×
21.04.2020
220.018.16a3

Способ тепловой защиты элемента конструкции летательного аппарата в полете и устройство для его осуществления

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Устройство для тепловой защиты летательного аппарата в полете содержит компрессор, форсунки, бак-емкость, источник напряжения, автомат для одновременного включения компрессора и источника напряжения, защищаемый элемент конструкции летательного аппарата, представляющий собой токопроводящую подложку с нанесенным на нее восстанавливаемым в полете теплозащитным покрытием. Внутри токопроводящей подложки располагают форсунку, выходное отверстие которой совмещено с поверхностью восстанавливаемого в полете теплозащитного покрытия. Форсунка гидравлически последовательно связана через бак-емкость порошка восстанавливаемого в полете теплозащитного покрытия с компрессором, токопроводящая подложка механически связана с анодом через слой электроизоляции, анод электрически последовательно через источник напряжения и токопроводящую подложку связан с восстанавливаемым в полете теплозащитным покрытием. Положительный полюс источника напряжения подключен к аноду, а отрицательный - к токопроводящей подложке. Автомат для одновременного включения компрессора и источника напряжения находится в информационной связи с компрессором и источником напряжения. Обеспечиваются повышение надежности и долговечности системы тепловой защиты. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Заявляемые технические решения относится к авиационной и ракетной технике, в частности, к активной тепловой защите элементов конструкции летательного аппарата, непосредственно в процессе его полета. Практика эксплуатации высокоскоростных летательных аппаратов (ЛА) показала (например, Шаттла или Бурана), что при высоких скоростях (больше одного Маха) происходит существенные истирания защитных покрытий в местах непосредственного контакта с лобовой атмосферой. Ресурс эксплуатации повышают после приземления (ЛА) путем дополнительной обработки для утолщения защитного слоя.

Известен способ охлаждения поверхности космического корабля при входе его в плотные слои атмосферы (патент RU №1711438), включающий ввод в набегающий высокоскоростной поток перед защищаемой поверхностью конструкции летательного аппарата теплопоглощающей среды в виде смеси инертного газа и ферромагнитных частиц размером не более 20 мкм и создание условий для поглощения ею избыточной тепловой энергии, поступающей на защищаемую поверхность.

Недостатком известного технического решения является неэффективность такого приема в условиях набегающего высокоскоростного потока, так как имеет место не целевое использование теплопоглощающего материала.

Известен способ охлаждения головной части летательного аппарата, где подают охлаждающую жидкость на внешнюю поверхность пористой оболочки навстречу набегающему высокотемпературному газовому потоку (RU №2463209).

Недостатком данного технического решения является необходимость большого количества охлаждающей жидкости, которое необходимо подавать под сильным давлением на поверхность через поры, что увеличивает массу летательного аппарата, при этом возникает необходимость решения задачи получения пористой поверхности с одинаковыми порами для симметричного охлаждения. Также снижается надежность системы в целом, что связано с особенностями движения жидкостей в пористых материалах.

Известен способ охлаждения поверхности конструкции летательного аппарата с помощью смеси паров, полученных из метангидрата, поданного в набегающий поток (патент RU №2559182). При поглощении энергии набегающего потока и излучения головной ударной волны происходят диссоциация молекул воды и метана и реакции синтеза, что приводит к охлаждению набегающего потока и снижению тепловой нагрузки на корпус летательного аппарата.

Недостатком известного технического решения является его неэффективность поскольку не удается обеспечить полного разложения метангидрата из-за его сноса скоростным напором и неполной диссоциации молекул воды и метана. Кроме того, этот способ, также, как и другие вышеописанные способы, не позволяет восстановить утраченные слои наружного теплозащитного слоя ЛА.

Исследуемый уровень техники не выявил аналогов близких по технической сущности предлагаемому способу восстановления теплозащитного покрытия ЛА в процессе его полета.

Технической задачей, вытекающей из требований к современным высокоскоростным и высокоманевременным ЛА, является повышение надежности и долговечности систем их тепловой защиты. На данной основе ожидается повышение их основныхлетно-технических характеристик.

