×
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 71-80 из 259.
10.08.2015
№216.013.693d

Система защиты силовых композитных элементов авиационных конструкций

Изобретение относится к области авиации и касается разработки силовых авиационных конструкций крыла и фюзеляжа из полимерных композиционных материалов (КМ) и их защите. Система защиты силовых композитных элементов содержит внешнюю и внутреннюю обшивки, промежуточный слой защитного наполнителя....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558494
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.696a

Аэродинамический профиль поперечного сечения несущей поверхности

Изобретение относится к области авиации. Аэродинамический профиль несущей поверхности имеет хорду длиной В. Передняя кромка профиля скруглена, задняя кромка заострена или затуплена. Кромки расположены на концах хорды профиля и соединены между собой гладкими линиями верхней и нижней частей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558539
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6be7

Аэродинамический профиль поперечного сечения несущей поверхности

Изобретение относится к области винтов винтокрылых летательных аппаратов. Аэродинамический профиль поперечного сечения несущей поверхности имеет хорду длиной В. Передняя кромка профиля скруглена, задняя кромка заострена или затуплена. Кромки расположены на концах хорды профиля и соединены между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559181
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.09.2015
№216.013.75f2

Способ определения угла атаки отрыва потока с гладких поверхностей моделей

Изобретение относится к области аэродинамических испытаний и предназначено для использования в аэродинамических трубах, где требуется определение угла атаки начала отрыва потока и выявление зон отрыва потока с гладких поверхностей испытуемых моделей. В способе по одному из вариантов определения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561783
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.75f3

Способ измерения числа маха в аэродинамической трубе

Изобретение относится к измерительной технике, в частности может быть использовано в методиках измерений, предназначенных для аттестации аэродинамических труб и получения аэродинамических характеристик тестовых моделей в целях последующего их использования при аттестации алгоритмов и программ,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561784
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.75f5

Способ защиты полых изделий от превышения заданного уровня внутреннего избыточного давления газа

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к установкам для ресурсных испытаний фюзеляжей летательных аппаратов нагрузками, создаваемыми внутренним избыточным давлением сжатого воздуха. Техническим результатом изобретения является многократное снижение конструктивных размеров...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561786
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.7762

Способ определения герметичности при испытаниях на прочность

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для измерения степени герметичности, т.е. утечек из полых изделий при испытании их на прочность внутренним избыточным давлением, например, фюзеляжей летательных аппаратов. В заявленном способе определения герметичности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562151
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.7764

Способ определения полей числовой концентрации дисперсной фазы в аэрозольном потоке и устройство для его реализации

Изобретение относится к области исследования многофазных потоков, в частности к технике определения параметров твердой, жидкой и газообразной фаз потока оптическими средствами, и может быть использовано для определения концентрации и массовой плотности дисперсной фазы в пространстве, а также...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562153
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.7766

Устройство для определения герметичности при испытаниях на прочность

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для измерения герметичности, т.е. утечек из полых изделий при испытании их на прочность внутренним избыточным давлением, например при испытаниях фюзеляжей летательных аппаратов. Техническим результатом является возможность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562155
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.77df

Способ исследования состояния течения в пограничном слое

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано преимущественно при исследованиях аэродинамического обтекания моделей в аэродинамических трубах. Пограничный слой на обтекаемых аэродинамических поверхностях может иметь ламинарное или турбулентное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562276
Дата охранного документа: 10.09.2015
Показаны записи 71-80 из 153.
10.08.2015
№216.013.693d

Система защиты силовых композитных элементов авиационных конструкций

Изобретение относится к области авиации и касается разработки силовых авиационных конструкций крыла и фюзеляжа из полимерных композиционных материалов (КМ) и их защите. Система защиты силовых композитных элементов содержит внешнюю и внутреннюю обшивки, промежуточный слой защитного наполнителя....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558494
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.696a

Аэродинамический профиль поперечного сечения несущей поверхности

Изобретение относится к области авиации. Аэродинамический профиль несущей поверхности имеет хорду длиной В. Передняя кромка профиля скруглена, задняя кромка заострена или затуплена. Кромки расположены на концах хорды профиля и соединены между собой гладкими линиями верхней и нижней частей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558539
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6be7

Аэродинамический профиль поперечного сечения несущей поверхности

Изобретение относится к области винтов винтокрылых летательных аппаратов. Аэродинамический профиль поперечного сечения несущей поверхности имеет хорду длиной В. Передняя кромка профиля скруглена, задняя кромка заострена или затуплена. Кромки расположены на концах хорды профиля и соединены между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559181
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.09.2015
№216.013.75f2

Способ определения угла атаки отрыва потока с гладких поверхностей моделей

Изобретение относится к области аэродинамических испытаний и предназначено для использования в аэродинамических трубах, где требуется определение угла атаки начала отрыва потока и выявление зон отрыва потока с гладких поверхностей испытуемых моделей. В способе по одному из вариантов определения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561783
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.75f3

Способ измерения числа маха в аэродинамической трубе

Изобретение относится к измерительной технике, в частности может быть использовано в методиках измерений, предназначенных для аттестации аэродинамических труб и получения аэродинамических характеристик тестовых моделей в целях последующего их использования при аттестации алгоритмов и программ,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561784
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.75f5

Способ защиты полых изделий от превышения заданного уровня внутреннего избыточного давления газа

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к установкам для ресурсных испытаний фюзеляжей летательных аппаратов нагрузками, создаваемыми внутренним избыточным давлением сжатого воздуха. Техническим результатом изобретения является многократное снижение конструктивных размеров...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561786
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.7762

Способ определения герметичности при испытаниях на прочность

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для измерения степени герметичности, т.е. утечек из полых изделий при испытании их на прочность внутренним избыточным давлением, например, фюзеляжей летательных аппаратов. В заявленном способе определения герметичности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562151
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.7764

Способ определения полей числовой концентрации дисперсной фазы в аэрозольном потоке и устройство для его реализации

Изобретение относится к области исследования многофазных потоков, в частности к технике определения параметров твердой, жидкой и газообразной фаз потока оптическими средствами, и может быть использовано для определения концентрации и массовой плотности дисперсной фазы в пространстве, а также...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562153
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.7766

Устройство для определения герметичности при испытаниях на прочность

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для измерения герметичности, т.е. утечек из полых изделий при испытании их на прочность внутренним избыточным давлением, например при испытаниях фюзеляжей летательных аппаратов. Техническим результатом является возможность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562155
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.77df

Способ исследования состояния течения в пограничном слое

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано преимущественно при исследованиях аэродинамического обтекания моделей в аэродинамических трубах. Пограничный слой на обтекаемых аэродинамических поверхностях может иметь ламинарное или турбулентное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562276
Дата охранного документа: 10.09.2015
+ добавить свой РИД