АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА ТЕРМОЭМИССИОННОЙ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ

© В.А.Керножицкий, А.В.Колычев
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2014 г.

Актуальным в настоящее время является разработка гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА), способных совершать длительный гиперзвуковой полёт в атмосфере при сохранении основных лётно-технических характеристик. Перед разработчиками ГЛА стоят две основные проблемы: проблема создания системы тепловой защиты и создание гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ГПВРД).

В Балтийском государственном техническом университете разрабатывается термоэмиссионная тепловая защита (ТЭТЗ) элементов конструкции (ЭК) ГЛА, основанная на новом, ранее не применявшемся в данной научной области, явлении термоэлектронной эмиссии — испускании электронов нагретым до температур 1600–2100К металлом. Новизна и работоспособность ТЭТЗ подтверждена патентами на изобретение. В результате проведенных исследований установлено, что основными достоинствами ТЭТЗ являются:

1. Возможность длительного гиперзвукового полёта в условиях тепловых потоков на уровне 2.5–3 МВ т/м2, что позволит крылу с радиусом кромки 0,15 м непрерывно с постоянными параметрами траектории двигаться в атмосфере на высоте 18 км со скоростью 2,5 км/с. Это многократно превосходит существующие альтернативы.

2. Генерация электрической энергии за счёт преобразования тепловой энергии аэродинамического нагрева на уровне 25–27 % от тепла, идущего на нагрев. Т.е. с 1 м2 защищаемой поверхности можно снимать 250–400 кВт электрической энергии. По этому параметру ТЭТЗ не имеет аналогов.

3. Возможность направить генерируемую электрическую энергию на работу плазменного поджига и поддержания горения в камере сгорания ГПВРД. Таким образом, решается фундаментальная задача создания ГПВРД, функционирующего в большом диапазоне высот и скоростей.

4. ТЭТЗ обладает свойствами управляемости (изменение снимаемых электронами тепловых потоков от величины сопротивления на полезной нагрузке) и диагностики нагрева оболочки, что является следствием зависимости эмиссии электронов от температуры.

В настоящее время ведётся разработка экспериментального образца (ЭО). Основными аспектами, которые необходимо учитывать при разработке ЭО являются:

– форма и материалы электродных оболочек (катода и анода);

– форма и материалы электроизоляции и дистанциаторов;

– источники паров цезия, функционирующих независимо от ускорения ГЛА;

– система охлаждения анода.

При разработке ЭО ТЭТЗ все эти аспекты были учтены, проработаны и в результате работы сформулирован облик ЭО.