbki ciernej. Do badań użyta została kamera FLIR SC645. Wybrane dane techniczne kamery podane są w tabeli

4 Tab. 3. Wybrane dane techniczne kamery termowizyjnej FLIR SC645 [6] Lp. Nazwa Wartość/opis 1. Zakres pomiaru temperatury -20 do +150 C -0 do +650 C 2. Zakres spektralny: 7,5 to 13 µm 3. Dokładność ±2 C lub ±2% wskazania 4. Rozdzielczość/ Typ detektora 5. Pole widzenia (FOV) 25 x18,8 2. KONFIGURACJA PRÓB 640x480 pikseli Focal Plane Array (FPA), niechłodzony Próby zrealizowane zostały na Stanowisku - Maszyna IL-68 do Badań Dynamicznych Materiałów Ciernych (rysunek 1, tabela 4), służącym do badań modelowych okładzin ciernych. Stanowisko to jest bezwładnościowym stanowiskiem do badania próbek okładzin ciernych (par ciernych) hamulców. Specyfika [1] badania na Stanowisku IL-68 polega na tym, że jedną próbę stanowi jednokrotny proces hamowania od prędkości V pocz =V max do prędkości V kon =0. Prób tych może być przeprowadzonych tyle, że prowadzi to do całkowitego zużycia materiału ciernego, co uniemożliwia ich dalsze prowadzenie. W większości badań wystarczy 5 do 8 prób docierających, gdzie para cierna uzyskuje spójność geometryczną w strefie tarcia (tak aby wykorzystać maksymalnie powierzchnię tarcia), a następnie 10 prób kwalifikacyjnych stanowiących postawę do określenia interesujących parametrów hamowania np. wartości zużycia. Rys. 1. Widok stanowiska IL-68. Tab. 4. Podstawowe parametry techniczne stanowiska IL-68 Lp. Nazwa Wartość/opis 1. Maksymalna prędkość obrotowa wału napędowego 9000 obr/min (150 obr/s) 2. Moment obrotowy 0,154 1,54 kgm2 co 0,098 kgm 2 3. Maksymalna siła docisku na powierzchnię próbek 5,88 kn Stanowisko badawcze IL-68 umożliwia wykonanie pomiarów i rejestrację następujących parametrów próby: moment hamowania (M h ), siła docisku (F d ), czas hamowania (t h ), prędkość obrotowa wału napędowego (n) wielkości te rejestrowane są przy pomocy układów pomiarowych zabudowanych w stanowisku badawczym i będącymi jednocześnie źródłami sygnałów dla układu sterowania. Pomiar temperatury jest w tym wypadku zestawem zewnętrznych czujników/przetworników, dodawanych do stanowiska w zależności od potrzeb danej próby. W opisywanych [3] badaniach układ pomiarowy temperatury zestawiony został z trzech termopar TP202K ze wzmacniaczami TBD3170K, pirometru (T pir ) Optris Laser Sight oraz kamery termowizyjnej (T kam ) FLIR SC645 (rysunek 2). Termopary zostały umieszczone w badanym obiekcie tak, aby uzyskać jak najwięcej informacji o jego zachowaniu. 4423

5 Rys. 2. Rozmieszczenie torów pomiaru temperatury na stanowisku IL68. Termoparę T 1 i T 2 zamontowano w otworach, nawierconych w powierzchni bocznej nieruchomej próbki materiału ciernego, przy czym T 1 została umieszczona w otworze o głębokości około 3,5mm i w odległości około 3mm od krawędzi czołowej próbki. Odpowiednio termopara T 2 została umieszczona w otworze o głębokości około 1,5mm i w odległości około 1mm od krawędzi czołowej próbki. Termopara T 3 umieszczona została tak, aby jej powierzchnia pomiarowa oparta była (przylegała) do powierzchni bocznej próbki odległości około 3mm od powierzchni czołowej. Pirometr umieszczono tak, aby centralny punkt pola pomiaru wraz z jedną jego osią był zorientowany zgodnie z kierunkiem bocznej krawędzi powierzchni dociskowej pary ciernej, w odległości około 1m od mierzonych obiektów. Ma to na celu określenie średniej temperatury wokół