Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов - Афанасьев В.А.
ISBN 5-7035-0318-3
Скачать (прямая ссылка):
Излучатели из силитовых материалов, выполненных в виде стержней, позволяют нагревать конструкцию до температур 1000 — 1600 К. При температурах 1800 К начинается разложение карбида кремния и разрушение поверхности нагревателя. Такие излучатели в основном служат 2000 ч при температуре 1675 К. При кратковременных испытаниях (т - 10 мин) допускается температура до 1850 К. Эти излучатели могут выдерживать без разрушения темп нагревания до 300 К/с и темп охлаждения при обдувании воздухом до 60 К/с. Силитовые стержни обладают большой тепловой инерцией.
Наиболее широко в качестве излучателей для инфракрасных нагревателей применяются кварцевые лампы (рис. 2.80), в которых излучающим элементом является вольфрамовая спираль, уложенная в герметическую оболочку из кварцевого стекла, заполненную парами йода и аргона.
Статыи воздух 1. 2 },
о о о о о-7 6
о о о о <yj
185
Максимум излучения при температурах от 2600 до 3200 К лежит і инфракрасной области спектра. Мощность кварцевых ламп от 1000 д0 5000 Вт, длина от 250 до 1000 мм, срок годности — до 5000 ч, питание от сети 127, 220 и 380 В. Время нагрева ламп не более 0,6 с Ламіщ могут работать в вакууме. Прочность таких ламп выше, чем стекля*» ных, температурный коэффициент линейного расширения мал, поэто» му даже при попадании брызг воды они не растрескиваются, хорошо переносят циклическую нагрузку.
Возможности инфракрасного нагревателя в получении высоких температур ограничиваются свойствами кварцевой оболочки лампы. При температуре 1450 К, близкой к началу размягчения кварца, теряется прозрачность колбы, происходит резкий скачок температуры кварца, давление внутри колбы повышается и лампа разрушается. Поэтому получение температур выше 1450 К на испытуемой поверхности возможно лишь в течение коротких промежутков времени.
Большое влияние на работоспособность и срок службы нагревателя оказывает состояние поверхности колбы. Загрязнения поверхности, такие, как запыление, осаждение продуктов сгорания, жировые пятна и др., являются причиной местного перегрева отдельных участков колбы, сопровождающегося разрушением лампы.
В случае многорядного распределения ламп может быть применено принудительное охлаждение колб потоками воздуха. Охлаждение поверхности конструкции при этом несущественно, так как конвективный поток пренебрежимо мал по сравнению с лучистым потоком от нагревателя.
Охлаждение колб увеличивает ресурс лампы, а также позволяет производить нагревание конструкции при температурах до 1600 К в течение длительного времени.
Нагреватели с угольными и графитовыми излучателями обладают высокой механической прочностью, сохраняющейся при повышенных температурах, низким модулем упругости, высокой теплопроводностью, низким коэффициентом линейного расширения, высокой излу-чательной способностью, легко поддаются механической обработке, стоят дешево. Применяются при изготовлении нагревательных элементов для печей сопротивления, работающих в вакууме или защитной среде при температуре 3200 К.
Рис. 2.80. Схема кварцевой лампы: 1 - кварцевая колба; 2 - вольфрамовая спираль; 3 - пары аргонно-йодовой смеси; 4 - молибденовые выводы
186
Графитовые материалы отличаются от угольных тем, что они имеют бо'льшую теплопроводность, меньшее электросопротивление, содержат меньшее количество золы, легче поддаются механической обработке. Прочность графита ниже, чем у угля, а химическая стойкость у них примерно одинакова. Высокая теплопроводность и малый коэффициент линейного расширения делают графит малочувствительным к перепадам температур, что позволяет ему выдерживать многократно без разрушений высокие темпы нагрева и охлаждения.
Углеграфитовые излучатели могут применяться в воздушной и инертных средах, в азоте и в вакууме.
При нагревании на воздухе окисление графита начинается при температуре 670—720 К. Образующиеся «при этом легколетучие окислы СО и СО2 удаляются с поверхности, не препятствуя ее дальнейшему окислению. С повышением температуры и скорости протекания газа над нагретой поверхностью скорость окисления графита увеличивается.
Срок службы графитовых нагревателей определяется в основном условиями окисления и испарения излучателей. При нагревании на воздухе до 2500 К время работы нагревателя исчисляется несколькими минутами. При нагревании в вакууме 10 — 10"1 Па и температуре 2600 К продолжительность работы излучателя из графита составляет несколько десятков часов, а при температуре 2700 — 2800 К — несколько часов.
В качестве недостатков инфракрасных излучателей с графитовыми излучателями следует отметить:
— большую тепловую инерцию, обусловленную высокой плотностью материала и относительно большими диаметрами и толщинами излучательных элементов;
— необходимость создания большой силы тока из-за малого электрического сопротивления, что делает громоздкими системы энергоснабжения и управления нагревом;
— необходимость охлаждения электропроводящих шин;
— науглероживание в случае длительного нагрева графитовыми излучателями конструкции из вольфрама, тантала, молибдена, ниобия и т.д. при температурах выше температуры рекристаллизации как в вакууме за счет испарения графита, так и в среде технического аргона за счет образующейся окиси углерода. Науглероживание приводит к некоторому снижению прочности и повышению пластичности указанных материалов.
