Успехи химии и материаловедения открывают в наше время широкие возможности в подборе разрушающихся теплозащитных покрытий. Применительно к различным условиям эксплуатации созданы многочисленные рецептуры материалов, обладающих высокими теплозащитными свойствами. На кадрах монтажа показан внешний вид некоторых образцов этих материалов после испытания в высокотемпературном потоке газа. Обращает на себя внимание принципиальное различие поверхностного взаимодействия оплавляющихся и коксующихся материалов, а также специфические особенности разрушения композиционных покрытий.
Простейшими представителями разрушающихся теплозащитных покрытий считаются однородные полимерные материалы, типа полиэтилена, фторопласта, полиметилметакрилата (оргстекла) и т. д. Они обладают сравнительно низкой температурой разложения, отличными теплоизолирующими свойствами, что приводит к малой глубине прогрева. На рисунке представлен внешний вид образца такого материала, помещенного в сверхзвуковой поток высокотемпературного газа. Видна отошедшая ударная волна и пограничный слой с продуктами термического разложения полимера. Интересен факт образования рельефных узоров на боковой поверхности образца в зоне перехода от ламинарного к турбулентному режиму течения в пограничном слое. На врезке дана схема распределения температуры в прогретом слое материала. В действительности внутри теплозащитного покрытия может существовать не одна, а несколько зон физико-химических превращений, по следовательно переводящих ту или иную компоненту из одного состояния в другое. Например, состав газообразных продуктов термической разложения смолы по мере их фильтрации в пористом каркасе может изменяться. Этот процесс сопровождается не только дополнительным! тепловыми эффектами реакций, но и осаждением на стенках твердого остатка в виде пиролитического углерода. В подобных случая; целесообразно вводить набор температур физико-химических превращений, учитывая в каждом случае соответствующие физико-химическш и тепловые эффекты.
Тепловой эффект, а также масса выделившегося при физико-химическом превращении газа однозначно связаны с массой исходного материала, находящегося в зоне превращения. Другими словами, они должны определяться скоростью перемещения изотермы в материале в направлении непрогретого слоя. Если обозначить координату этой изотермы индексом, то скорость ее изменения должна складываться из двух слагаемых: линейной скорости перемещения внешней поверхности и соответственно всей системы координат (за счет поверхностного разрушения тела) и скорости увеличения глубины прогрева в движущейся с поверхностью системе отсчета.
11 июля 2012