Указанная техническая задача решается тем, что теплозащитное покрытие, нанесенное на элемент конструкции летательного аппарата, восстанавливают в процессе полета. Для этого в заявляемом способе тепловой защиты в область перед защищаемым элементом конструкции или поверхности ЛА навстречу набегающему потоку через устройство подачи, например, форсунку или сопло, подают порошок из жаростойкого и жаропрочного материала, того же, что и уже нанесенного изначально на Земле на защищаемый элемент конструкции слоя теплозащитного покрытия. Для осуществления такого способа ЛА оборудуется внутренним устройством, обеспечивающим в полете подачу порошкообразного материала в наружное лобовое пространство при одновременном формировании электростатического поля в этом пространстве.

Технический эффект, достигаемый в результате реализации заявляемого способа - это повышение надежности и долговечности системы тепловой защиты летательного аппарата за счет непрерывного или периодического восстановления (нанесения) в полете теплозащитного покрытия защищаемого элемента конструкции летательного аппарата в процессе движения летательного аппарата в атмосфере с высокими скоростями. Восстановление теплозащитного покрытия позволяет увеличить продолжительность полета летательного аппарата с высокими скоростями.

Реализация заявляемого способа иллюстрируется схемой устройства для его осуществления, представленной на фиг. 1.

Изобретение работает следующим образом. Внутренне устройство ЛА при помощи компрессора нагнетает давление, и под его воздействием из емкости-сборника через форсунку в лобовое пространство ЛА подается порошок из материала восстанавливаемого защитного покрытия. Целевое применение порошкообразного материала, его распределение по зонам восстанавливаемой поверхности и предотвращение бесцельного уноса встречными потоками осуществляют путем формирования в зоне электростатического поля. Создание поля является обязательным условием осуществимости способа. Для этого устройство содержит автомат для синхронного одновременного включения нагнетающего компрессора и источника напряжения, создающего наружное электростатическое поле.

Подачу частиц порошка можно производить непрерывно или периодически. В случае возникновения нештатных ситуаций, связанных с перегревом, возможно увеличение количества подаваемого порошка защитного покрытия

Образование нового слоя покрытия и его восстановление происходит следующим образом. При попадании частиц порошка восстанавливаемого защитного покрытия в высокоскоростной высокотемпературный набегающий поток они частично оплавляются и с их поверхности начинают выходить горячие электроны - происходит термоэлектронная эмиссия. В результате частицы порошка приобретают положительный заряд. При этом положительно заряженные частицы порошка из материала восстанавливаемого защитного покрытия за счет действия сил кулоновского взаимодействия притягиваются к покрытию. При соприкосновении с восстанавливаемым защитным покрытием положительно заряженные частицы прилипают к покрытию, увеличивая тем самым его толщину, происходит наслоение материала (восстановление или увеличение толщины) восстанавливаемого защитного покрытия.

Кроме того, если частицы порошка восстанавливаемого защитного покрытия выполнены из материала с низкой работой выхода электронов, то при его восстановлении (наслоении) и нейтрализации, оно также начинает испускать электроны - происходит термоэлектронная эмиссия и электронное охлаждение восстанавливаемого защитного покрытия, что также увеличивает его надежность и долговечность.

Устройство для осуществления способа защиты летательного аппарата от экстремальных температурных воздействий состоит из двух взаимосвязанных частей - приспособления для пылеобразования и электрического контура для создания электромагнитного поля. Приспособление состоит из компрессора 1, емкости-сборника 2 и форсунок 4 в выходном отверстии, расположенных внутри аппарата, с возможностью подачи пылеобразной струи из измельченного порошкообразного материала наносимого покрытия, через выходное отверстие в области передней точки корпуса. Электрический контур включает источник напряжения 6, автомат для одновременного включения двух объектов 9, токопроводящую подложку 3, электроды. Один из электродов - анод 7 - закреплен на изоляционной подложке 8 кормовой части и подключен к плюсовому полюсу источника напряжения. На токопроводящую подложку нанесено восстанавливаемое в полете теплозащитное покрытие 5, причем внутри токопроводящей подложки располагают форсунку, выходное отверстие которой совмещено с поверхностью восстанавливаемого в полете теплозащитного покрытия, при этом форсунка гидравлически последовательно связана через источник высокодисперсного порошка восстанавливаемого в полете теплозащитного покрытия с источником высокого давления, токопроводящая подложка механически связана с анодом через слой электроизоляции, который электрически последовательно через источник напряжения и токопроводящую подложку связан с восстанавливаемым в полете теплозащитным покрытием, причем положительный полюс источника напряжения подключен к аноду, а отрицательный - к токопроводящей подложке.

