Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
В настоящее время разрабатываются перспективные изделия авиационной и ракетно-космической техники элементы которых подвергаются воздействию высокоэнтальпийного потока воздуха, под действием которого их поверхность нагревается до температур, превышающих 2000 К [1]. Для создания наиболее теплонагруженных элементов конструкции данных летательных аппаратов используют высокотемпературные композиционные материалы (англ. UHTC) [2]. Создание подобного рода конструкций невозможно без проведения масштабной экспериментальной отработки, для которой требуется наличие соответствующей технической и испытательной базы. На сегодняшний день для испытания образцов и элементов конструкций из керамических материалов используется достаточно широкий спектр установок газодинамического и радиационного нагрева. Наибольшее распространение получили установки радиационного нагрева на основе трубчатых галогенных ламп. Так, в [3] представлен проект установки радиационного нагрева, которая позволяет достигать уровня рабочих температур на поверхности образца в 2000 К. При этом работа галогенных ламп обеспечивается их обдувом потоком сжатого воздуха [4]. Расчеты показывают, что установки этого типа работают практически на пределе своих возможностей поскольку, дальнейшее увеличение мощности приводит к перегреву колб ламп с последующим выходом их из строя.
Дальнейшее повышение рабочей температуры на поверхности испытываемых образцов материалов и элементов может быть достигнуто на основе использования принципа концентрации излучения от большого количества сравнительно маломощных (100-400 Вт) источников излучения. В качестве таких источников предлагается использовать шаровые галогенные лампы OSRAM, например 64635 HLX и 64652 HLX. В связи с невысокой мощностью у данных источников отсутствует проблема перегрева колб, а возможности повышения уровня падающего потока излучения данной установки ограничиваются лишь количеством используемых ламп.
Однако на сегодняшний момент отсутствуют методики как моделирования полей температуры и излучения в рабочих зонах установок подобного типа, так и методики их проектирования. Использование эмпирического подхода к созданию установок может привести к перебору большого количества вариантов при отсутствии гарантии получения оптимального результата. Поэтому предложена методика проектирования установки радиационного нагрева, основанная на решении геометрической обратной задачи. Формулировка обратной задачи предусматривает минимизацию квадратичного функционала невязки заданных и расчетных значений величин падающего потока излучения на поверхности объекта испытаний.
С использованием данной методики был разработан проект установки радиационного нагрева, в которой используется 25 ламп OSRAM 64635 HLX с мощность 150 Вт каждая. При этом предполагалось использовать данные лампы с их штатными отражателями, фокусное расстояние которого составляет всего 21 мм. Было показано, что использование данных ламп со штатными отражателями позволяет достичь уровня падающего потока излучения не выше 4·105 Вт/м2.
Повышение уровня потока, падающего на объект излучения, может быть достигнуто при использовании ламп увеличенной до 250 Вт мощности совместно с использованием параболических или эллиптических отражателей с фокусным расстоянием до 2500 мм. Показано, что в этом случае уровень падающего потока излучения на поверхности объекта испытаний может достигать·107 Вт/м2, что позволяет производить нагрев до уровня температур в 2100 К.
Таким образом показана теоретическая возможность создания установки концентрированного радиационного нагрева для испытаний высокотемпературных композиционных материалов, с уровнем температуры до 2100 К.
