НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o140.pdf (858.74Кб)

УДК 533.16

1 АО «ВПК «НПО машиностроения», Реутов, Россия 2 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

Процесс движения гиперзвуковых летательных аппаратов в плотных слоях атмосферы Земли сопровождается существенным обгаром их тепловой защиты, что сказывается на аэродинамических и массово-инерционных и центровочных  характеристиках изделия.
Для корректного расчета параметров движения гиперзвуковых летательных аппаратов необходимым является:
   - использование расчетно-теоретических методик определения абляционных характеристик теплозащитных материалов;
   - учет в рамках этих расчетно-теоретических методик прохождения всех основных физико-химических превращений, сопутствующих их абляции;
   - апробация этих расчетно-теоретических методик на широком круге экспериментальных данных.
Приведённая модель расчёта термохимического разрушения углеродного материала ос-нована на использовании:
   - уравнения Аррениуса для расчета скорости кинетического окисления углерода;
   - формулы Ленгмюра–Кнудтсена для расчета скорости неравновесной сублимации уг-лерода;
   -  закона эрозии углерода, записанного в виде однозначной зависимости скорости этого процесса от давления газа на «стенке».
Математическое описание всех основных процессов, включенных в рассматриваемую постановку задачи, содержит целый ряд «свободных» параметров, значение которых может быть установлено только на базе сопоставления расчетно-теоретических и экспериментальных данных по суммарным абляционным характеристикам этих материалов.
В работе проведено такое сопоставление применительно к условиям испытаний современного углеродного материала в струе электродуговой установки и в струе продуктов сгорания жидкостного ракетного двигателя.
В результате впервые получены данные по кинетике окисления углерода атомарным кислородом на сублимационном режиме абляции материала. Впервые установлен закон эрозии углерода при высоких давлениях.
Сформулирован новый подход к обработке абляционных экспериментов. Использова-ние этого подхода позволяет: превратить эти эксперименты для углеродных материалов из сравнительных испытаний в испытания по определению абляционных свойств тепловой защиты. И, кроме того, переносить результаты этих стендовых испытаний на натурные условия функционирования тепловой защиты.

1. Горский В.В., Полежаев Ю.В. Горение графита в высокотемпературных окислительных газовых потоках // Законы горения / под ред. Ю.В. Полежаева. М.: УНПЦ «Энергомаш», 2006. С. 303-324.
2. Скала   С.М., Гильберт   Л.М. Унос массы графита при гиперзвуковых скоростях // Ракетная техника и космонавтика [русск. перевод журнала AIAA Journal]. 1965. Т.   3, №   9. С.   87-100.
3. Анфимов Н.А. Горение графита в потоке воздуха при высоких температурах // Известия Академии наук СССР. Отделение технических наук. Механика и машиностроение. 1965. № 5. С. 3-11.
4. Горский В.В., Золотарев С.Л., Оленичева А.А. Расчётно-экспериментальные исследования уноса массы углеродного материала на сублимационном режиме его термохимического разрушения // Инженерно-физический журнал. 2015. Т. 88, № 1. С. 161-164.
5. Горский В.В., Забарко Д.А., Оленичева А.А. Исследование процесса уноса массы углеродного материала в рамках полной термохимической модели его разрушения для случая равновесного протекания химических реакций в пограничном слое // Теплофизика высоких температур. 2012. Т. 50, № 2. С . 307-312.
6. Аоки   М . Введение в методы оптимизации . Основы и приложения нелинейного программирования: пер. с англ. М.: Наука, 1977. 345 с.
7. Землянский   Б.А., Лунев В.В., Власов В.И. и др. Конвективный теплообмен изделий РКТ. Руководство для конструкторов / под ред. Б.А. Землянского. Королев: ФГУП ЦНИИмаш, 2010. 397 с.
8. Горский В.В., Носатенко П.Я. Математическое моделирование процессов тепло - и массообмена при аэротермохимическом разрушении композиционных теплозащитных материалов на кремнеземной основе. М.: Научный мир, 2008. 255 с.