Для этого на защищаемом участке конструкции устанавливают элемент - анод 7 через слой электроизоляции 8 воспринимающий электроны из набегающего потока. Сам защищаемый элемент конструкции в данном случае представляет собой токопроводящую подложку, на которую нанесен слой восстанавливаемого в полете теплозащитного покрытия 5. Анод 7 через источник напряжения 6 последовательно связывают через токопроводящую подложку 3 с восстанавливаемым в полете теплозащитным покрытием 5, причем отрицательный полюс подключен через токопроводящую подложку 3 к восстанавливаемому в полете теплозащитному покрытию 5, а положительный - к аноду 7.

Таким образом обеспечивается поддержание целостности защищаемого элемента конструкции путем непрерывного или периодического восстановления (нанесения) в полете восстанавливаемого в полете теплозащитного покрытия в течение всего времени полета летательного аппарата с высокими скоростями.

Кроме того, при подаче порошка с низкой работой выхода электронов при нагреве возможна организация электронного контура охлаждения восстанавливаемого в полете теплозащитного покрытия. В этом случае с восстанавливаемого в полете теплозащитного покрытия при нагреве эмитируют электроны, охлаждая его. Электроны воспринимают анодом и через источник напряжения и токопроводящую подложку направляют в восстанавливаемое в полете теплозащитное покрытие. При этом токопроводящая подложка и восстанавливаемое в полете теплозащитное покрытие из материала с низкой работой выхода электронов представляет собой катод.

Подготовка к осуществлению способа проводится на земле, на стадии предполетной подготовки, в частности заполняется емкость порошком заданного материала (теплозащитного покрытия) с необходимой степенью дисперсности для обеспечения полета с заданными (ожидаемыми) параметрами.

Таким образом, решается указанная техническая задача и достигается технический результат, который заключается в повышении надежности и долговечности системы тепловой защиты за счет увеличения долговечности теплозащитного покрытия путем его непрерывного или периодического восстановления в процессе движения летательного аппарата в атмосфере с высокими скоростями. Восстановление теплозащитного покрытия позволяет увеличить продолжительность полета летательного аппарата с высокими скоростями за счет поддержания необходимой в заданный момент полета толщины слоя теплозащитного покрытия, обеспечив тем самым более длительное время выполнения его теплозащитных функций.

Кроме того, появляется возможность предотвратить изменение аэродинамических характеристик в процессе полета, вызванные необратимым термохимическим разрушением теплозащитного покрытия. Также отсутствует необходимость в большой толщине теплозащитного покрытия для длительного полета, поскольку тепловая защита обеспечивается путем восстановления (непрерывного или периодического) теплозащитного покрытия, что способствует увеличению аэродинамических характеристик ВЛА. Еще одним достоинством предлагаемой схемы является отвод тепловой энергии аэродинамического нагрева путем ее уноса при термохимическом разрушении теплозащитного покрытия в обтекающий ВЛА поток, а не прохождение этого тепла в конструкцию. На данной основе упрощается послеполетное обслуживание, поскольку не требуется отвод накопленного в полете тепла, и тем самым может быть обеспечена многоразовость перспективных авиационно-космических средств выведения.


