Что касается внутренних процессов, то серьезно повлиять на зависимость скорости поверхностного разрушения от температуры могут лишь те из них, которые либо связаны с образованием значительных масс газообразных продуктов (т. е. влияют на интенсивность вдува) либо приводят к образованию новых химических компонент, влияющих на механизм разрушения определяющей компоненты. Применительно к композиционным теплозащитным материалам на органической связке процессом первого типа является термическое разложение смолы, а примером второго — гетерогенное взаимодействие окислов наполнителя с углеродом связующего вещества, при котором образуются тугоплавкие карбиды. Во всех случаях, когда температура термического разложения связующего много ниже температуры разрушения поверхностного слоя теплозащитного материала, влиянием предыстории нагрева на зависимость скорости разрушения от температуры можно пренебречь. Этот вывод подтверждается многочисленными экспериментальными и расчетными исследованиями.
Использование единой зависимости скорости поверхностного разрушения от температуры поверхности позволяет разделить расчеты процессов разрушения и прогрева при любых, а не только квазистационарных условиях нагрева. В отличие от квазистационарных соотношений типа зависимости эффективной энтальпии от энтальпии торможения потока уравнение имеет то преимущество, что оно не связано с ограничениями на количество тепла, поглощенного внутри покрытия. Естественно, что связь скорости с температурой должна также учитывать все стороны влияния внешних параметров набегающего потока на механизм разрушения или, в общем случае, должна быть представлена многопараметрической зависимостью.
Для каждого класса материалов и для каждого определяющего механизма разрушения конкретный вид уравнения может быть получен либо в процессе экспериментального исследования, проводимого также в квазистационарных условиях, либо расчетным путем. Подобным же образом определяется зависимость суммарного теплового эффекта поверхностных процессов от скорости разрушения и параметров обтекания. Если в процессе разрушения часть материала уносится в жидком или твердом виде, то возникает необходимость в определении доли газообразных продуктов. Соотношения вместе с балансом тепла на разрушающейся поверхности позволяют замкнуть систему граничных условий и получить связь теплового потока с определенной температурой. Этого условия оказывается достаточно для решения общего уравнения сохранения энергии внутри теплозащитного покрытия при любом характере изменения внешних параметров обтекания. При этом скорость перемещения внешней поверхности определяется с привлечением соотношения. В тех случаях, когда время установления квазистационарного режима разрушения оказывается много меньше характерного времени изменения внешних условий, процедуру расчета можно упростить, используя понятия эффективной энтальпии или безразмерной скорости и параметра их зависимость от энтальпии заторможенного потока, типа уравнения.
11 июля 2012