powierzchni hamowania. Kamera termowizyjna skierowana została na cały rozpatrywany obiekt w odległości takiej samej, jak odległość pomiarowa pirometru tak aby rejestrowany obraz pokrywał zakres pomiarowy, pirometru i termopary T 3. Rys. 3. Przykład modelowej pary ciernej użytej w badaniach (z prawej próbki materiału ciernego, z lewej żeliwna przeciwpróbka). Obiektem prób były pary cierne w postaci próbek (rysunek 3) żeliwnej tarczy hamulcowej (taki sam materiał w każdej próbie) oraz 4 zestawów po 8 sektorów wyciętych z materiałów ciernych. Pary cierne zostały wytypowane tak, aby przetestować materiały z zakresu lotniczego i motoryzacyjnego (tabela 5). Tab. 5. Zestawienie materiałów próbek użytych w badaniach Lp. Nazwa Rodzaj materiału Zastosowanie 1. przeciwpróbka wirująca żeliwo lotnictwo/motoryzacja 2. próbki 1 kompozyt żywiczno-metaliczny średnio twardy samochody wyczynowe/ciężarowe 3. próbki 2 spiek metaloceramiczny twardy samoloty lekkie 4. próbki 3 spiek metaloceramiczny twardy samoloty lekkie 5. próbki 4 kompozyt żywiczno-metaliczny miękki samochody osobowe 4424

6 Parametry próby zostały dobrane tak, aby odwzorować próby przeprowadzane na maszynie IL-68, w celu określenia przydatności materiałów ciernych w zastosowaniach lotniczych (w lekkim samolocie szkolno-treningowym). Wspominane parametry prób determinują nacisk jednostkowy (na jednostkę powierzchni pary ciernej hamulca) oraz energię jednostkową (energię przypadającą na jednostkę powierzchni pary ciernej hamulca) we wspominanym samolocie. Takie zastawienie parametrów prób pozwala na bezpośrednie porównanie zachowania się materiałów ciernych, w tych samych warunkach pracy. Jednocześnie zdecydowano się na przeprowadzenie prób przy zwiększonej i zmniejszonej energii, w stosunku do nominalnej jej wartości. Zrealizowane zostało to przez zwiększenie i zmniejszenie bezwładności układu, przy zachowaniu niezmiennej początkowej prędkości prześlizgu. Zestawienie parametrów prób przedstawiono w tabeli 6. Tab. 6. Zestawienie parametrów prób Lp. Nazwa próby Nazwa parametru Symbol Wartość Jednostka 1. energia nominalna moment bezwładności I 0,412 kgm 2 2. energia zmniejszona moment bezwładności I 0,340 kgm 2 3. energia zwiększona moment bezwładności I 0,510 kgm 2 4. wszystkie próby prędkość obrotowa prześlizgu n 6000 obr/min Pozostałe parametry prób dobierane były na bieżąco i miały zapewnić jak największą liczbę wyników, w celu wykonania wystarczającej ilości pomiarów temperatury. Jednakże założeniem było zachowanie zbliżonego okresu czasu hamowania, dla wszystkich prób z nominalną energią. Następnie bez zmiany nastawy siły docisku przeprowadzenie prób ze zmniejszoną i zwiększoną energią, gdzie hamowania był wielkością wynikową. Każda próba była przeprowadzana po ostudzeniu pary ciernej do temperatury 35 o C ±10 o C 3. WYNIKI PRÓB W ramach prób przeprowadzono kilkadziesiąt pojedynczych testów. W wyniku przeprowadzonych testów uzyskano szereg danych, których wizualizację przedstawiono na wykresach przebiegów charakterystyk oraz wyznaczone zostały wartości maksymalne temperatury, dla poszczególnych metod pomiarowych. Celem skorelowania wyników badań (w przypadku pirometru i kamery termowizyjnej) założono odczyt temperatury w podobnej strefie. Poniżej przedstawione zostały przykładowe wykresy (rys. 4-9) wielkości mierzonych, podczas przeprowadzonych prób materiałów par ciernych wymienionych w tabeli 5 testowanych, zgodnie z parametrami prób wymienionych w tabeli 6. Rys. 4. Zarejestrowane wyniki próby hamowania modelowego na stanowisku IL-68 (próba 009, para cierna 1, energia nominalna, moment bezwładności 0,412kgm 2 ) 4425

