Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов - Афанасьев В.А.
ISBN 5-7035-0318-3
Скачать (прямая ссылка):
Существенным отличием магнетронных пушек (рис. 2.98) является то, что электронный пучок располагается в продольном магнитном поле соосно с электрическим полем. Магнитное поле участвует в формировании, управлении и проведении пучка электронов от катода до нагреваемого объекта. Преимуществом пушки магнетронного типа является простота геометрической формы электродов и меньшие по сравнению с аксиальной электронно-лучевой пушкой требования к точности взаимного расположения.
Метод нагрева образцов пропусканием тока заключается в том, Что непосредственно по образцу пропускается электрический ток
207
большой плотности и малого напряжения. Такой метод пригоден только для электропроводных образцов. Основное его преимущество — тепловыделение непосредственно в образец, что позволяет уменьшить постоянную времени нагрева и тепловые потери. Согласно закону Джоуля — Ленца за время йх в элементарном объеме образца в виде цилиндра выделяется количество теплоты, которое можно определить по следующей зависимости:
<*2= р[2йУ их ,
где йУ- йБси — величина элементарного объема, м3; I — плотность тока, А/м2; р — удельное электрическое сопротивление, Ом м.
7 4 5
Рис. 2.96. Схема многопушечного блока
с кольцевым расположением пушек: / - электронный луч; 2 - отклоняющая электронная пушка; 3 - анод; 4 - катод; 5 - фокусирующий электрод; б - испытуемый объект
Зависимость теплового потока от силы тока можно представить в следующем виде:
Ф= рі2 . (2.86)
^4
Рис. 2.97. Схема плоскосимметричного электронного излучателя с линейным катодом прямого канала: I - катод; 2 - фокусирующий электрод; 3 - анод; 4 - электронный луч
Зависимость (2.86) справедлива для однородного участка электрической цепи. Для конкретных стендов необходимо вводить корреляционный коэффициент к:
208
Ф = крі2.
Глубина проникновения А электрического тока определяется по формуле
А= 5030^^".
Так, например, для образца из стали Х18Н9Т при / « 50 Гц, р = 2-Ю"5 Ом см, взятого при Т - 673 К и ц = 1 В с/(А см), глубина проникновения электрического тока составит А - 32 мм.
Рис. 2.98. Схема магнетронной пушки: 1 - катод; 2 - фокусирующий электрод; 3 - анод; 4 - формирующая магнетронная катушка; 5 - электронный пучок; б - испытуемый объект; 7 - фокусирующая магнитная катушка
Непосредственное пропускание тока через образец является простым и экономичным методом нагрева с темпом изменения температуры порядка 700 — 900 К/с. К преимуществам такого метода относится возможность программного нагрева и непосредственного наблюдения поверхности образца во время испытаний.
Однако этот метод имеет существенные недостатки:
— невозможно получить однородное температурное поле по рабочей длине образца, поскольку распределение температур имеет параболический характер, причем температура образца при удалении от его середины резко понижается. Неравномерность прогрева объясняется отводом тепла в захваты;
— пропускание больших токов через образец может привести к локальным его перегревам и изменению структур, что вызовет искажение результатов механических испытаний;
— значительный перепад температуры по радиусу, который наблюдается у образцов из материалов с малым коэффициентом теплопроводимо-сти, вносит погрешность в изменяемые прочностные характеристики;
209
— температуру образца, нагретого током, практически невозможно измерить с необходимой точностью с помощью привязанных и даже при* варенных к его поверхности термопар. Термопары показывают темпера* туру, заниженную по сравнению с действительной на десятки градусов. Так, при температуре 1000вС температура, измеренная приваренной к по* верхности образца в середине его рабочей длины термопарой, будет от» личаться на 50 — 70°С от температуры, замеренной на оси образца;
— на показания термопар влияет паразитная ЭДС, развиваемая переменным магнитным током образца во входной цепи усилителей при* боров регистрации температуры;
— по сечению образца возникают температурные напряжения, которые могут привести к его разрушению.
2.3.2.
Тепловакуумные испытания
Тепловакуумные испытания КЛА и его элементов являются комплексными (многофакторными) испытаниями, так как на испытуемый объект одновременно воздействуют как минимум два фактора — температура, диапазон которой может колебаться от -130°С до +150°С, и пониженное давление окружающей среды.
Целью таких испытаний является отработка конструкции КЛА и его систем на функционирование, определение предельных возможностей испытуемого объекта, определение прочностных характеристик конструкции, определение фактического устройства теплоизоляции КЛА, а также уточнение математической модели тепловых режимов КЛА в целом и его элементов.
Рис. 2.99. Схема тепловакуумной камеры «Дженерал электрик» с ИСИ неосевой оптической схемы: / - система вращения объекта испытаний; 2 - объект испытаний; 3 - криоэкраны; 4 - корпус ТВК; 5 - оптический отсек камеры; б - параболическое зеркало;
7 - ксеноновая дуговая лампа; 8 - линзовая система; 9 - плоское зеркало
210
Тепловакуумные испытания имеют следующие особенности:
