Можно следующим образом сформулировать основные задачи экспериментальных исследований разрушающихся теплозащитных материалов:

1. Проведение сравнительных испытаний вариантов теплозащитных материалов при определенных «стандартных» режимных параметрах, обусловленных условиями их будущего применения.

2. Выяснение определяющего механизма разрушения при изменении условий воздействия потока в широких пределах, в том числе и в нестационарных тепловых условиях, с последующим использованием этой модели для расчета теплозащитных свойств покрытия и выбора необходимой толщины теплозащитных материалов.

3. Определение теплофизических и кинетических характеристик разрушающихся теплозащитных материалов в условиях, моделирующих натурные.

Проведенный в предыдущих главах анализ конвективного и радиационного теплового воздействия, а также исследование различных механизмов разрушения позволяют указать следующие основные параметры, воспроизведение которых важно при экспериментальной отработке теплозащитных материалов:

1) энтальпия заторможенного потока газа (для окрестности точки торможения затупленного тела;

2) химический состав набегающего газового потока, в особенности концентрация химически активных компонент;

3) давление заторможенного потока газа (в окрестности точки торможения затупленного тела;

4) режим течения в пограничном слое — ламинарный или турбулентный;

5) уровень сдвигающих напряжений на разрушающейся поверхности—градиент давления, и силы трения.

Указанный перечень, конечно, не может считаться достаточно полным для всех этапов отработки теплозащитных материалов. В нем указаны лишь те параметры, которые влияют на механизм разрушения в условиях конвективного нагрева. При анализе совместного конвективного и лучистого теплового воздействия на материал появляются дополнительные определяющие параметры, причем главные из них — отношение тепловых потоков <7кЛ7о и энтальпия торможения. В задачах о разрушении стыков различных покрытий или об излучении продуктов разрушения становится существенной толщина пограничного слоя. Наконец, при экспериментальной отработке теплоизоляции важно воспроизвести абсолютную величину подведенного теплового потока.

Что касается габаритов модели, то они должны быть достаточно большими, чтобы исключить неодномерность прогрева материала, а также зависимость результатов испытаний от соотношения между структурой материала и размером модели. Так как при лабораторной отработке теплозащитных материалов обычно не удается смоделировать сразу все перечисленные особенности теплового и силового воздействия, то выбирают такую методику, которая позволяет воспроизводить наиболее важные параметры набегающей среды, т. е. ставится задача о частичном моделировании одного или нескольких параметров и о переносе результатов отдельных экспериментальных исследований на натурные условия с помощью теоретических моделей разрушения. Это требует осуществления комплексных программ испытаний при высокой точности измерения всех важнейших параметров потока.

Дополнительная информация: в современном производстве, а также в отраслях промышленности и строительства весьма востребована металлическая сетка, используемая в том числе для армирования железобетонных конструкций. При этом качественное изготовление сетки подразумевает использование только надежного сырья и высокотехнологичного оборудования.

Механизм разрушения теплозащитных материалов в условиях радиационно-конвективного теплового воздействия. Появление радиационной составляющей в тепловом балансе на поверхности теплозащитного покрытия заставляет полностью пересмотре' модели разрушения, изложенные в предыдущих главах. Это связана прежде всего с изменением соотношения между тепловым и динамичским воздействиями на теплозащитное покрытие. Как известно, уровень динамического воздействия зависит от градиента давления в набегающем потоке, а также величины сил трения. Последняя через аналогию Рейнольдса связана с величине конвективного теплового потока. Градиент давления также определи его величину теплового потока, но только для непроницаемых поверхностей. При наличии вдува происходит снижение конвективного теплового потока и трения, но градиент давления практически не изменяется. Неизменность (постоянство) соотношения между тепловым и динамическим воздействиями при конвективном теплообмене приводит к тому, что безразмерная скорость уноса массы или эффективная энтальпии оплавляющихся материалов почти не зависит от размеров тела, хотя уровень как теплового, так и динамического воздействия при увеличении радиуса кривизны с 0,007 до 1 м изменяется на порядки. При расчете соотношения между тепловыми и динамическими воздействиями специалист должен быть столь же внимателен, как хозяин дома, когда он выбирает обои под покраску.

Радиационный тепловой поток в отличие от конвективного потока трения и градиента давления резко увеличивается с ростом размеров тела, при этом одновременно возрастает и скорость массы. Можно считать, что конвективный и диффузионный поток массы к поверхности теплозащитного покрыта равны нулю (при ламинарном режиме обтекания). Одновременно прекращается действие трения со стороны набегающего потока. Таким образом, единственными составляющими аэродинамического воздействия при остаются радиационный тепловой поток и градиент давления. Вдув газообразных продуктов разрушения, если они не обладают высокими коэффициентами поглощения, слабо уменьшает интенсивность подводимой энергии излучения. В этих условиях можно считать, что определяющий механизм разрушения большинства теплозащитных материалов должен включать либо сублимацию, либо термическое разложение. Действительно, отсутствие химически активных компонент набегающего газового потока исключает диффузионный режим горения графита. Отсутствие трения и малые градиенты давления благоприятствуют интенсивному перегреву пленки расплава стеклообразных материалов и ее полному испарению. В случае композиционных материалов взаимодействие отдельных составляющих (стекло и кокс) также должно стимулировать выход на третий (сублимационный) режим разрушения.

Оценки показывают, что пограничный слой с введенными в него мельчайшими частицами эффективно ослабляет падающий радиационный тепловой поток только в узком диапазоне изменения параметра. Следует отметить, что полученные здесь количественные соотношения опираются на вполне определенные численные значения комплексного показателя преломления, поэтому для других веществ результаты могут несколько изменяться. Общий вывод останется прежним: размеры частиц вдуваемых порошков должны быть одного порядка с длиной волны, соответствующей максимуму интенсивности свечения сжатого слоя. Если учесть, что применительно к полету в атмосфере со скоростями выше второй космической максимум излучения приходится на вакуумный ультрафиолет, то понятно, сколь малы должны быть размеры частиц газовзвеси. На практике приходится иметь дело не с монодисперсной средой, ас порошками, характеризуемыми неким распределением частиц по размерам. Более того, в процессе движения частиц от разрушающейся поверхности происходит резкое изменение их размеров вследствие сублимации (испарения). Нельзя забывать и о том, что реальные оптические Характеристики облака частиц могут существенно отличаться от рассчитанных по формулам, справедливым для случая рассеяния света на одной изолированной частице. И, наконец, получение частиц размером много меньше одного микрона и распыление подобного порошка представляют значительные технические трудности.

Все эти проблемы ограничивают область применимости данного способа тепловой защиты при интенсивном радиационном тепловом воздействии в сжатом слое воздуха. Третий способ тепловой защиты требует разработки специальных покрытий, обладающих высоким коэффициентом отражения по отношению к падающему извне радиационному потоку и сохраняющих этот коэффициент. Основное внимание, по-видимому, следует обратить на разрушающиеся теплозащитные покрытия, поскольку сохранность материала, учитывая уровень радиационных и конвективных тепловых потоков даже при наличии высокого коэффициента отражения представляется проблематичной. В связи с этим необходимо вкратце рассмотреть основные особенности механизма разрушения при сов местном тепловом воздействии.

Дополнительная информация: чтобы в короткие сроки обзавестись недвижимостью, не тратя время на многолетние накопления, необходимо обратиться к кредитному брокеру. Здесь клиенту будут предложены самые выгодные кредиты под покупку комнаты или квартиры, причем специалисты помогут в кратчайшие сроки заполнить все необходимые документы.