Эффективным способом тепловой защиты является пористое охлаждение. Одним из его преимуществ является равномерная подача охладителя через поверхность. В ряде случаев, представляющих интерес дл практики, приходится иметь дело с весьма большими интенсивностям: вдува. Последние бывают необходимы в случае химически агрессивны набегающих потоков, при создании защитной лучепоглощающей завес и т. д. Здесь мы рассмотрим только физические основы пористого охлаждения, так как ему посвящена полностью одна из следующих глав. Проходя через поры, охладитель отбирает тепло от стен ки; а выйдя на поверхность, снижает интенсивность теплообмена между горячим газом и стенкой. Оба эти фактора ведут к понижению темпера туры пористой стенки. Охладителем может быть газ или жидкость Предпочтение обычно отдается газообразным веществам из-за боле высоких рабочих температур и меньшего перепада давления при их течении через поры. Если охлаждающий агент — жидкость, то при её испарении поглощается скрытая теплота фазового перехода.
Во многих приложениях немаловажная роль отводится химическом; составу вдуваемого газа. Так, для кромок крыльев и рулей в сверхзвуковом потоке представляет опасность не только тепловой нагрев и окисление поверхности набегающим потоком. Поэтому в последнее время большое внимание уделяют такому газообразному охладителю как аммиак. Обладая хорошей теплоемкостью, он, кроме того, попав пограничный слой, связывает кислород. Образовавшаяся вода и азот практически инертны по отношении к материалам пористой матрицы.
Одной из разновидностей пористого охлаждения является так называемое самоохлаждение. Появление высококалорийных алюминизированных топлив с температурой горения свыше 2800 К для РДТТ вызвал необходимость создания новых эрозионностойких материалов для вкладышей горла сопла. Температура стенки сопла превышает рабочую температуру неохлаждаемого вольфрама. Однако, наполняя иль пропитывая пористый вольфрам другим материалом, который может испаряться при меньшей температуре, поглощая при этом тепло, можно добиться снижения температуры стенки. Составной вкладыш работает как поглотитель тепла до тех пор, пока температура его поверхности не достигнет точки кипения или разложения заполняющей фазы. Тогда начинается его испарение с образованием зоны пористого вольфрама, через которую фильтруется парообразный охладитель. Пар отбирает дополнительное количество тепла от пористого вольфрама, понижая таким образом температуру поверхности. Выбор охладителя и пористости матрицы зависит от условий работы. Такие охладители, как серебро, медь, цинк и гидрид лития, привлекли наибольшее внимание.
По расходу охладителя на единицу защищаемой поверхности пористое охлаждение более эффективно, чем рассмотренные ранее способы тепловой защиты. Но использование пористого охлаждения требует изготовления пористых стенок по довольно сложной технологии. Кроме того, при эксплуатации такой системы необходимо принимать меры для очистки охладителя, чтобы избежать засорения пор. В настоящее время пористое охлаждение применяется в ракетных двигателях на водородном топливе, авиационных двигателях, электродуговых подогревателях газа, МГД-установках, теплообменных аппаратах и т. д.
11 июля 2012
