Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов - Афанасьев В.А.
ISBN 5-7035-0318-3
Скачать (прямая ссылка):
При достижении разности потенциалов, достаточной для пробоя газового промежутка, например между точками б и г (рис 2.76), развивается новый дуговой канал. Новый канал имеет меньшую длину, а следовательно, и меньшее сопротивление. Канал бе, шунтированный новым разрядным каналом бг, гаснет. Новый конец дуги будет выдуваться потоком газа к выходу из анода до тех пор, пока не произойдет его шунтирование после очередного пробоя. Так как на стенках электрода существуют шероховатости и дуга расположена не строго по оси, место шунтирования определяется случайно. Поэтому полученные колебания не стабилизированы ни по фазе, ни по амплитуде.
Обычно необходимые параметры горения дуги (ток / и напряжение ид) получают введением в цепь дуги балластного сопротивления (см. рис. 2.81, поз. 2):
и-ид
где I/ — напряжение источника питания 7.
При этом балластное сопротивление должно быть выбрано таким, чтобы соблюдалось условие устойчивости положения равновесия.
Одной из важнейших характеристик дуг, горящих в ЭДНГ, является вольт-амперная характеристика. Она определяет область устойчивых режимов работы и электрические параметры ЭДНГ. Вольт-ампер-
180
ними характеристиками называют семейство кривых, которые показывают зависимость напряжения на дуге от силы тока. Так как напряжение ДУ™ складывается из катодного и анодного падения потенциалов й падения потенциалов в столбе дуги, эти характеристики объясняют не электрические свойства дуги, а свойства ЭДНГ в целом. Вольт-амперные характеристики в основном определяются сопротивлением электрической дуги. Сопротивление дуги — функция многих переменных, изменяющаяся с ростом температуры нелинейно, поэтому и 80льт-амперные характеристики являются нелинейными.
На горение дуги в ЭДНГ влияет ряд факторов, определяющих пространственно-временное распределение источников тепла в дуге и условия рассеяния энергии в окружающую среду (унос тепла газом). Суммарный эффект влияния всех факторов сказывается на вольт-амперной характеристике дуги. Вольт-амперная характеристика зависит от расхода рабочего газа, его давления и способа подвода, геометрических размеров, формы и расположения электродов, материала электродов, полярности, собственного электромагнитного поля и других факторов.
Для ЭДНГ тепловой КПД представляет собой отношение теплового потока к мощности дуги:
где (? — расход газа, кг/с; АЛ — удельная энтальпия, Дж/кг; и — напряжение, В; / — сила тока, А.
Тепловой КПД зависит от следующих факторов:
а) конвективного теплообмена между нагреваемым газом и поверхностями электродов;
б) потерь тепла в опорных пятнах дуги;
в) потерь, определяемых излучением дуги и газа.
Потери тепла, описанные в п. «б» и «в», пренебрежимо малы. Таким образом, тепловой КПД высоковольтного плазмотрона ЭДНГ определяется главным образом теплопереносом.
К основным недостаткам ЭДНГ относятся:
— эрозия электродов, загрязняющая газовый поток;
— малый размер диаметра струй газа;
— наличие в струе пульсации температуры, плотности, скорости и Других параметров и неоднородное их распределение по сечению струи.
Принцип действия газоплазменных нагревателей заключается в сжигании горючих газов в смеси с воздухом или кислородом.
Достаточно хорошие характеристики получаются при сжигании смеси ацетилена с кислородом: плотность теплового потока может
181
превышать 2000 кВт/м2, температура пламени достигает значений 3800 К, Для нагрева больших поверхностей отдельные горелки объединяют 9 блоки.
Но газоплазменные нагреватели не получили широкого распроск ранения при тепловых испытаниях на прочность из-за следующих не» достатков:
— потребности в больших количествах газа;
— потребности в мощных вытяжных вентиляционных системах;
— взрывоопасности;
— сложности регулирования температуры нагрева;
— несоответствия химического состава нагретого газа условиям эксплуатации ЛА.
Радиационный метод нагрева характеризуется тем. что испытуемая конструкция нагревается за счет превращения в теплоту электро-магнитных колебаний излучения нагревателя. При этом окружающая среда непосредственно не участвует в переносе тепла и нагревается до невысоких температур.
Такой метод нагрева позволяет получить достаточно однородное поле температуры на испытуемой конструкции. Благодаря универсальности и сравнительной простоте установок этот метод получил наибольшее распространение при проведении таких видов испытаний ЛА, как теплостатические и тепловакуумные.
Теплопередача излучением рассчитывается с помощью законов Стефана — Больцмана и Ламберта.
Закон Стефана — Больцмана позволяет определить плотность теплового потока, излучаемого телом, имеющим относительный коэффициент лучеиспускания (степень черноты) 8 и нагретого до температуры Тцг:
(/= еаГц5 ,
где а - 5,7-Ю"8 Вт/(м* К4).
Закон Ламберта определяет тепловой поток излучения в определенном направлении:
<*0ф= ^^г^-совф-ла^,
где ф — угол между нормалью к излучающей площадке <кТ и направлением распространения излучения; (Ю. — элементарный угол с вершиной в центре площадки ДО.
Так как излучение передается электромагнитными колебаниями, то а соответствии с законом Голицына — Вина длина волны, на которой имеет место максимум излучения, определяется соотношением
