Способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет

Изобретение относится к испытательной технике, преимущественно к технике проведения тепловых испытаний керамических обтекателей ракет при радиационном нагреве. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности и снижение затрат при задании температурного поля при наземных испытаниях керамических обтекателей в установках радиационного нагрева за счет применения высокотемпературных покрытий с регулируемой степенью черноты. Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет при радиационном нагреве путем автоматического регулирования температуры по конечному числу точек и изменения оптических свойств на остальной части нагреваемой поверхности на наружную поверхность обтекателя наносят покрытие, состоящее из двух компонентов, степень черноты одного из которых более чем в два раза превышает степень черноты другого и составляет 0.8-0.9, а температуру для каждой зоны нагрева при постоянной плотности теплового потока задают расчетным путем. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к испытательной технике, преимущественно к технике проведения тепловых испытаний керамических обтекателей ракет при инфракрасном нагреве.

В технике известны способы задания тепловых режимов при испытаниях ракетных обтекателей путем регулирования теплового потока, падающего на поверхность конструкции, например, автор А.Н.Баранов и др. «Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. М., Машиностроение» 1974.

В этих способах точность задания температурного поля ограничена размерами инфракрасных нагревателей.

При наборе зон для нагрева изделий сложной формы наблюдаются скачки температуры на границах зон. Кроме того, на открытых участках нагревателей (особенно снизу) наблюдается снижение температуры на наружной поверхности испытуемого изделия.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ задания тепловых режимов, реализуемый с помощью «Устройства регулирования температурных режимов» по а.с. СССР №999029, МКИ4 G05D 23/19, опубл. в 1983 г.

При таком способе задания температурного поля обтекателя температура задается в одной точке заданной зоны, при этом точность задания реального температурного профиля зависит от геометрических размеров инфракрасных излучателей.

Для повышения точности задания требуется уменьшение геометрических размеров зон нагрева. При этом увеличивается их количество и, как следствие, усложняется оборудование.

Технический результат заявленного изобретения - повышение точности и снижение затрат при задании температурного поля при наземных испытаниях керамических обтекателей в установках радиационного нагрева за счет применения высокотемпературных покрытий с регулируемой степенью черноты. Для достижения технического результата в способе задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет при радиационном нагреве путем автоматического регулирования температуры по конечному числу точек и изменения оптических свойств на остальной части нагреваемой поверхности на наружную поверхность обтекателя наносят покрытие, состоящее из двух компонентов, степень черноты одного из которых в более чем в два раза превышает степень черноты другого и составляет 0.8-0.9, а температуру для каждой зоны нагрева при постоянной плотности теплового потока задают по формуле

где KT - коэффициент пропорциональности;

mεσ - масса компонента с большей степенью черноты;

М - общая масса компонентов;

εσ - наибольший коэффициент степени черноты;

ε0 - коэффициент степени черноты второго компонента;

Tk - температура на поверхности данной зоны;

qn - падающий тепловой поток;

причем коэффициент пропорциональности Kт определяется экспериментально на образце из материала конструкции по двум значениям.

В качестве компонента с большей степенью черноты применяется порошок хром III окись (Cr2O3), а с меньшей степенью черноты порошок диоксида алюминия (Al2O3) или окиси кремния SiO2.

Анализ аэродинамического нагрева обтекателя в полете показывает, что в основном нагрев происходит конвекцией от пограничного слоя, причем вблизи поверхности существует подслой, в котором тепло передается по закону Фурье

где q - плотность теплового потока;

λ - теплопроводность подслоя;

σ - толщина подслоя.

При инфракрасном нагреве тепловой поток, поглощаемый поверхностью, при постоянном общем потоке qобщ. пропорционален коэффициенту черноты поверхности εn, т.е.

Из уравнения (1) и (2) видно, что изменением εn можно воспроизвести теплообмен обтекателя с окружающей средой.

Изменение εn можно задать с помощью двух высокотемпературных порошков одинакового помола: один - с коэффициентом черноты, близким к единице (εσ), другой - с близким к нулю (ε0).

После перемешивания их равномерно наносят на поверхность обтекателя позонно. Если не вносить никакой другой составляющей, которая могла бы изменить ее параметры, то можно получить покрытие, у которого коэффициент черноты является функцией его состава, т.е.

,

где mεσ - масса порошка с большим коэффициентом черноты;

М - масса порошков.

С точки зрения теории вероятности, распределение частиц в покрытии при описанных условиях (непрерывное перемешивание) подчиняется закону равномерного распределения. В этом случае количество частиц на единице площади будет пропорционально массе составляющих в покрытии, т.е. вероятность того, что заданное количество частиц данной составляющей находится в единице объема, равна:

,

а количество частиц другой составляющей

При одинаковом помоле составляющие покрытия влияют на коэффициент черноты покрытия пропорционально количеству частиц на единицу площади, т.е.

Учитывая, что при кратковременных тепловых режимах, при фазо-импульсном регулировании (использование тиристорных блоков типа РНТТ, РНО в качестве силовых электрических блоков), температура покрытия (Тк) пропорциональна падающему тепловому потоку

Подставляя выражение (3) в (4) получили

где KT - коэффициент пропорциональности.

