Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет

Классы МПК:G05D23/19 с использованием электрических средств 
B64G7/00 Имитация космических условий, например для установления условий жизнеобеспечения
G01N17/00 Исследование устойчивости материалов к атмосферному или световому воздействию; определение антикоррозионных свойств
Автор(ы):
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" (ОАО "ОНПП "Технология") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2010-12-08
публикация патента:

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

способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971

где KT - коэффициент пропорциональности;

mспособ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 - масса компонента с большей степенью черноты;

М - общая масса компонентов;

способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 - наибольший коэффициент степени черноты;

способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 0 - 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 (Cr2 O3), а с меньшей степенью черноты порошок диоксида алюминия (Al2O3) или окиси кремния SiO 2.

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

способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971

где q - плотность теплового потока;

способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 - теплопроводность подслоя;

способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 - толщина подслоя.

При инфракрасном нагреве тепловой поток, поглощаемый поверхностью, при постоянном общем потоке qобщ. пропорционален коэффициенту черноты поверхности способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 n, т.е.

способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971

Из уравнения (1) и (2) видно, что изменением способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 n можно воспроизвести теплообмен обтекателя с окружающей средой.

Изменение способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 n можно задать с помощью двух высокотемпературных порошков одинакового помола: один - с коэффициентом черноты, близким к единице (способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 ), другой - с близким к нулю (способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 0).

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.

способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 ,

где mспособ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 - 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:

способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 ,

а количество частиц другой составляющей

способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971

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

способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971

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

способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971

Подставляя выражение (3) в (4) получили

способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971

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 (Al2 O3) и окиси кремния (SiO2).

способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971

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 (способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 =0,86) и диоксид алюминия (способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 0=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.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

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

способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 ,

где KT - коэффициент пропорциональности;

mспособ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 б - масса компонента с большей степенью черноты;

М - общая масса компонентов;

способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 б - наибольший коэффициент степени черноты;

способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет, патент № 2451971 0 - 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 (Cr2 O3), 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 (Cr2O 3), а с меньшей степенью черноты - порошок окиси кремния (SiO2).


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2451971

patent-2451971.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс G05D23/19 с использованием электрических средств 

Патенты РФ в классе G05D23/19:
устройство стабилизации температуры -  патент 2519282 (10.06.2014)
термостат для калибровки и проверки океанографических приборов -  патент 2506624 (10.02.2014)
регулирующая насадка для управления радиаторным клапаном -  патент 2503931 (10.01.2014)
устройство для регулирования температуры -  патент 2475804 (20.02.2013)
частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения с распределенной нагрузкой -  патент 2472279 (10.01.2013)
многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения -  патент 2471282 (27.12.2012)
терморегулятор с функциями фазового регулирования и контроля перехода фазы через ноль -  патент 2459232 (20.08.2012)
управление отопительной системой на основе требуемой тепловой мощности -  патент 2450313 (10.05.2012)
способ оценки комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата -  патент 2442934 (20.02.2012)

способ настройки рабочего диапазона температур терморегулирующего устройства -  патент 2400797 (27.09.2010)

Класс B64G7/00 Имитация космических условий, например для установления условий жизнеобеспечения

Патенты РФ в классе B64G7/00:
способ моделирования физиологических эффектов пребывания на поверхности планет с пониженным уровнем гравитации -  патент 2529813 (27.09.2014)
способ наземной имитации полета космических аппаратов в космосе -  патент 2527632 (10.09.2014)
способ тепловых испытаний приборного отсека летательного аппарата -  патент 2526406 (20.08.2014)
многофункциональный учебно-тренировочный комплекс для подготовки космонавтов (астронавтов) к внекорабельной деятельности (варианты) -  патент 2524503 (27.07.2014)
способ имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима космического аппарата -  патент 2519312 (10.06.2014)
функционально-моделирующий стенд для создания условий интерактивного безопорного пространства и пониженной гравитации -  патент 2518478 (10.06.2014)
способ испытаний многозвенной механической системы космического аппарата на функционирование и устройство для его осуществления -  патент 2516880 (20.05.2014)
тренажер внекорабельной деятельности космонавтов -  патент 2506648 (10.02.2014)
тренажерный комплекс орбитального узлового модуля российского сегмента международной космической станции -  патент 2506647 (10.02.2014)
грузовой макет ракетоносителя -  патент 2491211 (27.08.2013)

Класс G01N17/00 Исследование устойчивости материалов к атмосферному или световому воздействию; определение антикоррозионных свойств

Патенты РФ в классе G01N17/00:
способ определения коррозионного состояния подземной части железобетонных опор -  патент 2528585 (20.09.2014)
способ прогнозирования долговечности промышленных противокоррозионных лакокрасочных покрытий для металлических поверхностей -  патент 2520164 (20.06.2014)
портативная лабораторно-полевая дождевальная установка -  патент 2519789 (20.06.2014)
способ контроля стойкости трубных сталей против коррозионного растрескивания под напряжением -  патент 2515174 (10.05.2014)
способ определения плотности дефектов поверхности оптической детали -  патент 2515119 (10.05.2014)
устройство для контроля проникновения локальной коррозии в металлические конструкции -  патент 2510496 (27.03.2014)
способ прогнозирования аварийного технического состояния трубопровода канализационной системы -  патент 2508535 (27.02.2014)
способ оценки стойкости сварных изделий из низкоуглеродистых сталей к коррозионному растрескиванию под напряжением -  патент 2506564 (10.02.2014)
способ оценки стойкости стальных изделий против локальной коррозии -  патент 2504772 (20.01.2014)
установка для коррозионных испытаний -  патент 2502981 (27.12.2013)

Наверх