ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИМИТАЦИИ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ КОРПУСА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В ПЛОТНЫХ СЛОЯХ АТМОСФЕРЫ

Полезная модель относится к учебно-лабораторному оборудованию и может быть использована при проведении лабораторных работ по исследованию температурного поля образцов корпуса летательного аппарата при его движении в плотных слоях атмосферы.
Из уровня техники известна электрическая радиационная нагревательная установка (патент RU 2295844, МПК H05B 3/44, 2012), содержащая набор расположенных рядом электрических тепловых излучателей и источник питания, причем четные излучатели подключены к источнику питания разнополярно нечетным излучателям, а нагревательные устройства в виде излучателей (спирали, электроды), закреплены в изоляторах, что обеспечивает наглядность лабораторных испытаний и повышение достоверности рекомендаций, выдаваемых промышленным организациям по совершенствованию испытываемых конструкций летательных аппаратов.
Недостатком известной установки является возможный чрезмерный перегрев и образование окалины на поверхности электрических тепловых излучателей и, как следствие, необходимость принимать конструктивные меры для предотвращения окисления поверхности электрических тепловых излучателей, которые усложняет конструкцию установки в целом.
Наиболее близким к заявляемой установке известным техническим решением является лабораторная установка для имитации температурного поля корпуса летательного аппарата при его движении в плотных слоях атмосферы (Галкин Н.А., Ларионов В.А. Руководство к лабораторным работам по учебной дисциплине. - Серпухов: СВВКИУ РВ, 1994. - стр. 6…10), содержащая источник электрического питания, силовую раму, с расположенными на ней нагревательной эллиптической камерой, механизмом нагружения и нагрева испытуемого образца в одном фокусе нагревательной эллиптической камеры, средства измерения деформаций испытуемого образца и системы водяного охлаждения верхней и нижней крышек нагревательной эллиптической камеры, в другом фокусе которой установлен электронагревательный элемент. При этом для уменьшения преждевременного окисления и перегорания электронагревательного элемента в нагревательную эллиптическую камеру закачивают инертный газ - аргон. Лабораторная установка позволяет имитировать температурное поле в окрестностях летательного аппарата при движении его с большой скоростью в плотных слоях атмосферы.
Недостаток прототипа состоит в том, что сложная система защиты электронагревательного элемента от перегорания с помощью аргона вносит нежелательное искажение в условия нахождения испытуемого образца в температурном поле при вхождении летательного аппарата в плотные слои атмосферы, так как в реальных условиях полета летательного аппарата в плотных слоях атмосферы концентрация аргона пренебрежимо мала.
Технической задачей полезной модели является повышение точности имитации температурного поля в окрестностях летательного аппарата при движении его в плотных слоях атмосферы и упрощение конструкции лабораторной испытательной установки.
Технический результат полезной модели состоит в том, что повышается достоверность и объективность имитации температурного поля на поверхности летательного аппарата при движении его в плотных слоях атмосферы.
Сущность полезной модели состоит в том, что, кроме известных и общих существенных отличительных признаков, а именно: источника электрического питания, силовой рамы, с расположенными на ней нагревательной эллиптической камерой, механизмом нагружения и нагрева испытуемого образца в одном фокусе нагревательной эллиптической камеры, средства измерения деформаций испытуемого образца и системы водяного охлаждения верхней и нижней крышек нагревательной эллиптической камеры, в другом фокусе которой установлен электронагревательный элемент, предлагаемая лабораторная установка для имитации температурного поля корпуса летательного аппарата при движении в плотных слоях атмосферы содержит электромагнит, нагревательная эллиптическая камера выполнена в виде ферромагнитного эллиптического магнитопровода, на наружную поверхность которого намотана обмотка электромагнита, электрические выводы которой соединены с клеммами источника электрического питания.
Новизна полезной модели состоит в том, что лабораторная установка для имитации температурного поля корпуса летательного аппарата в плотных слоях атмосферы содержит электромагнит, нагревательная эллиптическая камера выполнена в виде ферромагнитного эллиптического магнитопровода, на наружную поверхность которого намотана обмотка электромагнита, электрические выводы которой соединены с клеммами источника электрического питания, что обеспечивает повышение точности имитации температурного поля в окрестностях летательного аппарата при движении его в плотных слоях атмосферы и упрощение конструкции лабораторной испытательной установки.
