УСТРОЙСТВО ОХЛАЖДЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ГИПЕРЗВУКОВОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к области ракетной и космической техники. Преимущественная область использования - тепловая защита маневрирующих в атмосфере гиперзвуковых летательных аппаратов длительного атмосферного планирования (ГЛА).
Известно устройство охлаждения поверхности летательного аппарата (Краснов Н.Ф. и др. Основы аэродинамического расчета / Под ред. Н.Ф. Краснова. - М: Высшая школа, 1984, с. 160…261), содержащее теплозащитное покрытие абляционного типа требуемой толщины, нанесенное на силовой слой корпуса аппарата, разрушающееся под действием теплового потока. За счет поглощения тепла, идущего на разрушение, происходит охлаждение поверхности летательного аппарата. Недостатком указанного устройства является большая дополнительная масса на теплозащиту при длительном атмосферном планировании, нестабильность аэродинамических характеристик, снижающая точность.
Известна также система для обеспечения тепловой защиты объекта, подверженного воздействию высокотемпературной среды (патент RU 2038989, 1995), содержащая пористое изоляционное тело, образующее множество мелких ячеек, из материала, имеющего низкую теплопроводность, теплопоглощающую жидкость, обеспечивающую эндотермическую реакцию в присутствии катализатора, и мелко разделенный катализатор, равномерно распределенный в пористом теле. Уменьшение тепловых потоков к поверхности обеспечивается за счет тепла испарения жидкости и эндотермической каталитической реакции окиси железа (катализатора). Однако недостатками указанного устройства являются большая дополнительная масса и сложность конструкции.
Известно теплозащитное устройство, реализующее способ тепловой защиты ГЛА (патент RU 2060207, 1996), содержащее элемент конструкции корпуса аппарата, соединенный магистралью с вакуумным насосом, блок управления с датчиком температуры, измеряющим температуру наружной обшивки, соединенной посредством стрингеров с внутренней обшивкой. Вакуумный насос производит откачку газа через магистраль из вакуумной области, образованной наружной и внутренней обшивками и стрингерами. Режим работы насоса регулируется с помощью блока управления в зависимости от температуры наружной обшивки. Расширяясь, газ охлаждает наружную обшивку, происходит ламинаризация пограничного слоя, что приводит к уменьшению теплового потока. Недостатками указанного устройства являются сложность конструкции, большая дополнительная масса теплозащитного устройства.
Известно, что при движении в атмосфере с гиперзвуковой скоростью летательный аппарат окружен плазмой, параметрами которой можно управлять за счет взаимодействия с электромагнитным полем. Обтекая летательный аппарат, плазма представляет собой движущиеся заряженные частицы. Заряженная частица в магнитном поле испытывает действие силы Лоренца, направление которой зависит от направления вектора напряженности магнитного поля. При определенной ориентации вектора напряженности магнитного поля сила Лоренца позволяет уменьшить силу трения на поверхности аппарата за счет отталкивания заряженных частиц плазмы от поверхности аппарата. Уменьшение силы трения позволяет охладить поверхность аппарата.
Известно устройство охлаждения, реализующее способ тепловой защиты поверхности от высокотемпературного проводящего потока (патент RU 2017355, 1994), содержащее систему создания магнитного поля, подвижные механизмы и двигатели. Система создания магнитного поля выполнена в виде постоянных магнитов, размещенных под поверхностью аппарата на подвижных механизмах. Подвижные механизмы приводятся в движение с помощью двигателей. Перемещение магнитного поля в направлении, противоположном высокотемпературному потоку позволяет увеличить электромагнитное воздействие на проводящий поток, что уменьшает тепловые потоки в проводящем слое за счет увеличения параметра магнитного взаимодействия. Недостатками указанного устройства являются большая дополнительная масса и сложность конструкции.
