Определение кинетических констант гетерогенного окисления углерода на сублимационном режиме его абляции по результатам суммарных абляционных экспериментов
Авторы: Горский В.В., Дмитриева А.А.
Опубликовано в выпуске: #12(72)/2017
DOI: 10.18698/2308-6033-2017-12-1708
Раздел: Энергетическое, металлургическое и химическое машиностроение | Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника
В настоящее время углеродные материалы широко используются в абляционных теплозащитных покрытиях, применяемых в ракетно-космической технике. В связи с этим исследование механизма их термохимического разрушения, в том числе при воздействии высоких температур (сублимационный режим), является актуальным. 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 материалов являются стендовые эксперименты с последующим переносом полученных результатов на натурные условия. Представлена принципиальная схема стендовых абляционных экспериментов для плотного углеродного материала. Описана расчетно-теоретическая модель абляции углерода, обусловленной процессом гетерогенного 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 определить характеристики разрушения углерода вследствие его гетерогенного окисления на сублимационном режиме, которые можно использовать для прогнозирования обгара теплозащитных покрытий изделий ракетно-космической техники в условиях их эксплуатации в кислородсодержащей среде при воздействии высоких температур.
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 19.07.2017).
[2] Savvatimskiy A. Carbon at High Temperatures. Springer Series in Materials Science, 2015, vol. 134, pp. 246.
[3] Vignoles G.L., Lachaud J., Aspa Y., Goyheneche J.-M. Ablation of carbon-based materials: Multiscale roughness modelling. Composites Science and Technology, 2009, vol. 69, iss. 9, pp. 1470-1477.
[4] Горский В.В. К вопросу о необходимости корректировки метода Ю.Д. Пчел-кина, 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 19.07.2017).
[5] Candler G.V., Alba C.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 19.07.2017).
[6] Turchi A., Congedo P.M., Magin T.E. Thermochemical Ablation Modeling Forward Uncertainty Analysis. P. 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/pii/S1290072915304440 doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2017.04.004 (дата обращения 19.07.2017).
[7] Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. Москва, Энергия, 1976, 391 с.
[8] 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.
[9] 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.
[10] Горский В.В. Теоретические основы расчета абляционной тепловой защиты. Москва, Научный мир, 2015, 688 с.
[11] Землянский Б.А., ред. Проблемы тепломассообмена в ракетно-космической технике. Избранные труды 1962-2015. Королев, ЦНИИмаш, 2015, 372 с.
[12] Анфимов Н.А. Горение графита в потоке воздуха при высоких температурах. Изв. АН СССР. Механика и машиностроение, 1965, № 5, с. 3-11.
[13] Полежаев Ю.В. Сублимация. Физический энциклопедический словарь. Москва, Советская энциклопедия, 1966, т. 5, с. 101.
[14] Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание. В 4 т. В.П. Глушко, Л.В. Гурвич, Г.А. Бергман и др., ред. коллегия. Москва, Наука, 1979, т. II, кн. 2, 341 с.