На фиг. 1 показана функциональная схема лабораторной установки для имитации температурного поля корпуса летательного аппарата при движении в плотных слоях атмосферы.
На фиг. 2 представлена конструкция нагревательной эллиптической камеры лабораторной установки. На фиг. 1 и 2 обозначено:
1 - силовая рама;
2 - нагревательная эллиптическая камера;
3 - механизмом нагружения и нагрева испытуемого образца;
4 - система водяного охлаждения;
5 - источник электропитания (система электрооборудования);
6 и 7 - водоохлаждаемые верхняя и нижняя крышки нагревательной эллиптической камеры;
8 - эллиптический цилиндр;
9 - концентраторы;
10 - электронагреватель;
11 - токоподводы;
12 - исследуемый образец с узлом его крепления;
13 - обмотки электромагнита;
14 - средства для измерения деформаций испытуемого образца.
В исходном положении на фиг. 1 и 2 показано, что лабораторная установка для имитации температурного поля корпуса летательного аппарата состоит из силовой рамы 1, на которой закреплены нагревательная эллиптическая камера 2, механизмом нагружения и нагрева 3 испытуемого образца и система водяного охлаждения 4 с системой электрооборудования 5. Нагревательная эллиптическая камера 2 закреплена в верхней части силовой рамы 1 и состоит из водоохлаждаемых верхней 6 и нижней 7 крышек и водоохлаждаемого эллиптического цилиндра 8, образованного двумя концентраторами 9. В фокусе одного из них расположен электронагреватель 10, соединенный токоподводами 11 с клеммами источника электрического питания 5, а в другом фокусе эллиптического цилиндра установлен исследуемый образец 12 с узлом его крепления. Эллиптический цилиндр 8 нагревательной эллиптической камеры 2 выполнен в виде ферромагнитного эллиптического магнитопровода, на наружную поверхность которого намотана обмотка 13 электромагнита, электрические выводы которой соединены с клеммами источника электрического питания 5. Средства измерения деформаций 14 испытуемого образца 12 установлены на основании силовой рамы 1.
Работа лабораторной установки заключается в следующем.
Имитация температурного поля корпуса летательного аппарата осуществляется путем подачи на электронагреватель 10 напряжение от источника электрического питания 5. При подаче этого напряжения на электронагревательный элемент 10 нагревается и становится источником лучистого теплового потока. Одновременно с подачей электрического питания на электронагреватель 10 от источника электрического питания 5 подается напряжение на обмотку электромагнита 13, который создает электромагнитное поле в магнитопроводе (эллиптическом цилиндре 8 нагревательной эллиптической камеры 2 лучистого нагрева). Действие силовых линий электромагнитного поля от электромагнита 13 исключает образование окалины на поверхности электронагревателя 10, продлевая срок службы его работы. Это действие электромагнитного поля на разогретый электронагревательный элемент 10 аналогично известному действию магнитного поля на нагревательный элемент электропаяльника (патент RU 80644, МПК H05B 3/42, 2008) или для намагничивания воды, уменьшающей коррозию водопроводных труб. При световом облучении испытуемого образца 12 и под действием механизма нагружения 3 происходит деформация испытуемого образца 12, которое измеряется с помощью средства измерения 14 испытуемого образца 12. Замена инертного газа - аргона, используемого в прототипе, на электромагнитное поле электромагнита 13 для предупреждения образования окалины на нагревательном элементе 10 позволяет повысить точность имитации температурного поля в окрестностях летательного аппарата, летящего в плотных слоях атмосферы с большой скоростью, и упростить конструкцию лабораторной установки исключив из нее сложную систему нагнетания и прокачки аргона.
Промышленная осуществимость полезной модели обосновывается тем, что в ней используются узлы и блоки, известные в аналоге и прототипе, по своему прямому функциональному назначению. В организации-заявителе изготовлен действующий образец лабораторной установки в 2014 году.
Положительный эффект от использования полезной модели состоит в том, что повышается не менее чем на 15-20% достоверность и объективность имитации температурного поля на поверхности летательного аппарата при движении его в плотных слоях атмосферы и упрощается конструкция лабораторной установки за счет замены сложной системы подачи аргона в нагревательную эллиптическую камеру 2 простой намоткой электромагнита 13 на эту нагревательную эллиптическую камеру 2.