СПОСОБ ТЕПЛОВОГО НАГРУЖЕНИЯ ОБТЕКАТЕЛЕЙ РАКЕТ ИЗ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2012 года по МПК G01M9/04 G01N25/72 

Описание патента на изобретение RU2456568C1

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты 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) [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.]. Испытание натурных конструкций в таких установках требует огромных материальных затрат, поэтому широкого распространения в практике наземных испытаний эти установки не получили.

Наиболее широкое распространение в практике наземных испытаний получили стенды радиационного нагрева, так как они просты в эксплуатации, позволяют достаточно легко изменять конфигурацию нагревателя в зависимости от геометрии конструкции обтекателя. Наиболее близким по технической сущности является способ, включающий радиационный нагрев авиационных конструкций с помощью нагревателей, разделенных на несколько зон нагрева, и контроль в этих зонах температуры с помощью измерительных преобразователей [Баранов А.Н., Белозеров Л.Г., Ильин Ю.С., Кутьинов В.Ф. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. - М.: Машиностроение. - 1974. - 344 с]. Разделение нагревателя на несколько зон нагрева обеспечивает необходимое распределение по координате температурного поля объекта испытания. Однако радиационный нагрев имеет ряд ограничений. Для элементов летательных аппаратов сложной формы, когда геометрические размеры конструкции сравнимы с размерами нагревателей, присутствует большая погрешность задания температурного поля.

Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение точности задания температурного поля в процессе тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов, например из керамики. Указанный технический результат достигается тем, что в способе теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов, включающем зонный нагрев изделия и измерение температуры, нагрев изделия осуществляют за счет контакта нагревателя с наружной поверхностью, а распределение температуры по высоте обтекателя задают электропроводящими секторами нагревателя разной толщины, соединенными в электрическую цепь последовательно, причем толщину каждого сектора нагревателя определяют по формуле:

где δi - толщина нагревателя в i-м секторе; I - сила тока в электрической цепи; ρ - удельное сопротивление токопроводящего материала; Ri - наружный радиус в i-м секторе; qi - требуемая плотность теплового потока в i-м секторе; Δhi - высота i-го сектора; α - угол наклона поверхности i-го сектора относительно оси обтекателя.

Выражение (1) выводится из решения системы уравнений (см. фиг.1):

где Pi - мощность, выделяемая i-м сектором; ri - электрическое сопротивление i-го сектора; Δli - высота боковой поверхности i-го сектора; Si - площадь поперечного сечения контактного нагревателя в i-м секторе; Δhi - высота i-го сектора; Sbi - площадь наружной боковой поверхности i-го сектора.

Подставляя (9) в (7) находим, что площадь боковой поверхности i-го сектора равна:

Из (2)-(6) находим, что мощность, которая выделяется i-м сектором, равна:

Подставляя (10) и (11) в (8) получим, что плотность теплового потока в i-м секторе равна:

Если известна величина qi в i-м секторе, то можно найти требуемую толщину покрытия или электропроводящего материала:

Способ иллюстрирует схема, представленная на чертеже. Нагреватель 1 вместе с токоведущими шинами 2 располагают на обтекателе 3. Сверху надевают кожух 4 из теплоизоляционного материала. Теплоизоляционный кожух необходим для исключения тепловых потерь в окружающую среду.

Практически, предлагаемый способ теплового нагружения реализуется следующим образом. При заданном распределении плотности теплового потока по высоте обтекателя конструкцию условно разделяют по секторам с одинаковой плотностью теплового потока, далее формируют нагреватель из токопроводящего материала, толщину которого выбирают по формуле (1).

Заявленный способ дает возможность воспроизвести аэродинамический нагрев на неметаллических элементах летательных аппаратов сложной геометрической формы. Способ был отработан при задании тепловых режимов перфорированных стеклопластиковых накладок и керамических обтекателей.

