10.3. Индукционный и кондуктивный нагревы

Индукционный нагрев происходит в нагреваемой конструкции-проводнике, расположенной в спиральной катушке-индукторе или вблизи ее. В катушке-индукторе создают переменное магнитное поле, которое возбуждает переменное магнитное поле в нагреваемой конструкции. Магнитное поле создает электрическое поле. Теплота, выделяемая образовавшимся током, нагревает конструкцию. В установках поверхностного нагрева индуктор подключают к генератору через понижающий трансформатор.

По применяемым частотам индукционные установки разделяют на типы с промышленными, повышенными и высокими частотами. Диапазон повышенных частот от 500 до 10000 Гц. Высокие частоты – более 10 кГц и выше.

Преимущества индукционного нагрева в возможности прямого нагрева материалов-проводников с исключением переноса массы с нагревателя на ОИ.

Тепловой поток в нагреваемом теле определяется по известной формуле:

(10.3)

где с – коэффициент учета рассеивания магнитно поля; I – сила тока, А; R ‑ сопротивление нагреваемого тела-проводника, Ом; размерность теплового поля ‑ Вт.

Нагрев теплопроводностью (кондуктивный) конструкции происходит нагретой частью конструкции. Теплота распространяется в теле путем передачи кинетической энергии от более нагретых молекул менее нагретым, находящимся в соприкосновении. ОИ обкладывают нагревательными элементами (тепловыми одеялами), состоящими из металлических лент обклеенных электроизолирующими материалами. При подаче электрического тока на металлическую ленту она нагревается и передает теплоту ОИ. Температура, которую получают на поверхности ОИ достигает 350 К, а плотность теплового потока – 20 кВт/м² .

Передача теплоты от теплового одеяла к ОИ зависит от физических свойств контактной пары, силы прижатия, чистоты обработки контактных поверхностей, окисных пленок и пр.

10.4. Электронный нагрев и нагрев пропусканием тока

Электронный нагрев поверхности конструкции ОИ происходит следующим образом: энергия пучка электронов, ускоренных в электрическом поле направляется на ОИ, поверхность которого нагревается под действием электронов.

Этот способ нагрева позволяет достаточно хорошо моделировать взаимодействие материала гиперзвуковых и воздушно-космических ЛА с частицами при входе в плотные слои атмосферы. Плотность Тепловы потоков при этом способе нагрева достигает значения 10⁵ кВт/м² . Электронный нагрев позволяет контролировать тепловыделение в ОИ по значению электронного тока, что не вызывает дополнительных проблем при испытаниях и анализе их результатов.

Для электронного нагрева используют электронные и магнитронные пушки, а также иные электронные установки.

Нагрев пропусканием тока используется в том случае, когда через ОИ можно пропустить электрический ток малого напряжения и большой силы. Преимущество такого способа в том, что тепловыделение происходит непосредственно в ОИ, уменьшается время нагрева и тепловые потери.