Способ теплового нагружения обтекателей летательных аппаратов из неметаллических материалов

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на головную часть (обтекатель) летательного аппарата в наземных условиях.

В настоящее время воспроизведение аэродинамического нагрева осуществляется в различных установках: аэродинамических трубах, баллистических установках, плазменных установках, стендах на основе сжигания топлива (прямоточных реактивных двигателях) (Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов / А.Н. Баранов [и др.]. М.: Машиностроение. 1974. 344 с.; Материалы и покрытия в экстремальных условиях. Взгляд в будущее: В 3 т. Т.З. Экспериментальные исследования / Ю.В. Полежаев, С.В. Резник, А.Н. Баранов и др., Под ред. Ю.В. Полежаева и С.В. Резника. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 264 с.: ил.). Испытание натурных конструкций в таких установках требует огромных материальных затрат, поэтому широкого распространения в практике наземных испытаний эти установки не получили.

Наиболее широкое распространение в практике наземных испытаний получили стенды радиационного нагрева, так как они просты в эксплуатации, позволяют достаточно легко изменять конфигурацию нагревателя в зависимости от геометрии конструкции обтекателя. Однако стандартные стенды радиационного нагрева (на базе ламп инфракрасного излучения) имеют ряд ограничений. Для элементов летательных аппаратов сложной формы, когда геометрические размеры конструкции сравнимы с размерами нагревателей, присутствует большая погрешность задания температурного поля. Кроме того, при задании высоких температур, (выше температуры смягчения кварца) инфракрасные нагреватели выходят из строя.

Наиболее близким по технической сущности является способ теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов (патент РФ №2517790, МПК⁷ G01M 9/04, G01N 25/72, опубл. 27.05.2014 г.).

Тепловое нагружение осуществляют за счет пропускания электрического тока через эквидистантный поверхности обтекателя нагреватель в виде токопроводящей тонкостенной оболочки переменной толщины по высоте, контактирующей с ограничителем из теплоизоляционного материала, также эквидистантным наружной поверхности обтекателя, токопроводящая тонкостенная оболочка расположена к наружной поверхности обтекателя с зазором, в который нагнетают инертный газ под давлением, а ограничитель из теплоизоляционного материала выполнен пористым.

Недостатком способа является необходимость подведения большой электрической мощности к нагревателю для воспроизведения участков режима с высоким темпом нагрева.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение требуемой электрической мощности и расширение возможностей регулирования режима нагрева при проведении наземных тепловых испытаний обтекателей летательных аппаратов из неметаллических материалов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе теплового нагружения обтекателей летательных аппаратов из неметаллических материалов, включающий нагрев наружной поверхности обтекателя и измерение температуры, отличающийся тем, что температурный режим воспроизводится в печи, которая предварительно разогревается (без обтекателя) до температуры превышающей максимальную температуру на режиме, после испытуемый обтекатель (с термодатчиками), установленный на подвижной теплоизолированной платформе, вводится в разогретую печь, причем при вводе температура наружной поверхности обтекателя регулируется за счет перемещения подвижной платформы, а после достижения установившейся температуры наружной поверхности регулирование производится за счет изменения напряжения, подводимого к нагревателю печи.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что позволяет уменьшить требуемую электрическую мощность, подводимую к нагревателю, за счет возможности накопления (аккумулирования) тепла в печи, причем процесс накопления тепла может быть очень продолжительным. После достижения температуры в печи превышающей максимальную температуру на режиме, обтекатель, установленный на подвижной теплоизолированной платформе, вводится в печь. Таким образом, воспроизводится участок режима с высоким темпом нагрева.

Предлагаемый способ расширяет возможности регулирования режима нагрева за счет перемещения подвижной платформы с установленным на ней обтекателем, где на участке нагрева обтекатель вводится в печь, на участке охлаждения - выводится из печи. При нахождении обтекателя в печи и после достижения установившейся температуры наружной поверхности регулирование производится за счет изменения напряжения, подводимого к нагревателю печи.

На фигуре представлена схема, иллюстрирующая предложенный способ. Обтекатель 1, закрепленный на подвижной теплоизолированной платформе 5, вводится в предварительно нагретую печь 2, причем температура в печи контролируется термодатчиком 4. Печь 2 смонтирована на стойке 6, установленной на полу 7. После достижения установившейся температуры наружной поверхности обтекателя регулирование режимом нагрева производится за счет изменения напряжения, подводимого к нагревателю печи 3.

Заявленный способ дает возможность более точно воспроизвести аэродинамический нагрев обтекателей летательных аппаратов из неметаллических материалов при малом энергопотреблении.