полета с числами M
≈
10
уровень температуры на кромках носовой части
и воздухозаборника таких аппаратов достигает
2400
K. Обеспечить ука-
занный уровень температур на установках радиационного нагрева способны
нагреватели с плотностью падающего потока не менее 2000 кВт/м
2
.
В настоящее время потоки такой мощности для конструкции с большой
поверхностью и в течение длительного времени могут быть реализованы
при использовании водоохлаждаемых газоразрядных источников излучения
(ГИИ), способных генерировать потоки плотностью до 2000. . . 2500 кВт/м
2
.
Однако ресурс таких источников ограничен временем работы 10. . . 15 мин
при мощности не более 65 кВт [7], а повышение мощности сильно сокращает
ресурс.
Реальную возможность повышения мощности ГИИ с одновременным
увеличением ресурса работы до десятков минут сулит применение в их
конструкции новых материалов типа лейкосапфира. Сравнение его харак-
теристик с характеристиками кварцевого стекла, применяемого сегодня для
изготовления оболочек ГИИ, приведено в таблице [8].
Из приведенных в таблице данных следует, что лейкосапфир по сравне-
нию с кварцевым стеклом имеет существенно большие теплопроводность и
прозрачность и на порядок больший коэффициент линейного расширения.
Одним из важных параметров, позволяющих судить о работоспособности
ГИИ повышенной мощности, является температурное состояние их оболо-
чек.
Характеристики лейкосапфира и кварцевого стекла
Свойства
Лейкосапфир Кварцевое стекло
Диапазон пропускания, мкм
0,17–5,5
0,16–3,5
Показатель преломления,
n
1,75449
1,46
Потери отражения, %
14
7
Коэффициент поглощения, мм
−
1
0,00003
0,0035
Плотность, г/см
3
3,97
2,2
Температура плавления,
◦
С
2040
1473
Коэффициент теплопроводности, Вт/м
∙
K
27,21
1,38 (20
◦
C)
Коэффициент термического расширения, 1/K 5,6
∙
10
−
6
0,54
∙
10
−
6
Из двух цилиндрических оболочек ГИИ, образующих его конструкцию,
в наихудших условиях работает внутренняя (горячая) оболочка.
Далее приведены результаты анализа температурного состояния оболо-
чек, выполненных из кварцевого стекла или лейкосапфира, в целях оценки
перспективы его использования в конструкции водоохлаждаемых ГИИ боль-
шой мощности.
Для определения температуры внутренней (горячей) поверхности обо-
лочки ГИИ
T
1
и ее внешней, охлаждаемой водой, поверхности
T
2
были
использованы зависимости, приведенные в работе [6]:
T
1
=
T
2
+ (
q
т
+
q
0
ξ
)
h
λ
;
ξ
= 1
−
1
−
e
−
Bu
Bu
;
T
2
=T
x
+
q
т
+
q
0
(1
−
e
−
Bu
)
α
x
,
132 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2014. № 4
