×
27.01.2015
216.013.214e

Результат интеллектуальной деятельности: ИНФРАКРАСНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ БЛОК

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение может быть использовано для теплопрочностных статических испытаний конструкций летательных аппаратов и относится к экспериментальной технике, в частности к инфракрасным нагревательным средствам. Инфракрасный нагревательный блок содержит каркас, теплоизоляционный экран и инфракрасные излучатели, излучатели выполнены цельными из композиционного материала углерод-углерод в виде П-образной пластины, токоподводящие концы которой перпендикулярны телу накала и пропущены через отверстия в экране, причем их толщина больше тела накала в 4-5 раз. Экран изготовлен из высокотемпературной волокнистой теплоизоляционной плиты и разрезан на отдельные квадратные плитки несквозными пазами, а на облучаемую поверхность экрана может быть нанесено покрытие из материла с отражательной способностью не ниже 0,2-0,3. Изобретение позволит повысить максимальную температуру нагреваемой конструкции до 1900 K при увеличении плотности падающего на нее лучистого потока, необходимого для быстрого нагревания объекта испытаний, до 500 кВт/м. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение может быть использовано для теплопрочностных статических испытаний конструкций летательных аппаратов и относится к экспериментальной технике, в частности к инфракрасным нагревательным средствам.

При теплопрочностных испытаниях в определенных условиях требуется нагревание конструкций до Т=1800-1900 K со скоростью до 50 K/с в вакуумной камере при низком (менее 10 Па) давлении воздуха или в камере, заполненной азотом. Для такого нагревания требуется лучистый поток с плотностью до 500 кВт/м2.

Создание инфракрасных нагревательных блоков, сборка из которых обеспечивает нагревание конструкций с упомянутой выше скоростью и до упомянутых температур, невозможно без высокотемпературных излучателей и экрана, предотвращающего рассеивание испускаемой излучателями лучистой энергии.

Таким образом, именно от успешного создания излучателей и экрана зависит успешность применения высокотемпературных инфракрасных нагревательных блоков для теплопрочностных испытаний гиперзвуковых летательных аппаратов.

Известен инфракрасный нагреватель с кварцевыми лампами, расположенными в образованном кварцевым стеклом и алюминиевым рефлектором канале, по которому протекает охлаждающий колбы ламп воздух, а рефлектор охлаждается водой, протекающей по сделанным внутри него каналам (High Density Radiant Heater. Model 5208. General catalog фирмы Research, USA).

Его недостатками являются:

1) Большая сложность изготовления и высокая стоимость.

2) Большие расходы воздуха (400 г/м2с).

3) Необходимость водяного охлаждения.

4) Сложность монтажа и эксплуатации из-за множества трубопроводов, соединения которых, как и сами нагревательные блоки, должны обладать при испытаниях в вакуумной камере высокой герметичностью.

5) Недостаточно высокая максимальная температура объекта нагревания. Она равна 1750 K при медленном нагревании теплоизоляции (малая плотность лучистого потока) и только 1500 K при быстром нагревании теплоемкой конструкции.

За прототип выбран инфракрасный нагревательный блок ГК-211-8 (Баранов А.Н., Ходжаев Ю.Д. Высокотемпературные инфракрасные нагреватели. Труды ЦАГИ, 1995, вып. 2587), содержащий сварной каркас, на котором укреплены через электроизоляторы токоподводы и пластинчатые графитовые излучатели, а также экран из шамотной волокнистой плиты ШВП-350.

Недостатками известного нагревателя являются:

1) Резьбовые соединения графитовых тел накала с графитовыми токоподводами излучателей, которые, обладая повышенным электросопротивлением, перегреваются и быстро выходят из строя, резко уменьшая ресурс нагревателя.

2) Быстрое нагревание керамического экрана приводит к большим градиентам температуры у его облучаемой поверхности, как следствие, к растрескиванию поверхностного слоя, вызываемому температурными напряжениями.

3) Шамотная волокнистая плита ШВП-350 не рассчитана на длительную работу при температуре выше 1500 K и даже при кратковременной работе (менее одного часа) не выдерживает без разрушения более 1650 K даже при медленном нагревании.