Практически нанесение покрытия проводится следующим образом. После перемешивания порошков в них добавляется ацетон или спирт (быстро улетучивающаяся составляющая) до образования суспензии, которую потом кистью или пульверизатором наносят на поверхность испытуемого обтекателя. Полученную суспензию постоянно перемешивают. Благодаря быстрому испарению частицы порошков ложатся на поверхность равномерно.

В таблице приведены 5 составляющих с различным соотношением порошков хром III окись (Cr2O3), диоксида алюминия (Al2O3) и окиси кремния (SiO2).

Как видно из таблицы, коэффициент степени черноты и температура поверхности меняется пропорционально в зависимости от процентного содержания хром III окись, что подтверждает правомерность предлагаемого технического решения для определения и задания температуры на поверхности керамического обтекателя для каждой зоны нагрева при постоянной плотности теплового потока.

В результате экспериментальных исследований выявлено, что для практической работы при высоких температурах до 2500°С целесообразно использовать порошки хром III окись (εσ=0,86) и диоксид алюминия (ε0=0,15). Температура плавления диоксида алюминия 2500°С, хром III окись 2700°C.

Предлагаемое техническое решение позволяет упростить систему задания тепловых режимов. Во-первых, оно позволяет уменьшить количество каналов регулирования в системах, построенных на основе устройств типа устройства по а.с. СССР 99.9029 (прототип). С другой стороны, оно позволяет корректировать тепловые поля в существующих установках, особенно на границе инфракрасных излучателей.

1. Способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет при инфракрасном нагреве путем автоматического регулирования температуры по конечному числу точек и изменения оптических свойств на остальной части нагреваемой поверхности, отличающийся тем, что на наружную поверхность обтекателя наносят покрытие, состоящее из двух компонентов, степень черноты одного из которых более чем в два раза превышает степень черноты другого и составляет 0,8-0,9, а температуру для каждой зоны нагрева при постоянной плотности теплового потока задают по формуле
,
где KT - коэффициент пропорциональности;
mεб - масса компонента с большей степенью черноты;
М - общая масса компонентов;
εб - наибольший коэффициент степени черноты;
ε0 - коэффициент степени черноты второго компонента;
Tk - температура на поверхности данной зоны;
qn - падающий тепловой поток.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве компонента с большей степенью черноты используют порошок хром III окись (Cr2O3), а с меньшей степенью черноты - порошок диоксида алюминия (Al2O3).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве компонента с большей степенью черноты используют порошок хром III окись (Cr2O3), а с меньшей степенью черноты - порошок окиси кремния (SiO2).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам систем безопасности. .

Изобретение относится к области стабилизации и регулирования температуры и может быть использовано при изготовлении и настройке работоспособности серийных терморегулирующих устройств, обеспечивающих управление исполнительными органами в заданном диапазоне температур.

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в многозонных методических индукционных нагревателях. .

Изобретение относится к сельскому и городскому хозяйству и предназначено для управления отоплением теплиц, жилых и производственных помещений. .

Изобретение относится к системам регулирования температуры и может быть использовано для регулирования температуры воздушной среды при хранении сельскохозяйственной продукции.

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике, в частности к устройствам программного регулирования температуры калориметров, электропечей, приборов дифференциального термического анализа.

Изобретение относится к технике регулирования температуры в прецизионных устройствах и может быть использовано для поддержания постоянства параметров этих устройств в широком диапазоне температур окружающей среды.
Изобретение относится к коррозионным исследованиям материалов, а именно к определению стойкости металлов в условиях атмосферной коррозии, и может быть использовано для контроля скорости коррозии автолистовых сталей в условиях атмосферного воздействия.

Изобретение относится к области защиты подземных сооружений от коррозии и может быть использовано при выборе времени плановых отключений станций катодной защиты (СКЗ) трубопроводов и подземных металлических сооружений различного назначения.

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля прочности бетонных изделий и ее изменения во времени под действием окружающей среды, например воды. .

Изобретение относится к области испытаний материалов, а именно к определению коррозионного износа тонкостенных элементов конструкций, в том числе пластин на металлической основе.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения коррозионного состояния подземной части железобетонных опор электрохимическим методом без их откопки.

Изобретение относится к области испытаний материалов, а именно к определению изменяющихся во времени механических характеристик материалов, в частности износа материала под воздействием различных факторов.

Изобретение относится к исследованию сопротивляемости материалов коррозии и может быть использовано для сравнительной оценки стойкости различных сталей и контроля качества нефтепромыслового оборудования, эксплуатирующегося в жидких биологически активных средах и подверженного коррозии, индуцируемой микроорганизмами.

Изобретение относится к исследованию антикоррозионных свойств материалов и их устойчивости к воздействию агрессивных сред и может быть использовано при разработке мероприятий по антикоррозионной защите оборудования в нефтяной, газовой, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области силовой оптики, а именно к определению лучевой прочности поверхности оптической детали. .
Изобретение относится к области исследований устойчивости материалов к световому воздействию, а именно к способу оценки светостойкости жидких флуоресцирующих многокомпонентных красящих составов.

Изобретение относится к наземному моделированию работы систем терморегулирования, преимущественно телекоммуникационных спутников, снабженных дублированными жидкостными контурами.

Изобретение относится к испытательной технике, преимущественно к технике проведения тепловых испытаний керамических обтекателей ракет при радиационном нагреве

Наверх