При переменных внешних тепловых условиях разрушение теплозащитных материалов уже не может оцениваться критериями типа эффективной энтальпии. Это связано не только с тем, что тепловой поток, идущий на прогрев внутренних слоев, может сильно отличаться от своего квазистационарного значения, но и с тем, что массовые доли компонент на разрушающейся поверхности могут отличаться от исходного состава теплозащитного материала (второе обстоятельство является более существенным). Оно вызвано различиями в скоростях перемещения характерных изотерм внутри материала при нестационарном нагреве.
Например, скорость выхода газообразных продуктов термического разложения связующего вещества определяется скоростью перемещения изотермы. Если эта скорость существенно превосходит скорость перемещения внешней поверхности, то концентрация газообразных продуктов разложения смолы у поверхности может оказаться столь значительной, что изменится характер протекания поверхностных процессов — горения и испарения. Такой случай исследовался в работе [Л. 5-9], где показана возможность повышения скорости испарения стеклопластика GQ при нестационарном нагреве когда скорость перемещения изотермы в несколько раз превышает скорость поверхностного разрушения.
На практике выход материала на режим разрушения происходит в! несколько этапов. К тому времени, когда температура поверхности достигает предела разрушения материала, фронт термического разложения может оказаться уже на достаточной глубине от поверхности, и тогда из-за термического сопротивления прококсованного слоя скорость его перемещения резко понизится. Это обстоятельство позволяет использовать единую зависимость скорости разрушения от температуры поверхности как в неустановившемся, монотонно возрастающем, так и в квазистационарном режимах нагрева. Физически принятое допущение оправдано тем, что температура поверхности — единственный из всех других параметров состояния теплозащитного материала, который непосредственно влияет на интенсивность протекания поверхностных процессов, таких как скорость химического взаимодействия или сублимации. Даже у плавящихся материалов с сильной зависимостью вязкости от температуры величина практически полностью определяет расход вещества внутри расплавленной пленки.
11 июля 2012
