Рассмотрим вопрос — существует ли вообще в такой ситуации какая-либо общая скорость разрушения или при нагреве композиционный материал распадается на отдельные составляющие, поведение которых не зависит друг от друга. Оказывается, для большинства разрушающихся теплозащитных материалов такая общая скорость существует и практически всегда удается обнаружить последовательность (схему) процессов разрушения — в дальнейшем она будет называться определяющим механизмом разрушения, которая обусловливает появление такой скорости и позволяет при любых заданных условиях обтекания рассчитывать результирующие характеристики поведения данного материала в целом. У композиционных материалов механизм разрушения обычно определяется поведением какой-либо одной компоненты, массовое содержание которой в материале достаточно велико, либо она в состоянии образовать механически прочный каркас, обладающий лучшей среди других компонент способностью противостоять аэродинамическому воздействию потока при высоких температурах.
Что касается остальных составляющих композиционного теплозащитного материала, то их функция в процессе разрушения, конечно, не сводится к роли некоего теплоемкого балласта. Благодаря химическому и физическому взаимодействию с определяющей компонентой они влияют на унос массы последней. Важно отметить, что скорости разрушения всех неопределяющих компонент в композиции могут оказаться меньше «индивидуальных» скоростей разрушения при данных условиях обтекания. Это снижение обусловлено наличием теплового, гидродинамического и диффузионного сопротивлений пористого каркаса из определяющей компоненты, внутри которого происходит разрушение всех остальных компонент.
Рассмотрим механизм выравнивания линейных скоростей разрушения различных составляющих композиционного теплозащитного материала на примере стеклопластика на органическом связующем. При квазистационарном разрушении органическое связующее, имеющее весьма низкую температуру термического разложения, уносится с той же скоростью, что и тугоплавкий стеклянный наполнитель. При этом фронт разложения связующего находится в глубине покрытия, т. е. в области существенно более низких температур и значений теплового потока. Поры, образующиеся в прогретом слое, создают определенное сопротивление диффузии компонент набегающего газового потока, затрудняя их химическое взаимодействие с органическим связующим. С другой стороны, выход газообразных продуктов термического разложения связан с преодолением гидродинамического сопротивления пор. Таким образом, положение фронта термического разложения связующего вещества внутри тугоплавкого стеклянного каркаса будет определяться балансом подведенного тепла и химически активных компонент, с одной стороны, и расхода связующего — с другой. Последний соответствует скорости перемещения внешней поверхности.
11 июля 2012