7 Rys. 5. Zarejestrowane wyniki próby hamowania modelowego na stanowisku IL-68 (próba 044, para cierna 1, zmniejszona energia, moment bezwładności 0,314kgm 2 ) Rys. 6. Zarejestrowane wyniki próby hamowania modelowego na stanowisku IL-68 (próba 056, para cierna 1, podwyższona energia, moment bezwładności 0,510kgm 2 ) Rys. 7. Zarejestrowane wyniki próby hamowania modelowego na stanowisku IL-68 (próba 018, para cierna 2, energia nominalna, moment bezwładności 0,412kgm 2 ) 4426

8 Rys. 8. Zarejestrowane wyniki próby hamowania modelowego na stanowisku IL-68 (próba 033, para cierna 3, energia nominalna, moment bezwładności 0,412kgm 2 ) Rys. 9. Zarejestrowane wyniki próby hamowania modelowego na stanowisku IL-68 (próba 063, para cierna 4, energia nominalna, moment bezwładności 0,412kgm 2 ) Z przebiegu charakterystyk (rys, 4-9) wynika, że istnieje wyraźna zbieżność w przypadku pomiarów bezstykowych za pomocą pirometru oraz kamery termowizyjnej. Oba przyrządy pomiarowe zostały tak ustawione, by mierzyć podobne pole temperatury. Jak było to już wyjaśnione wcześniej, pirometr wyznacza temperaturę średnią - dla pola wyznaczonego przez wskaźnik laserowy, natomiast kamera termograficzna pozwala programowo ustawić takie samo pole pomiaru (z pewną dokładnością). Przy zdefiniowaniu zbliżonego zakresu pomiarowego daje się uzyskać bardzo zbliżone wyniki pomiarów z obu urządzeń. Błąd pomiarowy, a także różnice (najbardziej widoczna jest na rysunku 8) w pomiarze temperatury wynikają z różnicy emisyjności, ustawionej w trybie kalibracji urządzeń, a także w definiowaniu zakresu pomiaru. W przypadku kamery termowizyjnej zależy głównie od jakości obrazu generowanego przez kamerę, która zależy od warunków rejestracji (np. ustawienie osi optycznej kamery i pirometru względem obiektu, typ zastosowanego oświetlenia obserwowanego obiektu). Dodatkowo niektóre różnice w odczycie temperatury są związane z koniecznością przestawiania kamery i pirometru, w związku z przezbrojeniami stanowiska, co powoduje pewne zmiany w kącie, odległości czy też wysokości, z której obserwowany jest obiekt. Biorąc pod uwagę wszystkie opisane wyżej źródła błędów pomiarowych, a także sposób obsługi urządzeń można uznać, że pomiary bezstykowe są pomiarami, które najlepiej stosować do wyznaczania charakteru zachowania się temperatury na powierzchni obiektu. Natomiast do pomiarów dokładnych wartości warto użyć pomiaru stykowego termoparą, która jest uznaną i referencyjną metodą pomiaru temperatury (termopara jest używana podczas kalibracji urządzeń bezstykowych, celem poprawnego ustawienia emisyjności obiektu). Kolejną istotną własnością pomiaru bezstykowego optycznego jest podatność pomiaru na drgania mechaniczne obiektu badań. Drgania te znajdują w różnym stopniu odwzorowanie w zrejestrowanej 4427

