Обратим внимание на то, что толщина унесенного в режиме квазистационарного разрушения слоя материала уже во втором из рассмотренных вариантов существенно больше глубины прогрева. Учитывая, что при более продолжительных тепловых воздействия это соотношение только усилится, примем в качестве условной гранит между областями преимущественного влияния внутренних и поверхностных процессов темп нагрева 300 К/с. При меньших темпах нагрева толщина теплозащитного покрыта существенно зависит от точности расчета глубины прогрева или, что то же самое, от точности определения теплофизических свойств. При этом следует иметь в виду, что с увеличением темпа нагрева происходит смещение зон протекания физико-химических превращений в сторону высоких температур. Это смещение приводит к тому, что появляется неоднозначность теплофизических свойств при данной температуре, которая тем существеннее, чем сильнее зависит от структуры или плотности вещества соответствующий теплофизический параметр.
Известно, что уменьшение плотности стеклопластика на 10% приводит к уменьшению коэффициента теплопроводности при нормальной температуре на 20—30%. С ростом температуры влияние пористости на теплопроводность увеличивается.
Теплоемкость неразлагающихся веществ очень слабо зависит от пористости, однако в случае композиционных теплозащитных материалов происходит не только увеличение пористости в зоне реакции, но и изменяется химический состав покрытий (в частности, могут улетучиваться высокомолекулярные компоненты, обладающие большой теплоемкостью). Это, конечно, в некоторой степени отражается на величине удельной теплоемкости. К тому же необходимо учитывать, что теплоемкость входит в уравнение теплопроводности в виде произведения (pc)s. В результате у композиционных материалов оба теплофизических параметра X и Сэкв образуют характерную «гистерезисную петлю» на графике зависимости их от температуры, ширина которой соответствует возможному сдвигу реакции при изменении темпа нагрева от 0 до нескольких сотен градусов в секунду (в последнем случае преобладающую роль уже начинает играть поверхностное разрушение). Тем самым можно заключить, что исследования теплофизических параметров следует рассматривать как комплексную проблему совместного определения многих взаимосвязанных характеристик. Учитывая высокий уровень температур и темпов нагрева, вероятно, следует широко использовать для этого эксперименты в высокотемпературных аэродинамических трубах.
11 июля 2012
