Разработка установки концентрированного радиационного нагрева для испытаний образцов высокотемпературных композиционных материалов

Современные летательные аппараты в процессе эксплуатации подвергаются воздействию значительных тепловых нагрузок. Их невозможно создать без экспериментальной отработки теплозащитных материалов и элементов конструкций, для проведения которой необходимы стенды тепловых испытаний. Предложен вариант конструктивно-компоновочной схемы установки радиационного нагрева, работающей по принципу концентрации излучения от большого количества (до 300) серийных шаровых галогенных ламп. В качестве источника излучения предложено использовать серийно выпускаемые шаровые галогенные лампы фирмы OSRAM. Для определения проектных параметров установки разработана методика, основанная на решении геометрической задачи оптимизации. По результатам применения методики показано, что установка, использующая лампы со штатным отражателем, вследствие их малого фокусного расстояния неспособна обеспечить на поверхности образца диаметром 75 мм тепловой поток более 4?105 Вт/м2. В целях повышения уровня падающего потока излучения рассмотрен вариант установки, оснащенной отражателями со значительно большим фокусным расстоянием, с помощью которых на образце диаметром 100 мм достигается тепловой поток 10?105 Вт/м2.
EDN: XAEMLG, https://elibrary/xaemlg

Литература

[1] Hannah B., Weihs H., Elsäßer H. Hot structure flight data of a faceted atmospheric reentry thermal protection system. Int. J. Aerosp. Eng., 2019, pp. 1–16, doi: https://doi.org/10.1155/2019/9754739

[2] Суздальцев Е.И. Керамические радиопрозрачные материалы: вчера, сегодня, завтра. Новые огнеупоры, 2014, № 10, c. 5–18, doi: https://doi.org/10.17073/1683-4518-2014-10-5-18

[3] Абызов А.М. Оксид алюминия и алюмооксидная керамика (обзор). Часть 2. Зарубежные производители алюмооксидной керамики. Технологии и исследования в области алюмооксидной керамики. Новые огнеупоры, 2019, № 2, c. 13–22, doi: https://doi.org/10.17073/1683-4518-2019-2-13-22

[4] Евдокимов С.А., Щеголева Н.Е., Сорокин О.Ю. Керамические материалы в авиационном двигателестроении (обзор). Труды ВИАМ, 2018, № 12, c. 54–61, doi: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2018-0-12-54-61

[5] François J.J., Jankowiak A., Guérineau V. et al. Ultra-high temperature ceramics developments for hypersonic applications. CEAS Aeronaut. J., 2020, vol. 11, no. 3, pp. 651–664, doi: https://doi.org/10.1007/s13272-020-00445-y

[6] [6] Баранов А.Н., Белозеров Л.Г., Ильин Ю.С. и др. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. Москва, Машиностроение, 1974. 344 с.

[7] Гордеев А.Н., Чаплыгин А.В. Теплообмен в высокочастотном индукционном плазмотроне ВГУ-4 при использовании щелевых сопел. Инженерный журнал: наука и инновации, 2020, № 2, doi: https://doi.org/10.18698/2308-6033-2020-2-1953

[8] Полежаев Ю.В., Резник С.В., Баранов А.Н. и др. Материалы и покрытия в экстремальных условиях. Т. 3. Экспериментальные исследования. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 264 с.

[9] Елисеев В.Н., Товстоног В.А. Теплообмен и тепловые испытания материалов и конструкций аэрокосмической техники при радиационном нагреве. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 400 с.

[10] Балджиев Р.С., Просунцов П.В., Резник С.В. и др. Разработка стендов радиационного нагрева для испытания образцов керамических материалов с уровнем температур до 2000 К. Ключевые тренды в композитах: наука и технологии. Межд. науч.-практ. конф. Москва, Диона, 2019, c. 68–73.

[11] Коротких А.Г., Кузнецов В.Т., Архипов В.А. Влияние спектрального состава излучения на характеристики зажигания гетерогенных конденсированных систем. Химическая физика и мезоскопия, 2012, № 2, c. 181–187.

[12] Блох А.Г., Журавлев Ю.А., Рыжков Л.Н. Теплообмен излучением. Москва, Энергоатомиздат, 1991. 432 с.

[13] Find minimum of function using genetic algorithm. mathworks.com: веб-сайт. URL: https://docs.exponenta.ru/gads/ga.html (дата обращения: 02.03.2023).

[14] Галогенные лампы OSRAM. osram.ru: веб-сайт. URL: http://glavsvet.kz/lamps/halogen.html?custom_parent_id=1&напряжение=24%20V%7C12%20V&start=24 (дата обращения: 02.03.2023).

[15] Программные продукты COMSOL. comsol.ru: веб-сайт. URL: https://technet.spbstu.ru/news/8669 (дата обращения: 21.02.2023).

[16] Отражатели и рассеиватели аэродромных прожекторов. technologiya.ru: веб-сайт. URL: https://web.archive.org/web/20220520070158/https://technologiya.ru/ru/447 (дата обращения: 02.03.2023).