×
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 161-170 из 259.
14.09.2018
№218.016.87c2

Предохранительное устройство

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к средствам защиты от разрушения гермофюзеляжей летательных аппаратов при испытаниях их на прочность избыточным давлением. В предохранительном устройстве задатчик давления содержит прижимной элемент, управляющий и промежуточный клапаны....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666974
Дата охранного документа: 13.09.2018
14.09.2018
№218.016.87dd

Метеостанция для трехкоординатного измерения вектора скорости потока воздуха и температуры

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для измерения трехкоординатного вектора скорости воздуха и температуры. Сущность: метеостанция выполнена в виде флюгера, установленного на двухстепенном шарнире (1). На флюгере установлен блок (2) датчиков и ультразвуковые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666971
Дата охранного документа: 13.09.2018
04.10.2018
№218.016.8ecc

Способ определения усталостного разрушения элементов конструкций из полимерного композиционного материала

Изобретение относится к области мониторинга состояния конструкции по условиям прочности, направленное на определение момента разрушения элементов конструкций из полимерного композиционного материала (ПКМ) при циклическом нагружении. Способ заключается в том, что осуществляют контроль утолщения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002668644
Дата охранного документа: 02.10.2018
13.10.2018
№218.016.90f6

Летательный аппарат

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат содержит фюзеляж, хвостовое оперение, поворотное крыло, маршевую силовую установку с воздушными винтами, установленными на крыле, и убираемую в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002669491
Дата охранного документа: 11.10.2018
13.10.2018
№218.016.9119

Подогреватель газа регенеративный

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к подогревателям газа регенеративным, и может быть использовано при разработке подогревателей газа регенеративных для аэродинамических труб. Подогреватель газа регенеративный содержит уплотненную в корпусе у торца выхода газа насадку с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002669440
Дата охранного документа: 11.10.2018
13.11.2018
№218.016.9ca0

Орган управления полетом летательного аппарата

Изобретение относится к средствам управления полетом летательных аппаратов. Орган управления включает в себя дефлекторы - крылышки, установленные перед рулем с осевой компенсацией вдоль аэродинамической поверхности рядом с ее задней частью. Передняя кромка дефлекторов находится впереди щели...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002672153
Дата охранного документа: 12.11.2018
14.11.2018
№218.016.9cc4

Крыло самолета

Изобретение относится к области авиационной техники. Крыло самолета включает выдвижной предкрылок и основную часть крыла с выходами внутренних подводящих каналов для выдува струй воздуха. Выходы внутренних подводящих каналов для выдува струй воздуха расположены на участке верхней поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002672234
Дата охранного документа: 12.11.2018
05.12.2018
№218.016.a3c5

Устройство для размола щепы в аэродинамической среде

Изобретение относится к области размалывающего оборудования для получения древесноволокнистых полуфабрикатов и может быть использовано как в целлюлозно-бумажной, так плитной промышленности. Техническим результатом изобретения является разработка конструкции устройства, позволяющего получать...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002673858
Дата охранного документа: 30.11.2018
07.12.2018
№218.016.a4a6

Регенеративный подогреватель газа

Изобретение относится к теплотехнике, и может быть использовано при разработке регенеративных подогревателей газа (РНГ) для аэродинамических труб. Регенеративный подогреватель газа содержит насадку с теплоаккумулирующим элементом, расположенным в газонепроницаемом по боковой поверхности кожухе,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674225
Дата охранного документа: 05.12.2018
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
Показаны записи 151-153 из 153.
18.07.2020
№220.018.344c

Технологическая лесовозная дорога

Изобретение относится к области строительства технологических дорог лесного комплекса. Технологическая лесовозная дорога содержит грунт, нижний поперечный слой из грунтовых «сигар», средний слой из продольных грунтовых «сигар», верхний поперечный слой из грунтовых «сигар», нетканый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002726709
Дата охранного документа: 15.07.2020
11.05.2023
№223.018.5420

Железнодорожный вагон-платформа

Заявляемое изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкций грузовых вагонов-платформ. Железнодорожный вагон-платформа содержит ходовые тележки (1), автосцепные устройства (2), тормозное оборудование (3) и раму (4), которая включает хребтовую балку (5), поперечные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002795461
Дата охранного документа: 03.05.2023
16.06.2023
№223.018.7a32

Стена боковая железнодорожного вагона

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции кузовов полувагонов. Стена боковая железнодорожного полувагона содержит обшивку (1) в виде продольного сборочного профиля и каркас (2), состоящий из верхней (3) и нижней (4) обвязок, концевых (5) и средних (6) стоек....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002738904
Дата охранного документа: 18.12.2020
+ добавить свой РИД