Метод выбора параметров рабочей зоны установки концентрированного радиационного нагрева


Авторы

Худорожко М. В.*, Просунцов П. В.**

ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана», 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, с. 1

*e-mail: khudorozko.mixa@gmail.com
**e-mail: pavel.prosuntsov@mail.ru

Аннотация

Предложен вариант установки радиационного нагрева, работающей по принципу концентрации излучения от большого количества серийных шаровых галогенных ламп. Представлено аналитическое решение задачи определения теплового потока, падающего на объект испытаний в системе с излучателем в виде тонкостенного цилиндра и зеркального отражателя. Показано хорошее соответствие аналитического решения и численного, полученного путем моделирования методом конечных элементов. Определение падающего радиационного потока на объект испытаний сводится в этом случае к задаче численного интегрирования аналитического решения, что позволяет увеличить скорость расчета приблизительно в 2000 раз. На основе решения глобальной задачи оптимизации продемонстрирована возможность достижения среднего значения уровня падающего потока излучения в 150 Вт/см2 на образце диаметром 100 мм, что соответствует радиационно-равновесной температуре в 2300 К. Общее энергопотребление установки при этом составляет 100 кВт. 

Ключевые слова:

сверхвысокотемпературная керамика, обратная задача, галогенная лампа, стенд радиационного нагрева, источник концентрированного излучения, эллиптический отражатель, моделирование радиационного теплообмена

Список источников

  1. Аронов Д.И., Клягин В.А. Перспективные методы организации тепловой защиты гиперзвуковых летательных аппаратов // Вестник Концерна ВКО «Алмаз–Антей». 2021. № 1(36). C. 52–66. DOI: 10.38013/ 2542- 0542-2021-1-52-66
  2. Poloni E., Bouville F., Schmid A.L. et al. Carbon ablators with porosity tailored for aerospace thermal protection during atmospheric re-entry // Carbon. 2022. Vol. 195. pp. 80–91. DOI: 10.1016/j.carbon.2022.03.062
  3. Saad A.A., Martinez C., Trice R.W. Ablation performance of rare earth oxide (REO)-stabilized tetragonal and cubic zirconia coatings as a thermal protection system (TPS) for carbon/carbon composites // Journal of the European Ceramic Society. 2023. Vol. 43, № 14. pp. 6449–6460. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2023.06.028
  4. Boehrk H., Weihs H., Elsaber H. Hot Structure Flight Data of a Faceted Atmospheric Reentry Thermal Protection System // International Journal of Aerospace Engineering. 2019. pp. 1–16. DOI: 10.1155/ 2019/975 4739
  5. Sessim M., Shi L., Calvert T.J. et al. Phase-field model of char oxidation in ablative thermal protection system materials // Computational Materials Science. 2024. Vol. 233. DOI: 10.1016/j.commatsci.2023.112713
  6. Meurisse J.B.E., Chatzigeorgis G.B., Diaz P.V. et al. Equilibrium model for the ablation response of silicone coated PICA // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2023. Vol. 201. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstra nsfer.2022.123523
  7. Astapov A.N., Pogodin V.A., Sukmanov I.V. et al. Development of Cf/C-UHTC composite and study of its resistance to oxidation and ablation in high-speed highenthalpy air plasma flow // International Journal of Lightweight Materials and Manufacture. 2024. Vol. 7, № 3. P. 362–377. DOI: 10.1016/j.ijlmm.20 24.02.003
  8. Соколов П.С., Аракчеев А.В., Михальчик И.Л. и др. Сверхвысокотемпературная керамика на основе ZrB2–SiC: получение и основные свойства // Новые огнеупоры. 2017. № 1. C. 33–39. DOI 10.17073/16834518-2017-1-33-39
  9. Liegaut C., Bertrand P., Maille L. et al. UHTC-based matrix as protection for Cf/C composites: Original manufacturing, microstructural characterisation and oxidation behaviour at temperature above 2000 °C // Journal of the European Ceramic Society. 2022. Vol. 42, № 7. P. 3168–3182. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.20 22.02.029
  10. Kumar S., Kushwaha J., Mondal S. et al. Fabrication and ablation testing of 4D C/C composite at 10 MW/m2 heat flux under a plasma arc heater // Materials Science and Engineering: A. 2013. Vol. 566. P. 102–111. DOI: 10.10 16/j.msea.2012.12.059
  11. 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 : cборник материалов Международной научно-практической конференции, Москва, 05–08 декабря 2018 года. 2019. C. 68–73.
  12. Худорожко М.В., Просунцов П.В. Разработка установки концентрированного радиационного нагрева для испытаний высокотемпературных композиционных материалов // XLVII Академические чтения по космонавтике 2023: Сборник тезисов. 2023. T. 1. C. 101–102.
  13. Колесников А.В., Сербин В.И. Моделирование условий внешнего теплообмена космических аппаратов. М.: Информация-XXI век, 1997. 170 с.
  14. Колесников А.В., Палешкин А.В., Пронина П.Ф. и др. Моделирование тепловых нагрузок на поверхность космического аппарата в имитаторе с сетчатыми модулями // Теплофизика высоких температур. 2022. №2(60). С. 242–248. DOI: 10.31857/S00403644220 20260

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2025