Способ тепловой защиты элемента конструкции летательного аппарата в полете и устройство для его осуществления
Способ тепловой защиты элемента конструкции летательного аппарата в полете и устройство для его осуществления
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 31 items.
26.08.2017
№217.015.ecd8

Способ уменьшения величины изгиба ствола

На внутреннюю поверхность ствола наносят покрытие из термоэмиссионного материала с работой выхода электронов до 3 эВ, что позволяет выравнивать температуру ствола при его неравномерном нагреве и, следовательно, уменьшить величину температурного изгиба ствола. Повышается надежность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628546
Дата охранного документа: 18.08.2017
19.01.2018
№218.016.0065

Электронная тепловая труба

Изобретение предназначено для применения в теплотехнике, а именно в устройствах для передачи тепла. Электронная тепловая труба включает в своем составе испаритель, паропровод, теплообменник-охладитель, паропровод, причем в качестве испарителя выступает катод, состоящий из элемента трубопровода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629320
Дата охранного документа: 28.08.2017
20.01.2018
№218.016.15ef

Способ термической обработки изделия из псевдо - β титановых сплавов

Изобретение относится к способам термической обработки изделий или заготовок из псевдо-β титановых сплавов путем закалки и холодной пластической деформации и может быть реализовано в металлургии, а также в машиностроении в производстве для изготовления конкретных изделий из них, в частности,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002635113
Дата охранного документа: 09.11.2017
10.05.2018
№218.016.4e7d

Магнитогидродинамический генератор

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в магнитогидродинамических генераторах. Технический результат заключается в повышении КПД, надежности и долговечности. Магнитогидродинамический генератор (МГДГ) содержит источник рабочего тела, сопло, магнитогидродинамический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650887
Дата охранного документа: 18.04.2018
25.06.2018
№218.016.657a

Способ обработки глубоких отверстий

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для обработки глубоких отверстий в деталях, к которым предъявляются высокие требования в отношении увода и непрямолинейности оси обрабатываемых отверстий, используемых в авиастроении, судостроении, нефтемашиностроении и т.д....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658769
Дата охранного документа: 22.06.2018
25.06.2018
№218.016.6586

Способ обработки металлических изделий, полученных холодным пластическим деформированием

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения надежности холоднодеформированных металлических изделий за счет повышения их пластичности и вязкости без снижения показателей прочности и твердости, а также снижения продолжительности обработки изделие после холодного пластического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658563
Дата охранного документа: 21.06.2018
19.10.2018
№218.016.9347

Способ наблюдения земной поверхности из космоса

Изобретение относится к спутниковым системам наблюдения Земли. Способ включает перевод спутника с кратной геосинхронной орбиты на близкую по высоте компланарную квазисинхронную орбиту с малой периодичностью наблюдения заданного района Земли. За счет фазирования на кратной геосинхронной или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002670081
Дата охранного документа: 17.10.2018
19.01.2019
№219.016.b19c

Способ обучения плаванию

Изобретение относится к области образования и обучения. Для обучения плаванию проводят адаптацию обучаемого человека к водной среде, обучают человека занятию правильного положения тела в воде. Определяют емкость легких обучаемого человека путем определения интервала времени №1, в течение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677527
Дата охранного документа: 17.01.2019
24.01.2019
№219.016.b2fe

Способ изготовления крупногабаритной оснастки из композиционного материала

Изобретение относится к способу изготовления крупногабаритной оснастки из композиционного материала. Техническим результатом является снижение трудоемкости изготовления крупногабаритной оснастки с геометрическими формами высокой точности. Технический результат достигается способом изготовления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677996
Дата охранного документа: 22.01.2019
24.01.2019
№219.016.b392

Оснастка для формирования профилированной ферменной конструкции из композиционного волокнистого материала

Изобретение относится к области изготовления профилированных ферменных конструкций из композиционного волокнистого материала и может быть использовано в авиационной и космической технике. Оснастка для формования профилированной ферменной конструкции из композиционного волокнистого материала...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002678025
Дата охранного документа: 22.01.2019
Showing 1-10 of 16 items.
20.10.2013
№216.012.75b0

Крыло гиперзвукового летательного аппарата в условиях его аэродинамического нагрева