Похожие патенты RU2456568C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБТЕКАТЕЛЕЙ РАКЕТ ИЗ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 2015
  • Райлян Василий Семёнович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Резник Сергей Васильевич
  • Алексеев Дмитрий Владимирович
  • Фокин Василий Иванович
RU2571442C1
СПОСОБ ТЕПЛОВОГО НАГРУЖЕНИЯ ОБТЕКАТЕЛЕЙ РАКЕТ ИЗ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 2012
  • Райлян Василий Семёнович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Алексеев Дмитрий Владимирович
  • Фокин Василий Иванович
  • Неповинных Виктор Иванович
RU2517790C1
СПОСОБ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБТЕКАТЕЛЕЙ РАКЕТ ИЗ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 2015
  • Райлян Василий Семёнович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Алексеев Дмитрий Владимирович
  • Фокин Василий Иванович
  • Гусев Руслан Михайлович
RU2599460C1
Способ теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов 2017
  • Райлян Василий Семёнович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Алексеев Дмитрий Владимирович
  • Фокин Василий Иванович
  • Неповинных Виктор Иванович
  • Терехин Александр Васильевич
RU2676397C1
Способ теплового нагружения обтекателей ракет 2018
  • Райлян Василий Семёнович
  • Антонов Владимир Викторович
  • Алексеев Дмитрий Владимирович
  • Иванов Василий Александрович
  • Духова Татьяна Александровна
RU2696939C1
СПОСОБ ТЕПЛОВОГО НАГРУЖЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ИЗ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 2013
  • Неповинных Виктор Иванович
  • Райлян Василий Семенович
  • Терехин Александр Васильевич
  • Воробьев Сергей Борисович
RU2534362C1
Способ тепловых испытаний натурных керамических элементов летательных аппаратов 2018
  • Райлян Василий Семенович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Малахов Алексей Владимирович
  • Фокин Василий Иванович
  • Гусев Руслан Михайлович
RU2690048C1
Способ тепловых испытаний элементов летательных аппаратов 2018
  • Райлян Василий Семёнович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Резник Сергей Васильевич
  • Алексеев Дмитрий Владимирович
  • Фокин Василий Иванович
RU2703491C1
Способ тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов 2016
  • Райлян Василий Семёнович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Алексеев Дмитрий Владимирович
  • Фокин Василий Иванович
RU2632031C1
Способ испытания обтекателей ракет из неметаллических материалов 2017
  • Райлян Василий Семёнович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Резник Сергей Васильевич
  • Алексеев Дмитрий Владимирович
  • Фокин Василий Иванович
RU2637176C1

Реферат патента 2012 года СПОСОБ ТЕПЛОВОГО НАГРУЖЕНИЯ ОБТЕКАТЕЛЕЙ РАКЕТ ИЗ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты в наземных условиях и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов. Заявленный способ включает нагрев за счет контакта нагревателя с наружной поверхностью обтекателя. Распределение температуры по высоте обтекателя задается электропроводящими секторами нагревателя разной толщины, соединенными в электрическую цепь последовательно. Способ содержит: условное разбиение поверхности обтекателя на сектора с одинаковой требуемой плотностью теплового потока, выбор толщины нагревателя в каждом секторе, формирование нагревателя и расположение его на обтекателе, расположение на обтекателе токоведущих шин и кожуха из теплоизоляционного материала. Техническим результатом изобретения является увеличение точности задания температурного поля в процессе тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 456 568 C1

Способ теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов, включающий зонный нагрев изделия и измерение температуры, отличающийся тем, что нагрев изделия осуществляют за счет контакта нагревателя с наружной поверхностью, а распределение температуры по высоте обтекателя задают электропроводящими секторами нагревателя разной толщины, соединенными в электрическую цепь последовательно, причем толщину каждого сектора нагревателя определяют по формуле

где δi - толщина нагревателя в i-м секторе; I - сила тока в электрической цепи; ρ - удельное сопротивление токопроводящего материала; Ri - наружный радиус в i-м секторе; qi - требуемая плотность теплового потока в i-м секторе; Δhi - высота i-го сектора; α - угол наклона поверхности i-го сектора относительно оси обтекателя.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2456568C1

RU 94036272 A1, 27.07.1996
Прибор для вычерчивания дуг окружностей 1950
  • Бузо С.А.
SU88147A1
Стенд для теплотехнических и аэродинамических испытаний теплообменных поверхностей 1985
  • Бобошко Виктор Александрович
  • Петров Леонид Леонидович
  • Мацов Виктор Иерамиилович
  • Кузнецов Давид Аронович
  • Андреев Леонид Михайлович
  • Рындя Николай Владимирович
  • Боград Владимир Михайлович
SU1354043A1
JP 5010854 A, 19.01.1993.

RU 2 456 568 C1

Авторы

Райлян Василий Семёнович

Русин Михаил Юрьевич

Резник Сергей Васильевич

Алексеев Дмитрий Владимирович

Фокин Василий Иванович

Даты

2012-07-20Публикация

2011-02-22Подача