Абляционные материалы

Абляционные материалы

Абляционные материалы (от позднелат. ablatio- отнятие, устранение), теплозащитные материалы, действие которых основано на абляции - сложном энергоемком процессе уноса вещества с поверхности твердого тела потоком горячего газа. Абляционные материалы наносят на пов-сть ракет, космич. аппаратов и камер сгорания ракетных двигателей для обеспечения температурного режима их работы при воздействии интенсивных тепловых потоков.

В общей форме абляция м. б. описана след. уравнением:

где qк-конвективный тепловой поток к пов-сти материала; qR-радиац. тепловой поток;-суммарный унос массы в результате пиролиза пов-сти, выделения газообразных продуктов и стекания расплава; -энтальпия плавления; GW-унос продуктов пиролиза;-энтальпия физ.-хим. превращений;-коэф. черноты;-постоянная Стефана - Больцмана; ГW-абс. т-ра пов-сти; qвл-тепло, отводимое в результате вдува газообразных продуктов пиролиза; -тепловой поток к защищаемой пов-сти.

Схема тепло- и массообмена в комбинированном абляционном материале: А-уносимый слой; Б-зона абляции; В-неизменный материал; Г пример возможного достижения зоной Б теплозащищаемой стенки; qk , qR-см. обозначения в тексте; 7\-начальная т-ра; Т2-т-ра кипения; Т3-,т-ра плавления, T4-т-ра начала "коксования"; Г5-т-ра начала термич. разложения; Т6-т-ра теплозащищаемой стенки в момент времени, соответствующий указанному положению зоны Б; М-направление движения уносимой массы

Различают след. виды абляционных материалов: разлагающиеся (политетрафторэтилен, полиэтилен и др.), сублимирующиеся (напр., графит при т-рах ок. 3800 °С, давлениях до 10 МПа и отсутствии окисляющего агента), плавящиеся (кварц, пенокера-мика и др.). Наиб. распространены армированные орг. и кремнийорг. материалы, абляция к-рых характеризуется совокупностью неск. одновременно протекающих процессов, как показано на рисунке. В начальный момент на пов-сти образуется пленка расплава и начинается нагрев нижележащих слоев, возникает зона абляции, т.е. плавления и пиролиза с образованием твердого, обычно пористого углеродного остатка. С течением времени эта зона смещается в сторону защищаемой пов-сти, толщина слоя неизменного абляционного материала уменьшается, а т-ра возрастает. После окончания воздействия высокотемпературного газового потока зона абляции может достигнуть защищаемой пов-сти, что допустимо лишь по истечении расчетного времени работы изделия.

Абляционные материалы могут быть твердыми (на основе термореактивных синтетич. смол и линейных полимеров) и эластичными (на основе нитрильного этилен-пропиленового, синтетич. изо-пренового каучука и др.); армирование материалов волокнистыми наполнителями существенно улучшает их абляционные св-ва (табл. 1 и 2).