×
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 171-180 из 259.
19.12.2018
№218.016.a8f2

Аэродинамическая поверхность с рулем

Изобретение относится к средствам управления полетом летательных аппаратов. Аэродинамическая поверхность снабжена рулем, имеющим осевую компенсацию. Профиль поперечного сечения аэродинамической поверхности на всем размахе или части ее размаха подрезан хотя бы с одной из сторон этого профиля...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002675304
Дата охранного документа: 18.12.2018
20.02.2019
№219.016.c077

Способ контроля характеристик конструкции из композиционного материала

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: после изготовления летательного аппарата перед эксплуатацией в конструкции из композиционного материала в контрольном сечении с тензорезисторами выбирают участок площади диаметром 250-300 мм, нагревают его 3-4 раза без перепадов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002309392
Дата охранного документа: 27.10.2007
20.02.2019
№219.016.c162

Способ газификации углеводородов для получения электроэнергии и углеродных наноматериалов

Изобретение относится к экологически безопасным технологиям добычи углеводородов и раздельного использования продуктов их подземной газификации, в частности водорода для получения электроэнергии, а углерода для углеродных наноматериалов. Техническим результатом являются повышение эффективности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002415262
Дата охранного документа: 27.03.2011
20.02.2019
№219.016.c1b8

Способ газификации углеводородов для получения водорода и синтез-газа

Изобретение относится к экологически безопасным технологиям разработки месторождений и добычи углеводородов, в частности трудноизвлекаемых и нерентабельных залежей угля, сланцев, нефти и газового конденсата. Техническим результатом является повышение эффективности проведения подземной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002423608
Дата охранного документа: 10.07.2011
20.02.2019
№219.016.c228

Способ стабилизации процесса горения топлива в камере сгорания и камера сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя летательного аппарата

Способ стабилизации процесса горения в камере сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя, работающей на жидком углеводородном топливе, основан на создании вихревых зон с помощью стабилизаторов пламени в виде плохо обтекаемых тел. В вихревую зону за стабилизаторного пространства...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002454607
Дата охранного документа: 27.06.2012
20.02.2019
№219.016.c230

Универсальная упругоподобная аэродинамическая модель и способ ее изготовления

Изобретения относятся к области экспериментальной аэродинамики, в частности исследований проблем аэроупругости летательных аппаратов. Модель содержит силовой сердечник и одну съемную крышку, сердечник выполнен в виде части профиля, включающей всю верхнюю поверхность, например, крыла, а также...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002454646
Дата охранного документа: 27.06.2012
08.03.2019
№219.016.d34f

Устройство измерения шарнирного момента отклоняемой поверхности

Изобретение относится к области аэромеханических измерений и может быть использовано для измерения шарнирных моментов, действующих на органы управления и взлетно-посадочную механизацию аэродинамических моделей летательных аппаратов в потоке аэродинамической трубы. Устройство содержит механизм...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002681251
Дата охранного документа: 05.03.2019
08.03.2019
№219.016.d51c

Способ определения характеристик штопора модели летательного аппарата и устройство для его осуществления

Изобретения относятся к экспериментальной аэродинамике, в частности к определению характеристик штопора геометрически и динамически подобной свободно летающей модели летательного аппарата (ЛА) в воздушном потоке вертикальной аэродинамической трубы. Способ заключается в запуске в поток...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002410659
Дата охранного документа: 27.01.2011
11.03.2019
№219.016.d862

Рабочая часть трансзвуковой аэродинамической трубы (варианты)

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано при проведении испытаний в трансзвуковых аэродинамических трубах. В рабочей части трансзвуковой аэродинамической трубы, содержащей перфорированные стенки, камеру давления и узел подвески в потоке...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002393449
Дата охранного документа: 27.06.2010
20.03.2019
№219.016.e423

Устройство для получения твердофазных наноструктурированных материалов

Изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано при получении углеродных нанотрубок. В парогазогенераторе 4 готовят многофазную смесь исходного вещества и направляют ее под давлением в газодинамический резонатор 9, где смесь детонирует. Продукты детонационного горения через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002299849
Дата охранного документа: 27.05.2007
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