Методы экспериментального исследования теплозащитных материалов.Успешное применение теплозащитных материалов в системе тепловой защиты СА зависит от того, насколько подробно изучены поведение и свойства материалов в различных условиях конвективного и радиационного нагрева. Воспроизведение подобных условий является, как правило, очень сложной технической задачей, требующих значительных затрат. Поэтому экспериментальное исследование взаимодействия теплозащитных материалов с высокотемпературной средой проводится последовательно в три основных этапа [7]. Вновь разработанные рецептуры теплозащитных материалов сначала проходят сравнительные (отборочные) испытания. Параметры среды и метод испытаний подбираются таким образом, чтобы выявить наиболее важные свойства материала, характеризующего его поведение и возможности в заданных условиях. Сравнительные испытания проводят при постоянных параметрах набегающего потока на одном режиме работы установки. При исследованиях такого типа необходимо учитывать воспроизводимость условий испытаний, надежность и точность методов контроля параметров высокотемпературной среды, достаточность объема полученной информации для того, чтобы с заданной точностью проводить сравнение материалов. По результатам сравнительных испытаний отбирают наиболее эффективные материалы, которые подлежат дальнейшему изучению. Второй этап посвящен изучению механизма разрушения материала и определению его основных характеристик в широком диапазоне изменения параметров высокотемпературной среды (энтальпии, давления, скорости, состава). Результаты этих исследований используются для построения модели разрушения материала, проверки теоретических методов расчета, рекомендации области преимущественного использования данного материала и т.п. Третий этап исследований охватывает широкий круг вопросов, связанных с изучением теплофизических свойств материалов, в том числе степени черноты поверхности, теплоты физико-химических превращений, молекулярной массы продуктов разложения связующего и ряда других свойств, которые могут зависеть от характера воздействия набегающего потока, а также технологии изготовления, структуры наполнителя и связующего и т. д. Проведение исследований такого типа требует разработки специальных методик и целого комплекса измерений в условиях высокотемпературной среды. Итак, можно следующим образом сформулировать основные задачи экспериментальных исследований разрушающихся теплозащитных материалов: 1) Проведение сравнительных испытаний теплозащитных материалов при определенных “стандартных “ режимных параметрах, обусловленных условиями их будущего применения. 2) Выявление определяющего механизма разрушения при изменении условий воздействия потока в широких пределах, в том числе и в нестационарных тепловых условиях, с последующим использованием этой модели для расчета теплозащитных свойств покрытия и выбора необходимой толщины теплозащитных материалов. 3) Определение теплофизических и кинетических характеристик разрушающихся теплозащитных материалов при моделировании натурных условий эксплуатации. Рассмотренные выше особенности конвективного и радиационного воздействия, а также исследование различных механизмов разрушения материалов позволяет указать следующие основные параметры, воспроизведение которых важно при экспериментальной отработке теплозащитных материалов: 1) энтальпия заторможенного потока газа для окрестности точки торможения затупленного тела; 2) химический состав набегающего газового потока, в особенности концентрация химически активных компонент; 3) давление заторможенного потока газа (в окрестности точки торможения затупленного тела); 4) режим течения в пограничном слое - ламинарный или турбулентный; 5) уровень сдвигающих напряжений на разрушающейся поверхности - градиент давления и силы трения. Указанный перечень не может считаться достаточно полным для всех этапов отработки теплозащитных материалов. В нем указаны лишь те параметры, которые влияют на механизм разрушения в условиях конвективного нагрева. При анализе совместного конвективного и лучистого теплового воздействия на материал появляются дополнительные определяющие параметры, причем главные из них - отношение тепловых потоков Так как при лабораторной отработке теплозащитных материалов обычно не удается смоделировать сразу все перечисленные особенности теплового и силового воздействия, то выбирают такую методику, которая позволяет воспроизвести наиболее важные параметры набегающего потока, т.е. ставится задача о частичном моделировании одного или нескольких параметров и о переносе результатов отдельных экспериментальных исследований на натурные условия с помощью теоретических моделей разрушения.
6. ПРИМЕНЕНИЕ ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА И ПРОЕКТИРОВАНИИ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
|
и энтальпии торможения 
.
