НАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ
HEATER FOR THERMAL TESTS

Изобретение относится к испытательной технике, в частности для испытаний летательных аппаратов в ракетно-космической отрасли.
Известен инфракрасный нагреватель (Патент SU 1785411 A1, опубл. 15.08.1994 г., Н05В 3/44) содержащий каркас, теплоизоляционный экран, инфракрасные излучатели, токоподводы и коллекторы, при этом максимальная температура испытаний составляет 1500-1600 К.
Известен инфракрасный нагревательный блок (Патент RU 2539974 C1, опубл. 27.01.2015 г., Н05В 3/24) содержащий каркас, инфракрасные излучатели и теплоизоляционный экран, однако использование данного устройства возможно только в вакуумной камере при низком (менее 10 Па) давлении воздуха или в камере, заполненной азотом.
Наиболее близким устройством, принятым за прототип, является инфракрасный нагреватель (Патент RU 2037982 C1, опубл. 27.09.2009 г., Н05В 3/44), обеспечивающий нагревание конструкций до 1500 К, содержащий каркас, теплоизоляционный экран, кварцевые лампы с токоподводами и коллекторы подвода хладоносителя. Недостатком данного прототипа является то, что во время нагрева объекта испытания хладоноситель после охлаждения кварцевых ламп попадает на объект испытания, что приводит к ухудшению воспроизведения температурных полей на объекте испытания.
Технический результат предложенного решения заключается в увеличении температуры нагревания испытуемого объекта до 1800-1900 К как на воздухе, так и в вакууме или в среде инертных газов, и в увеличении срока службы нагревательных элементов.
Данный технический результат достигается за счет того, что нагреватель для тепловых испытаний содержит инфракрасные лампы, кварцевый экран, который закреплен в пазах водоохлаждаемых обойм, водоохлаждаемый рефлектор, в отверстиях которого установлены инфракрасные лампы, водоохлаждаемые обоймы и воздушный коллектор, предотвращающий перегрев ламп и кварцевого экрана, при этом на внешней поверхности воздушного коллектора расположен поворотный механизм с установленным на нем дефлектором.
В предлагаемом изобретении увеличение температуры нагревания реализовывается путем постоянного обдува и охлаждения инфракрасных ламп, так как известно, что при температурах более 1500 К кварц претерпевает рекристаллизацию и становится менее прозрачным. Инфракрасные лампы и кварцевый экран быстро перегреваются, и нагреватель выходит из строя (Баранов А.Н. Теплопрочностные испытания летательных аппаратов. Труды ЦАГИ, 1999, вып. 2638). Также для увеличения срока службы нагревательных элементов на внешней поверхности воздушного коллектора расположен поворотный механизм с установленным на нем дефлектором для отвода хладагента в процессе испытаний от объекта испытаний или для охлаждения объекта в зависимости от требуемых результатов.
На фиг. 1 представлена схема нагревателя для тепловых испытаний.
На фиг. 2 и 3 показано два режима работы нагревателя для тепловых испытаний - режим нагрева объекта испытания и режим его охлаждения соответственно.
На фиг. 1-3 введены следующие обозначения:
1 - нагреватель;
2 - водоохлаждаемые обоймы;
3 - кварцевый экран;
4 - инфракрасные лампы;
5 - водоохлаждаемый рефлектор;
6 - воздушный коллектор;
7 - поворотный механизм;
8 - дефлектор;
9 - объект испытаний.
Нагреватель (1) состоит из: водоохлаждаемых обойм (2), в которых имеются пазы для кварцевого экрана (3), инфракрасных ламп (4), расположенных в два параллельных ряда, установленных между кварцевым экраном (3) и водоохлаждаемым рефлектором (5), в котором выполнены отверстия для инфракрасных ламп (4), водоохлаждаемых обойм (2) и воздушного коллектора (6), который обеспечивает обдув инфракрасных ламп (4). На внешней поверхности воздушного коллектора (6) расположен поворотный механизм (7) с установленным на нем дефлектором (8), обеспечивающий в 1-ом положении отвод воздуха в процессе испытания за нагревательные панели, а во 2-ом положении обдув (охлаждение) объекта испытаний. В качестве объекта испытаний могут выступать различные виды летательных аппаратов (в том числе их части, отсеки и т.д.), в частности крылатые ракеты, беспилотные летательные аппараты и т.п.
Предложенное устройство работает следующим образом: нагреватель (1) устанавливается напротив объекта испытаний (9). Подается напряжение на инфракрасные лампы (4). Водоохлаждаемый рефлектор (5) и водоохлаждаемые обоймы (2), обладающие высокой отражательной способностью, возвращают обратно на объект испытаний (9) большую часть падающей на них лучистой энергии от инфракрасных ламп (4). Для сохранения отражательной способности, а так же для предотвращения выхода из строя водоохлаждаемого рефлектора (5) и водоохлаждаемых обойм (2) из-за перегрева во внутренний объем водоохлаждаемого рефлектора и водоохлаждаемых обойм подается вода. В канал, образованный кварцевым экраном (3), водоохлаждаемым рефлектором (5), водоохлаждаемыми обоймами (2) и воздушным коллектором (6), для охлаждения инфракрасных ламп (4) подается хладагент - воздух или инертный газ.
В режиме нагрева объекта испытания (фиг. 2), чтобы поток хладагента от соседних панелей не попал на объект испытаний, поворотный механизм ориентирует дефлектор в положение 1, в результате чего хладагент отводится за нагревательные панели.
В режиме охлаждения объекта испытаний (фиг. 3) напряжение инфракрасных ламп уменьшается, а поворотный механизм ориентирует дефлектор из положения 1 в положение 2 таким образом, чтобы поток хладагента от соседней панели попадал на объект испытания.
Предлагаемое устройство позволяет повысить температуру испытаний при последовательном воздействии охлаждения и нагревания на объект испытаний и увеличить срок служб нагревательных элементов.