9 temperaturze i nie znajdują potwierdzenia w pomiarze stykowym, ani na powierzchni ani w otworach w głębi obiektu. Skutki drgań najbardziej widoczne są na rejestracjach z kamery termowizyjnej, gdzie nie została zastosowana żadna filtracja sygnału. Natomiast w przypadku pirometru są one dużo mniej widoczne, ze względu na filtrowanie sygnału, narzucone przez producenta. Kamera termowizyjna pozwala na rejestrację obrazu, przez co możliwa staje się wizualizacja procesu pomiaru temperatury. Przykładowo możliwe jest obserwacja cząstek emitowanych (potocznie nazywanego ścierem hamulcowym) z pary ciernej podczas hamowania. Ze względu na szybkie studzenie się tych cząstek w powietrzu dokładny pomiar ich temperatury przy pomocy kamery o 25kl/s jest niemożliwy. Jednakże możliwe jest oszacowanie okresu czasu, w którym to nastąpiło. Przykładowy obraz kamery termowizyjnej pokazano na rysunku 10. Rys. 10. Przykładowy obraz z pomiaru temperatury kamerą termowizyjną. Widoczna emisja cząstek w górę i dół kadru(skala temperatury dobrana została pod kątem wyraźnej wizualizacji procesu). W wykonanych badaniach termopary służyły za pomiar referencyjny, co do wartości mierzonej temperatury. Jak to można zauważyć na prezentowanych wykresach (rys. 4-9), przebiegi temperatury mierzone stykowo są zbliżone do siebie oraz do przebiegów uzyskanych w pomiarach bezstykowych. Pozbawione są one widocznego w pomiarach bezstykowych wpływu drgań mechanicznych, ze względu na związanie termopar z obiektem pomiarów (wyeliminowało to drgania termopary względem mierzonego obiektu). Przy analizie przebiegów temperatury należy zwrócić uwagę na przesunięcia krzywych w stosunku do siebie. Spowodowane jest to przewodnością cieplną materiału, w którym zamocowane zostały termopary, a także pojemność cieplna termopar. Co ciekawe jest, termopara T 3, która przeznaczona była do pomiaru na powierzchni materiału ciernego pokazywała przebiegi zbliżone do pomiarów bezstykowych. Natomiast wartości temperatury były znacząco różne, i w dużej mierze niższe (spowodowane jest to polem pomiaru bezstykowego, zawierającym bardziej rozgrzewające się żeliwo i mniej rozgrzewający się materiał cierny). Temperatura rejestrowana przez termoparę T 1 jest wyższa, niż zmierzona termoparą T 2. Takie wyniki pomiarów sugerują, że propagacja temperatury następuje jednocześnie: na wskroś okładziny ciernej w kierunku od powierzchni tarcia w głąb materiału oraz jednocześnie promieniowo od środka do krawędzi bocznej okładziny. WNIOSKI Pomiary temperatury przeprowadzone podczas prób wykazują przydatność użycia jednocześnie co najmniej dwóch metod pomiaru temperatury w badaniach, przeprowadzanych za pomocą maszyny IL-68. Poprzez dwie metody należy rozumieć metodę stykową i bezstykową użyte jednocześnie. Ze względu na dokładność pomiaru temperatury można stwierdzić, że użycie w pomiarach metod stykowych dla dokładnego wyznaczania temperatury jest konieczne. Dodatkowo ze względu na konieczność związania termopary w sposób trwały z obiektem, na którym ma zostać dokonany pomiar, unika się replikacji mechanicznych drgań obiektu, które w pomiarach bezstykowych mogą być interpretowane jako wahania temperatury. 4428

10 Metody bezstykowe pozwalają na uzyskanie przebiegów zmian temperatury w miejscach, gdzie nie jest możliwe zastosowanie metod stykowych. Jednakże są mniej dokładne w stosunku do pomiarów stykowych (termoparowych). W przypadku wyboru metody bezstykowej bardziej zasadne wydaje się użycie kamery termowizyjny, ze względu na możliwość rejestracji w całym zakresie pola pomiaru oraz możliwości późniejszej analizy danych pod różnymi kątami (np. wyznaczanie interesujących badacza wartości temperatury w dowolnym punkcie zarejestrowanego obrazu czy też przeprowadzanie analizy