Инфракрасный нагреватель
INFRARED HEATER

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к средствам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на элементах летательных аппаратов в наземных условиях.
В настоящее время воспроизведение аэродинамического нагрева осуществляется в различных установках: аэродинамических трубах, баллистических установках, плазменных установках, стендах на основе сжигания топлива (прямоточных реактивных двигателях). Испытание натурных конструкций в таких установках требует огромных материальных затрат, поэтому широкого распространения в практике наземных испытаний эти установки не получили. [Баранов А.Н., Белозеров Л.Г., Ильин Ю.С., Кутьинов В.Ф. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. - М.: Машиностроение. - 1974. -344 с; Материалы и покрытия в экстремальных условиях. Взгляд в будущее: В 3 т.- Т.3. Экспериментальные исследования / Ю.В. Полежаев, С. В.Резник, А.Н. Баранов и др., Под ред. Ю.В.Полежаева и С. В.Резника. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. -264 с: ил.].
Наиболее широкое распространение в практике наземных испытаний получили стенды радиационного нагрева, так как они просты в эксплуатации, позволяют легко изменять конфигурацию нагревателя в зависимости от геометрии конструкции обтекателя.
Однако стандартные стенды радиационного нагрева (на базе ламп инфракрасного излучения) имеют ряд ограничений. Для элементов летательных аппаратов сложной формы, когда геометрические размеры конструкции сравнимы с размерами нагревателей, наблюдается большая погрешность задания температурного поля. Кроме того, при превышении температуры 800°С на поверхности колб ламп, инфракрасные нагреватели выходят из строя [Инструкция по эксплуатации ИЖШЦ.675490.002 РЭ. Лампы накаливания галогенные].
Известен способ тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов, в котором реализован продув колб ламп в процессе проведения испытаний [патент РФ №2632031, МПК G01N 25/72, опубл. 02.10.2017].
Недостатком изобретения является ограничение воздушного охлаждения колб ламп. Эксперимент показал, что при температуре объекта испытания 1500-1550°С разрушение ламп происходит приблизительно через 30 секунд
Наиболее близким по технической сущности является изобретение «Инфракрасный нагреватель» [А.с. СССР №1785411, МПК Н05В 3/44, опубл. 15.08.1994], в котором инфракрасные нагреватели (лампы инфракрасного излучения) в процессе проведения испытаний обдуваются воздухом. Недостатком изобретения также является ограничение воздушного охлаждения колб ламп, что приводит к их разрушению.
Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение температурного диапазона воспроизведения теплового поля на наружной поверхности элементов летательных аппаратов.
Указанный технический результат достигается тем, что инфракрасный нагреватель, содержащий каркас, теплоизоляционный экран, инфракрасный излучатель, токоподводы, отличающийся тем, что инфракрасный излучатель выполнен в виде токопроводящей мембраны, натянутой в поперечном направлении между токоподводами, а в продольном направлении между ограничителями из теплоизоляционного материала, причем токопроводящая мембрана омывается инертным газом, циркулирующим в полости, образованной ограничителями, теплоизоляционным экраном, теплоизолированными токоподводами и колбами из материала, прозрачного в инфракрасной области спектра, охлаждаемыми по внутренней поверхности потоком воздуха, причем инертный газ и воздух подается через каналы в токоподводах. Вместо колб может быть использована пара пластин из того же материала также охлаждаемых потоком воздуха, проходящим между ними.
На фигуре представлены схемы, иллюстрирующие вариант конструктивного исполнения нагревателя. Токопроводящая мембрана 3 натянута в поперечном направлении между токоподводами 1, теплоизолированым материалом 2, а в продольном направлении между ограничителями из теплоизоляционного материала 6. Причем на участках соприкосновения ограничителей из теплоизоляционного материала с токопроводящей мембраной, толщина последней увеличена для исключения перегрева данных участков. Токопроводящая мембрана 3 омывается инертным газом, циркулирующим в полости, образованной ограничителями 6, теплоизоляционным экраном 4, теплоизолированными токоподводами 1, колбами 5 из материала, прозрачного в инфракрасной области спектра, охлаждаемыми по внутренней поверхности потоком воздуха. Причем инертный газ и воздух подается через каналы в токоподводах 1 с целью их охлаждения. Каркас нагревателя состоит из двух частей токоподводов 1 и диэлектрической проставки 7. Для крепления инфракрасного нагревателя на испытательном стенде предусмотрен кронштейн 8.
Заявленное изобретение дает возможность создать новые испытательные установки для воспроизведения аэродинамического нагрева элементов летательных аппаратов с максимальной температурой на наружной поверхности до 2500°С.
Токопроводящая мембрана может быть выполнена из углеродных тканей или фольги из тугоплавких материалов, например из вольфрама или молибдена, а колбы или пластины из кварцевого стекла.