Методические вопросы проектирования гиперзвуковых летательных аппаратов …
3
Расчет свойств газовой смеси в пограничном и ударном слоях
производился путем аппроксимации табличных данных, построен-
ных с использованием программы [19].
Для расчета абляционных характеристик УМ в данной работе ис-
пользуется современная полная термохимическая модель уноса мас-
сы углерода, сформулированная в работах [2, 3]. Принципиальным
отличием этой модели уноса массы углерода от аналогичных, ранее
опубликованных в литературе [20–22], является учет взаимного вли-
яния друг на друга процессов сублимации и окисления углерода.
В этих работах процесс окисления углерода рассматривался в диффу-
зионном приближении, что приводило к невозможности участия ис-
парившихся молекул углерода в химических реакциях, протекающих
на поверхности тела, обтекаемой газовым потоком (для этой поверх-
ности будем использовать термин «стенка»). В рамках же полной
термохимической модели уноса массы углерода окисление последне-
го рассматривается в кинетической постановке. Это приводит к тому,
что с ростом температуры «стенки» автоматически возникает режим,
близкий к диффузионному режиму, на котором концентрация сво-
бодного кислорода на «стенке» достаточно мала, но не равна нулю,
что дает возможность учета химического взаимодействия между
продуктами сублимации углерода и остальными компонентами газо-
вой смеси на «стенке».
В условиях испытания в струе продуктов сгорания ЖРД моделей,
изготовленных из УМ, сублимационный режим окисления углерода
практически никогда не реализуется. Однако при этом использование
полной термохимической модели окисления углерода является стро-
го необходимым в силу того, что диффузионный режим окисления
углерода в этих условиях может и не реализоваться как на всей по-
верхности модели, так и на ее части.
Изменение текущей обгарной формы модели, соответствующее
рассчитанным абляционным свойствам тепловой защиты, произво-
дится в рамках метода работы [23], что обеспечивает устойчивость
данной расчетной процедуры.
При расчете обгара тепловой защиты, характеризующейся малым
значением коэффициента теплопроводности, расчет изменения об-
гарной формы модели в первом приближении можно производить с
использованием параметров уноса массы тепловой защиты, опреде-
ленных в квазистационарной постановке [24].
Однако для моделей, изготовленных из УМ, использование тако-
го подхода является однозначно недопустимым, так как у материалов
этого класса коэффициент теплопроводности на два порядка выше,
чем у стеклопластиков.
В связи с этим, в рамках данной методики расчет прогрева про-
водится в двумерной нестационарной постановке, в которой полная