wizualnej zjawiska termicznego). Takiej elastyczności nie ma pomiar pirometrem, który rejestruje i zapisuje jedynie temperaturę z pola pomiaru, co umożliwia jedynie podstawową analizę pozyskanych danych. Streszczenie Hamulce są jednym z kluczowych układów bezpieczeństwa we wszystkich pojazdach mechanicznych. Stanowią standardowe a także wymagane warunkami prawa wyposażenie w pojazdach samochodowych, jednośladach oraz samolotach. Podczas działania hamulca ciernego energia kinetyczna ruchu pojazdu jest przetwarzana na energię cieplną penetrującą w elementy mechaniczne hamulca, która jest następnie oddawana do ośrodka, w którym pracuje hamulec. Taka zasada pracy hamulca ciernego powoduje powstawanie wysokich temperatur w jego obrębie, co wpływa na jego charakterystyki pracy. W niniejszej pracy autor przedstawia wyniki swoich badań modelowych par ciernych pod kątem przeznaczenia ich do wysoko obciążonych hamulców ciernych w zastosowaniach lotniczych, a także innych pojazdów mechanicznych. W swoich badaniach autor położył nacisk na pomiar temperatury podczas procesu jednokrotnego hamowania. Do pomiarów temperatury użyte zostały jednocześnie metody stykowe i bezstykowe, w celu porównania pozyskanych wyników i przydatności poszczególnych metod. Wyniki otrzymane podczas opisywanych badań przydatne będą w dalszych pracach związanych z pomiarami temperatury badań hamulców. Słowa kluczowe: hamulce, lotnictwo, badania modelowe, pomiar temperatury, termopara, pirometr, kamera termowizyjna Temperature measurement in model tests of the friction pair Abstract Brakes are the one of the most important safety system in all of the moving vehicles. Having a brake system in vehicle such as motorcars, airplanes or motorbikes is nowadays an industry standard, which is also required by law. During friction brake operation, kinetic energy of vehicle movement is converted to thermal energy, which is penetrating brake mechanical components. In result thermal energy is dissipated into the medium in which brake is operating. Such friction brake operating principle is responsible for producing high temperatures in the brake itself, what affects its work characteristics. In this article, author presents results of his research on sample friction pairs used in high-energy brakes used in not only in aviation but also in various vehicle s brakes. Author mainly focused on temperature measurement during single high energy braking. For temperature measurements contact and contactless methods were used simultaneously for direct result comparison and for evaluation suitability of each method. Obtained results can be treated as base for other works using brake temperature measurements. Keywords: Brakes, Aviation, Friction Pair, Model Tests, Temperature Measurement, Thermocouple, Pyrometer, Thermographic Camera, Infrared Camera BIBLIOGRAFIA 1. Skorupka Z., Grygorcewicz P., Badania laboratoryjne hamulców ciernych w laboratorium badań podwozi lotniczych. Technika Transportu Szynowego, Ścieszka S., Hamulce Cierne. Gliwice-Radom, Raport, Wielopunktowe badanie temperatury modelowej pary ciernej na maszynie IL-68 przy jednoczesnym użyciu technik stykowych i bezstykowych. Instytut Lotnictwa, Warszawa Skorupka Z., Braking Moment Comparison and Analysis for Various Brake Designs Using Results from Sample and Full Scale Friction Material Tests, Journal of Kones, FLIR SC645 User Manual. 4429