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство охлаждения поверхности космического корабля, реализующее способ охлаждения поверхности корабля (авторское свидетельство SU 1711438 А1, 1993), содержащее систему создания магнитного поля, сопло, смеситель инертного газа с ферромагнитными частицами и емкость, в которой содержится инертный газ под давлением. Кроме того, имеется электронно-вычислительная машина, которая посредством распределителя электроэнергии управляет процессом охлаждения. Система создания магнитного поля включает электромагнит, создающий на поверхности корабля магнитное поле с силовыми линиями. Число электромагнитов, установленных по всей поверхности корабля, зависит от площади его поверхности, а мощность электромагнитов определяется расчетным путем. Концы сердечника электромагнита изолированы магнитонепроницаемым металлом. При выходе из сопла инертный газ с ферромагнитными частицами подается в магнитные поля путем скольжения по поверхности корабля, и ферромагнитные частицы захватываются силовыми линиями магнитных полей. Вследствие этого на поверхности корабля образуется защитная оболочка из ферромагнитных частиц на силовых линиях магнитных полей. При столкновении встречных плотных слоев атмосферы с защитной оболочкой происходит выталкивание ферромагнитных частиц из магнитных полей. Эти частицы уносят с собой тепло набегающего потока. При этом имеет место значительное уменьшение трения на поверхности корабля.
Существенным недостатком указанного устройства является сложность конструкции и низкая надежность, а также большие массовые затраты на охлаждение в целом для реализации длительного атмосферного планирования.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции устройства при одновременном уменьшении массовых затрат на охлаждение.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известном устройстве охлаждения поверхности гиперзвукового летательного аппарата, содержащем систему создания магнитного поля, распределитель электроэнергии и электронно-вычислительную машину, система создания магнитного поля выполнена в виде линейных проводников, расположенных в корпусе аппарата заподлицо с его поверхностью по ее образующей, параллельно продольной оси аппарата, соединенных с распределителем энергии.
Исключение из состава устройства охлаждения сопла, смесителя инертного газа с ферромагнитными частицами и емкости, в которой содержится инертный газ под давлением и выполнение системы создания магнитного поля в виде линейных проводников вместо электромагнитов существенно упрощает конструкцию и уменьшает массовые затраты при сохранении заданной эффективности.
На фиг. 1 показана часть поверхности летательного аппарата с элементами устройства охлаждения.
На фиг. 2 показано сечение поверхности аппарата.
Устройство охлаждения поверхности гиперзвукового летательного аппарата состоит из системы создания магнитного поля, выполненной в виде линейных проводников 1. Линейные проводники 1 размещаются в корпусе аппарата 2 заподлицо с его поверхностью по ее образующей параллельно продольной оси аппарата 2. Количество линейных проводников 1, устанавливаемых по всей поверхности аппарата 2, зависит от площади его поверхности. Для пропускания тока по линейным проводникам 1 они соединены с распределителем электроэнергии 3. Управляет процессом охлаждения электронно-вычислительная машина 4, установленная, как и распределитель электроэнергии 3 во внутренней полости аппарата 2.
Функционирование устройства заключается в следующем. Для охлаждения поверхности аппарата 2 по команде от электронно-вычислительной машины 4 через распределитель энергии 3 подается напряжение на линейные проводники 1. Протекающий по линейным проводникам 1 ток создает магнитное поле. Возникающая сила Лоренца, направление которой зависит от направления вектора магнитной индукции (направления тока в линейных проводниках 1) отталкивает заряженные частицы плазмы от поверхности аппарата 2 и уменьшает тем самым силу трения, обеспечивая охлаждение поверхности гиперзвукового летательного аппарата, что и является задачей полезной модели.
Предлагаемая конструктивная схема устройства охлаждения поверхности ГЛА может быть использована в ракетной и космической технике при разработке и проектировании космических летательных аппаратов, осуществляющих планирующий спуск в атмосфере, а также при разработке новых типов элементов боевого оснащения ракет.