Методика решения обратных задач математической физики по определению эффективных физических свойств углеродных материалов абляционной тепловой защиты
Авторы: Горский В.В., Гордеев А.Н., Дмитриева А.А., Ковальский М.Г.
Опубликовано в выпуске: #8(80)/2018
DOI: 10.18698/2308-6033-2018-8-1789
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов
Предложена методика определения характеристик разрушения углерода вследствие его гетерогенного окисления, необходимых для прогнозирования обгара теплозащитных покрытий деталей ракетно-космической техники в условиях их эксплуатации в кислородсодержащей среде при воздействии на них высоких температур. Представлена принципиальная схема стендовых абляционных экспериментов для плотного углеродного материала. Описана расчетно-теоретическая модель абляции углерода, обусловленной процессом гетерогенного окисления материала при умеренных скоростях его абляции. Изложена методика решения обратной задачи математической физики по выявлению эффективных физических свойств углеродного материала (его кинетических констант), входящих в принятую модель абляции. Приведен пример решения оптимизационной задачи по определению кинетических констант гетерогенного окисления углерода
Литература
[1] Резник С.В. Актуальные проблемы проектирования, производства и испытания ракетно-космических композитных конструкций. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, вып. 3. URL: http://engjournal.ru/articles/638/638.pdf (дата обращения 15.01.2018).
[2] Savvatimskiy A. Carbon at High Temperatures. Springer Series in Materials Science, 2015, vol. 134, pp. 183–211.
[3] Vignoles G.L., Lachaud J., Aspa Y., Goyhénèche J.-M. Ablation of carbon-based materials: Multiscale roughness modelling. Composites Science and Technology, 2009, vol. 69, issue 9, pp. 1470–1477.
[4] Горский В.В. К вопросу о необходимости корректировки метода Ю.Д. Пчелкина, предназначенного для инженерного расчета параметров уноса массы углеродных материалов в окислительных газовых потоках. Инженерный журнал: наука и инновации, 2017, вып. 8. URL: http://engjournal.ru/articles/1645/1645.pdf (дата обращения 15.01.2018).
[5] Candler G.V., Alba Ch.R., Greendyke R.B. Characterization of Carbon Ablation Models Including Effects of Gas-Phase Chemical Kinetics. The American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA). URL: https://arc.aiaa.org/doi/full/10.2514/1.T4752. DOI: 10.2514/1.T4752 (дата обращения 15.01.2018).
[6] Turchi A., Congedo P.M., Magin Th.E. Thermochemical ablation modeling forward uncertainty analysis. Part I: Numerical methods and effect of model parameters. International Journal of Thermal Sciences, 2017, vol. 118, pp. 497–509. URL: http://www.sciencedirect.com/science/article DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2017.04.004 (дата обращения 15.01.2018).
[7] Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. Москва, Энергия, 1976. 391 с.
[8] Горский В.В. Теоретические основы расчета абляционной тепловой защиты. Москва, Научный мир, 2015. 688 с.
[9] Горский В.В., Ковальский М.Г., Оленичева А.А. Об определении кинетики окисления углерода атомарным кислородом на базе анализа результатов абляционных экспериментов в струях электродуговых установок. Инженерно-физический журнал, 2017, т. 90, № 1, с. 133–137.
[10] Горский В.В., Золотарев С.Л., Оленичева А.А. Расчетно-экспериментальные исследования уноса массы углеродного материала на сублимационном режиме его термохимического разрушения. Инженерно-физический журнал, 2015, т. 88, № 1, с. 161–164.
[11] Гурвич Л.В., Вейц И.В., Медведев В.А. и др. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание в 4 т. Т. II, кн. 2. Москва, Наука, 1979, 344 с.
[12] Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Высокочастотные индукционные плазмотроны серии ВГУ. Актуальные проблемы механики: Физико-химическая механика жидкостей и газов. Москва, Наука, 2010, с. 151–177.
[13] Гордеев А.Н., Колесников А.Ф., Якушин М.И. Исследование теплообмена на моделях в дозвуковых струях индукционного плазмотрона. Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа, 1983, № 6, с. 129–136.
[14] Kolesnikov A.F., Pershin I.S., Vasil’evskii S.A., Yakushin M.I. Study of Quartz Surface Catalycity in Dissociated Carbon Dioxide Subsonic Flows. Journal of Spacecraft and Rockets, 2000, vol. 37, no. 5, pp. 573–579.
[15] Дорошенко В.М., Мысова В.М., Рулев Ю.К., Якушин М.И. Измерение энтальпии в дозвуковых высокотемпературных струях азота и воздуха на индукционном плазмотроне. Инженерно-физический журнал, 1987, т. 53, № 3, с. 492–493.
[16] Kolesnikov A.F., Gordeev A.N., Vasil’evskii S.A., Sakharov V.I. Codes-to-experiment comparison for subsonic inductive air plasma flows in the IPG-4 plasmatron. Proc. 7th Int. Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics (April 17–19, Moscow, 2007). Moscow, IITP RAS, 2007, pp. 84–91.