Задачей и техническим результатом настоящего изобретения является создание инфракрасного нагревательного блока, позволяющего повысить максимальную температуру нагреваемой конструкции до 1900 K при увеличении плотности падающего на нее лучистого потока, необходимого для быстрого нагревания объекта испытаний до 500 кВт/м2.

Решение поставленной задачи и технический результат достигается тем, что в инфракрасном нагревательном блоке, содержащем каркас, инфракрасные излучатели с телом накала и токоподводами, и теплоизоляционный экран, инфракрасные излучатели выполнены цельными из композиционного материала углерод-углерод в виде П-образной пластины, токоподводы перпендикулярны телу накала и пропущены через отверстия в экране, причем их толщина больше тела накала в 4-5 раз. Экран изготовлен из высокотемпературной волокнистой теплоизоляционной плиты и разделен на отдельные квадратные плитки несквозными пазами, а на облучаемую поверхность экрана нанесено покрытие из материла с отражательной способностью не ниже 0,2-0,3.

На фигуре 1 представлен общий вид излучателя.

На фигуре 2 представлен общий вид нагревательного блока.

На фигуре 3 показана схема экрана нагревательного блока.

Инфракрасные излучатели (фигура 1), состоящие из выполненных цельными тела накала 1 и токоподводящих концов 2, в инфракрасном блоке (фигура 2) подключены параллельно к токоподводящим шинам 3, укрепленным через электроизоляторы 4 на каркасе блока 5. Каркас выполнен в виде плиты из нержавеющей стали. К каркасу в центральной части приварен кронштейн 6, через который инфракрасный блок может крепиться на раме любого сборного нагревателя. Экран 7 изготовлен из волокнистой теплоизоляционной плиты "Ultra Board" и прикреплен к основанию каркаса при помощи пластинки 8 и винта 9. Последние защищены от нагрева теплозащитной шайбой 10, которая приклеивается к экрану 7 высокотемпературным клеем. Экран 7 разрезан на отдельные квадратные плитки несквозными пазами 12 (фиг.3). На поверхностях шайбы и экрана, обращенных к излучателям, нанесено покрытие 11 с отражательной способностью не ниже 0,2-0,3 (например, двуокись циркония).

Инфракрасный нагревательный блок работает следующим образом:

Электрический ток, поступающий от системы электропитания нагревательной установки, нагревает тела накала 1 излучателей (фигура 2), которые испускают лучистый поток, падающий на объект испытаний и экран 7 блока. Поверхность последнего, имеющая покрытие 11 с высокой отражающей способностью, отражает большую часть падающего на нее лучистого потока, но и сама быстро нагревается, излучая поток значительной плотности. Оба потока: (отраженный и излучаемый экраном), падают на тела накала и, проходя между ними, - на объект. Вблизи нагреваемой поверхности экрана, материал которого обладает очень низкой теплопроводностью, возникают большие градиенты температуры. Уменьшить температурные напряжения, возникающие при этом в экране, позволяют сделанные в нем несквозные продольно-поперечные пазы 12 глубиной 4-5 мм (фигура 3).

Излучатели (фигуры 1, 2) выполнены цельными, что позволяет избежать выделение тепла в соединениях, которые обладают обычно значительным электросопротивлением и перегреваются. Установка концевых частей излучателя (токоподводящих концов 2) перпендикулярно телу накала 1 позволяет вывести места соединения излучателей с токоподводами за пределы зоны лучистых потоков большой плотности, упрощая подключение блока к электропитанию.

Регулируя напряжение, подаваемое на блок, и, соответственно, силу тока в его излучателях, можно изменять температуру их тел накала и плотность лучистого потока, падающего на объект, таким образом, чтобы регулировать температуру его поверхности в соответствии с заданной зависимостью ее от времени.

Тепловые расчеты нагревательного блока показали, что при выполнении программы нагревания испытываемой конструкции до T=1875 K результирующим тепловым потоком с плотностью до 500 кВт/м2 и с последующей выдержкой конструкции при T=1870 K, температура горячей поверхности экрана не будет превышать 1900 K, а температура тела накала излучателей - 2500 K, что вполне допустимо при работе блока в вакууме или инертных и нейтральных (азот) средах.


ИНФРАКРАСНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ БЛОК
ИНФРАКРАСНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ БЛОК
ИНФРАКРАСНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ БЛОК
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 141-150 из 259.
29.05.2018
№218.016.5275

Устройство для испытания панелей

Изобретение относится к области испытаний летательных аппаратов на прочность при сложном двухкомпонентном нагружении, в частности к испытаниям подкрепленных панелей силового каркаса планера самолета, работающих одновременно на сжатие и сдвиг, для определения фактической прочности и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653774
Дата охранного документа: 14.05.2018
29.05.2018
№218.016.5366

Модель несущей поверхности летательного аппарата

Изобретение относятся к области экспериментальной аэродинамики, в частности исследований проблем аэроупругости летательных аппаратов. Модель содержит силовой сердечник, который выполнен в виде части профиля, включающей часть верхней и нижней поверхностей, например крыла или горизонтального...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653773
Дата охранного документа: 14.05.2018
29.05.2018
№218.016.55f7

Система рулевых приводов транспортного самолета

Изобретение относится к оборудованию летательных аппаратов и предназначено для построения системы управления полетом и реализации энергоснабжения рулевых агрегатов самолета в нормальных и аварийных условиях полета. Система рулевых приводов транспортного самолета состоит из основных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654654
Дата охранного документа: 21.05.2018
29.05.2018
№218.016.591b

Региональный самолет

Изобретение относится к авиационной технике. Самолет содержит фюзеляж овального поперечного сечения, низкорасположенное крыло, Н-образное хвостовое оперение, двухдвигательную силовую установку. Сечение фюзеляжа выполнено овальным, причем его высота составляет 0,7-0,75 от ширины, а длина 3,7-4,8...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655240
Дата охранного документа: 24.05.2018
09.06.2018
№218.016.5a1a

Законцовка крыла (варианты)

Группа изобретений относится к области летательных аппаратов. Законцовка крыла в виде крылышка большого удлинения, являющегося продолжением основного крыла и выполненного с размахом не менее 10% полуразмаха крыла, а размер концевой хорды не менее 30% ее корневой хорды. Выполнена она в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655571
Дата охранного документа: 28.05.2018
09.06.2018
№218.016.5a22

Гидросамолёт

Изобретение относится к авиации и касается гидросамолетов с подрессоренными поплавками. Гидросамолет содержит фюзеляж, поплавки, соединенные с ним носовой и основной стойками, оснащенными упругодемпфирующими элементами и системой управления ими. Система управления содержит пульт управления,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655572
Дата охранного документа: 28.05.2018
09.06.2018
№218.016.5aaa

Узел стыка отсеков фюзеляжа с сетчатой и традиционной конструктивно-силовыми схемами

Изобретение относится к области авиационных конструкций с различными конструктивно-силовыми схемами (КСС), в частности к сетчатой силовой конструкции отсека фюзеляжа гражданского самолета. Узел стыка отсеков фюзеляжа с сетчатой и традиционной КСС содержит спиральные ребра и торцевое кольцевое...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655585
Дата охранного документа: 28.05.2018
09.06.2018
№218.016.5b77

Устройство для измерения аэродинамических характеристик планирующего парашюта в аэродинамической трубе, модель планирующего парашюта для испытаний в аэродинамической трубе, способ измерения аэродинамических характеристик планирующего парашюта в аэродинамической трубе

Изобретение относится к авиационной технике и предназначено для измерения аэродинамических сил и моментов, действующих на купол планирующего парашюта (ПП) в потоке аэродинамической трубы (АДТ) при различных углах атаки и скольжения. Устройство используется следующим образом. После ввода в поток...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655713
Дата охранного документа: 29.05.2018
11.06.2018
№218.016.610b

Адаптивная аэродинамическая поверхность

Изобретение относится к области аэро- и гидродинамики. Адаптивная аэродинамическая поверхность содержит панель, включающую сегменты профиля и соединенный с ними механизм преобразования профиля, который состоит из звеньев, соединенных в цепь. Звенья n и n+2 дополнительно связаны механической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657062
Дата охранного документа: 08.06.2018
14.06.2018
№218.016.61af

