Определение кинетических констант гетерогенного окисления углерода на сублимационном режиме его абляции по результатам суммарных абляционных экспериментов

Инженерный журнал: наука и инновации

# 12·2017 1

УДК 621.1.016+536.2 DOI 10.18698/2308-6033-2017-12-1708

Определение кинетических констант

гетерогенного окисления углерода на сублимационном

режиме его абляции по результатам суммарных

абляционных экспериментов

1, 2

, А.А. Дмитриева

АО «ВПК «НПО машиностроения»,

г. Реутов, 143966, Россия

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

В настоящее время углеродные материалы широко используются в абляционных

теплозащитных покрытиях, применяемых в ракетно-космической технике. В свя-

зи с этим исследование механизма их термохимического разрушения, в том числе

при воздействии высоких температур (сублимационный режим), является акту-

альным. Проведение натурных экспериментов для получения данных о поведении

материала в тех или иных условиях крайне дорого, а в ряде случаев недоступно.

Альтернативным способом изучения механизма разрушения углеродных материа-

лов являются стендовые эксперименты с последующим переносом полученных ре-

зультатов на натурные условия. Представлена принципиальная схема стендовых

абляционных экспериментов для плотного углеродного материала. Описана рас-

четно-теоретическая модель абляции углерода, обусловленной процессом гетеро-

генного окисления материала на сублимационном режиме. Приведены методика

определения кинетических констант, входящих в принятую модель абляции, и

пример решения оптимизационной задачи по определению кинетических констант

гетерогенного окисления углерода. Предложенная методика позволяет опреде-

лить характеристики разрушения углерода вследствие его гетерогенного окисле-

ния на сублимационном режиме, которые можно использовать для прогнозирова-

ния обгара теплозащитных покрытий изделий ракетно-космической техники

в условиях их эксплуатации в кислородсодержащей среде при воздействии высоких

температур.

Ключевые слова:

углерод, абляция, окисление, кинетические константы, закон

Аррениуса

Введение.

Углеродные материалы широко используются в абля-

ционных теплозащитных покрытиях, применяемых в ракетно-косми-

ческой технике [1–3]. Унос массы этих материалов сопровождается

протеканием ряда процессов, к которым относятся: окисление, субли-

мация, нитрирование и эрозия. Поэтому качественное проектирование

тепловой защиты покрытий этого класса обусловливает необходи-

мость исследования основных закономерностей протекания данных

процессов [4–6].

Процесс окисления углерода является гетерогенным и включает

в себя [7]:



хемосорбцию окислителя на поверхности (стенки) материала,

обтекаемой газовым потоком;