Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов - Афанасьев В.А.
ISBN 5-7035-0318-3
Скачать (прямая ссылка):
Интегральный способ характеризуется тем, что излучатели собираются на единой опорной конструкции с общим рефлектором. Нагреватель в этом случае проектируется под конкретный тип конструкции и в какой-то степени повторяет ее обводы (рис. 2.81,а).
Преимуществом такого способа является возможность добиться
189
требуемого значения и распределения плотности теплового потока и заранее предусмотреть приложение нагрузки к конструкции. Такие нагреватели имеют более высокий КПД.
Рис. 2.81. Способы построения инфракрасных нагревателей:
а - интегральный; б - модульный в - индивидуальный: 1 - испытуемый объект; 2 - излучатели; 3 - рефлектор
Недостаток данного способа — ограниченные возможности использования нагревателя при высокой стоимости его изготовления.
Интегральный способ в основном применяется только в серийных испытаниях.
Модульный способ объединяет небольшое количество равномерно расположенных излучателей. Изготовляют несколько типоразмеров стандартных нагревателей, из которых в дальнейшем собираются панели нагревателей различных конструкций (рис. 2.81,6).
Преимуществом данного способа является универсальность нагревателей, возможность многократного их использования при испытаниях различных конструкций и, как следствие, их экономическая выгодность.
Недостаток данного способа — искажение поля теплового потока в местах стыка отдельных блоков, где образуются неизлучающие зоны и усиливается естественная конвекция из-за притока воздуха через зазоры между блоками.
Модульный вариант построения нагревателя целесообразно применять на временных стендах.
Индивидуальный способ заключается в создании нагревателей из одного излучателя с рефлектором, из которых в дальнейшем собираются нагревательные панели (рис. 2.81,в).
Преимущества данного способа: возможность учета особенностей нагревания путем неравномерной установки нагревателей; индивидуальность управления каждым нагревателем; создание для нагревателя рефлектора требуемой геометрии, что позволяет получать повышенную плотность потока за счет фокусировки лучистой энергии.
|9м
Такой способ рекомендуется при испытаниях небольших изделий или отдельных участков, где требуется повышенная точность воспроизведения температурных полей.
Одной из основных характеристик инфракрасного нагревателя является плотность лучистого потока О, (кВт/м2) и зависимость ее от подводимой электрической мощности: ц = / (\?)
Второй важной характеристикой является степень неравномерности плотностей лучистых потоков к.
На к влияют форма и состояние (степень черноты и температура) рефлектора и облучаемой поверхности, высота расположения нагревателя (расстояние от оси излучателя до нагреваемой поверхности), расстояние между излучателями.
При автоматическом управлении плотностью лучистого потока необходимо знать инерционные характеристики излучателя.
Инерционность инфракрасных излучателей в основном определяется теплоемкостью излучателей, рабочей температурой и степенью черноты поверхности излучателя, а также конвективным теплообменом с окружающей средой, теплоемкостью рефлекторов и токопрово-дящей арматуры (контактов).
Существует параметр %/ф , характеризующий инерционность нагревателя (рис. 2.82). Этот параметр %/<р зависит от постоянной времени % и характеристики излучателя
где с — удельная теплоемкость материала излучателя при температуре Т, Дж/(кг • К); ? — степень черноты поверхности излучателя при температуре Р, 8 — определяющий размер излучателя, м; 6 = У/Б; V — объем материала излучателя, м3; 5 — площадь излучающей поверхности материала, м2; р — плотность материала, кг/м3.
Под постоянной времени X понимается время увеличения температуры от текущей температуры Т$ на величину
7= 0,63(Гу- Г0)
при мгновенном увеличении подаваемой на излучатель мощности (рис. 2.83).
В
?00 1000 ШО 1800 20001 к
Рис. 2.82. Определение инерционности инфракрасного нагревателя
191
Зная характеристику излучателя <р, нетрудно найти по графику постоянную времени х (в секундах). В табл. 2.5 приведены расчетные значения постоянной времени для различных типов инфракрасных нагревателей.
Установившаяся температура Ту одиночного излучателя при заданном значении подаваемой мощности может быть определена по формуле
т.к
X
с----
где |! — обобщенный параметр, характеризующий потери теплоты за счет конвекции и теплопроводности; при испытаниях в спокойной среде он равен ~ 0,9.
Важной характеристикой инфракрасного нагревателя является срок службы излучатель-ных элементов. Известно, что при нагревании на воздухе материалы окисляются. Температура окисления зависит от химического состава материала излучателя и изменяется в широких пределах.
Тугоплавкие материалы — молибден и вольфрам — начинают окисляться при температуре 570 — 600 К, графит — при температуре 670 — 720 К, хро-моникелевые сплавы (нихромы) и хромалюминиевые сплавы — при температуре, близкой к температуре плавления, т.е. при 1300 — 1500 К.
С увеличением температуры излучателя и скорости движения воздуха интенсивность окисления возрастает. У излучателей из графита срок службы при высоких температурах исчисляется минутами, а у нагревателей с нихромовыми излучателями при рабочих температурах — сотнями часов.