Устройство для измерения составляющих векторов аэродинамической силы и момента

Изобретение относится к области аэромеханических измерений и может быть использовано для измерения компонентов векторов аэродинамической силы и момента, действующих на модели воздушных винтов самолетов, несущих винтов вертолетов и гребных винтов судов, испытываемых в аэродинамических трубах,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657340
Дата охранного документа: 13.06.2018
Показаны записи 141-150 из 153.
13.12.2018
№218.016.a5ae

Устройство для сваривания встык тонких термопарных проводов

Изобретение может быть использовано для изготовления термопар, применяемых при проведении тепловых испытаний конструкций с необходимостью измерения температуры с минимальной погрешностью. Каждый из двух токоподводов устройства для сварки состоит из двух соединенных между собой пластин и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674554
Дата охранного документа: 11.12.2018
29.03.2019
№219.016.f76c

Способ измерения температуры режущей кромки лезвийного инструмента при высокоскоростном фрезеровании металла

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям температуры в зоне резания лезвийным инструментом с использованием термопары. Техническим результатом является определение температуры детали в фактической точке резания (на режущей кромке инструмента) с максимальной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002445588
Дата охранного документа: 20.03.2012
01.06.2019
№219.017.71cc

Способ строительства участка технологической лесовозной дороги

Изобретение относится к области строительства технологических дорог лесного комплекса. Способ включает укладку дренажного слоя в две вырытые траншеи, по длине равные длине участка технологической лесовозной дороги, причем дренажный слой выполнен из нижнего и верхнего поперечных настилов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689963
Дата охранного документа: 29.05.2019
04.06.2019
№219.017.739e

Технологическая лесовозная дорога

Изобретение относится к области строительства технологических дорог лесного комплекса. Технологическая лесовозная дорога состоит из земляной основы, на которую на всю ширину и длину участка технологической лесовозной дороги уложен деревянный настил в виде гибкого основания, стянутого канатом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690243
Дата охранного документа: 31.05.2019
15.06.2019
№219.017.8341

Размалывающая гарнитура статора

Изобретение относится к оборудованию для размола, дополнительного фибриллирования и сепарирования сырья растительного происхождения в роторно-ножевых и крестовых мельницах. Размалывающая гарнитура статора выполнена в виде набора рифленых планок. Планки выполнены с отверстиями с зубьями в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691482
Дата охранного документа: 14.06.2019
13.11.2019
№219.017.e118

Устройство для тепловых испытаний теплозащитных материалов до температур 2000 k

Изобретение относится к теплофизике и может найти применение при разработке испытательного оборудования, обеспечивающего нагревание объекта до высокой температуры (2000-2200 K) за сравнительно короткий промежуток времени ~20-30 с и последующее охлаждение объекта. Устройство для тепловых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002705736
Дата охранного документа: 11.11.2019
21.12.2019
№219.017.f081

Кузов железнодорожного вагона-хоппера

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается вагонов-хопперов для перевозки горячих окатышей и агломерата. Кузов железнодорожного вагона-хоппера содержит раму (1), боковые (7) и торцевые (8) стены, разгрузочные бункеры (9) с крышками (10), продольный конек, механизм разгрузки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002709520
Дата охранного документа: 18.12.2019
30.05.2020
№220.018.224e

Вагон-платформа универсальный с фитинговыми упорами

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в том числе к универсальным вагонам-платформам. Вагон-платформа содержит кузов, установленный на ходовые части, содержащий раму с деревянным полом. В полу выполнены отверстия, в которые установлены фитинговые упоры. Рама содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002722257
Дата охранного документа: 28.05.2020
07.06.2020
№220.018.24e7

Инфракрасный нагревательный блок

Изобретение относится к экспериментальной технике для теплопрочностных статических испытаний конструкций летательных аппаратов, в частности к инфракрасным нагревательным средствам. При теплопрочностных испытаниях различных конструкций в определенных условиях требуется длительное (>500 с)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002722855
Дата охранного документа: 04.06.2020
16.07.2020
№220.018.32bf

Фрикционный гаситель колебаний грузовой тележки железнодорожного вагона (варианты)

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к фрикционным гасителям колебаний железнодорожных вагонов. Гаситель колебаний содержит фрикционный клин, опирающийся, по меньшей мере на одну рессорную пружину и взаимодействующий с фрикционными поверхностями надрессорной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002726489
Дата охранного документа: 14.07.2020
+ добавить свой РИД