Изобретение относится к авиационной и ракетно-космической технике и касается тепловой защиты частей корпусов летательных аппаратов (ЛА), совершающих полет со сверх- и гиперзвуковыми скоростями. Крыло гиперзвукового ЛА содержит размещенный на его поверхности эмиссионный слой (2), который через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495788
Дата охранного документа: 20.10.2013
10.02.2014
№216.012.9e2b

Крыло гиперзвукового летательного аппарата в условиях его аэродинамического нагрева

Изобретение относится к ракетно-космической и авиационной технике. Крыло гиперзвукового летательного аппарата (ЛА) содержит внешнюю оболочку, на внутренней поверхности которой размещен эмиссионный слой-катод, который через бортовой потребитель электроэнергии, токоввод катода и токовывод анода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506199
Дата охранного документа: 10.02.2014
10.01.2015
№216.013.1cac

Термоэмиссионый электрогенерирующий канал

Изобретение относится к средствам преобразования тепловой энергии в электрическую. Термоэмиссионный электрогенерирующий канал включает плоскоцилиндрический катод (1), плоскоцилиндрический анод (5), электрически связанный с катодом через токовывод (12), потребитель электрической энергии (13) и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538768
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.08.2015
№216.013.6b0b

Способ управления аэродинамическими характеристиками гиперзвукового летательного аппарата

Изобретение относится к области гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА). Способ управления аэродинамическими характеристиками гиперзвукового летательного аппарата включает установку плоских МГД-генераторов попарно симметрично относительно плоскости симметрии элементов оперения ГЛА, а между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558961
Дата охранного документа: 10.08.2015
27.12.2016
№216.013.9dbb

Крыло гиперзвукового летательного аппарата в условиях его аэродинамического нагрева

Изобретение относится к тепловой защите летательных аппаратов. Крыло гиперзвукового летательного аппарата включает катод, состоящий из внешней оболочки крыла, анод, состоящий из слоя восприятия электронов и токопроводящей подложки анода. Анод через слой электроизоляции находится в термическом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572009
Дата охранного документа: 27.12.2015
20.01.2016
№216.013.a3b5

Способ охлаждения лопаток турбины газотурбинной установки

Способ охлаждения лопаток турбин газотурбинной установки осуществляют с помощью контура охлаждения. Контур охлаждения выполнен в виде электропроводящей схемы, элементы которой размещают на конструктивных элементах турбины с образованием катода путем нанесения термоэмиссионного слоя на лопатки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002573551
Дата охранного документа: 20.01.2016
27.03.2016
№216.014.c8f5

Устройство охлаждения лопаток турбины газотурбинной установки

Устройство охлаждения лопаток турбины газотурбинной установки включает рабочие и сопловые лопатки с элементами их подключения к системе охлаждения. Система охлаждения представляет собой электропроводящую схему, соединяющую анод и катод. Катод выполнен в виде рабочих и сопловых лопаток из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578387
Дата охранного документа: 27.03.2016
24.08.2017
№217.015.94f5

Артиллерийский снаряд

Изобретение относится к области вооружения, а именно к артиллерийским снарядам. Включает цилиндрический корпус, обтекатель, поражающий элемент, катушку индуктивности, конденсатор. Дополнительно введен пьезогенератор, расположенный в корпусе. Корпус выполнен из электроизолирующего материала с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002608648
Дата охранного документа: 24.01.2017
26.08.2017
№217.015.ecd8

Способ уменьшения величины изгиба ствола

На внутреннюю поверхность ствола наносят покрытие из термоэмиссионного материала с работой выхода электронов до 3 эВ, что позволяет выравнивать температуру ствола при его неравномерном нагреве и, следовательно, уменьшить величину температурного изгиба ствола. Повышается надежность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628546
Дата охранного документа: 18.08.2017
19.01.2018
№218.016.0065

Электронная тепловая труба

Изобретение предназначено для применения в теплотехнике, а именно в устройствах для передачи тепла. Электронная тепловая труба включает в своем составе испаритель, паропровод, теплообменник-охладитель, паропровод, причем в качестве испарителя выступает катод, состоящий из элемента трубопровода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629320
Дата охранного документа: 28.08.2017
+ добавить свой РИД