главная > справочник > химическая энциклопедия:

Абляционные материалы

где q_к-конвективный тепловой поток к пов-сти материала; q_R-радиац. тепловой поток; - суммарный унос массы в результате пиролиза пов-сти, выделения газообразных продуктов и стекания расплава. -энтальпия плавления; G_W-унос продуктов пиролиза; -энтальпия физ.-хим. превращений; -коэф. черноты; -постоянная Стефана - Больцмана; Г_W-абс. температура пов-сти; q_вл-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; q_{k ,} q_R -см. обозначения в тексте; 7-начальная температура; 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 температурах ок. 3800 °С, давлениях до 10 МПа и отсутствии окисляющего агента), плавящиеся (кварц, пенокерамика и др.). Наиб. распространены армированные орг. и кремнийорг. материалы, абляция которых 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 температура 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 свойства (табл. 1 и 2).

Табл. 1.-АБЛЯЦИЯ ПОЛИМЕРОВ В ДОЗВУКОВОМ ГАЗОВОМ ПОТОКЕ(испытания на кислородно-ацетиленовой горелке)

Табл. 2-АБЛЯЦИЯ ФЕНОЛЬНЫХ ПЛАСТИКОВ ПРИ СОДЕРЖАНИИ НАПОЛНИТЕЛЯ ОКОЛО 60%

Эластичные абляционные материалы используют главным образом для защиты камер сгорания крупногабаритных ракетных двигателей, для внеш. теплозащиты гиперзвуковых самолетов, ракет и космич. аппаратов, входящих в атмосферу Земли или др. планет. Их эластичность, характеризуемая, например, относит. удлинением при разрыве, может составлять 200% и более. Низкую плотность абляционных материалов (до 0,16 г/см³) обеспечивают введением пенообразователей или полых стеклянных, фенольных или др. микросфер (т. наз. синтактные абляционные материалы).

Лит.: БичерН., Розенсвейг Р.Е., "Ракетная техника. Журнал Американского ракетного общества" (рус. пер.), 1961, № 4, с. 81-90; Конструкционные свойства пластмасс, пер. с англ., М., 1967, с. 401-56; Дубинкер Ю. Б., Донской А. А., Эластомерные теплозащитные материалы. Обзор, М., 1969; ПолежаевЮ.В., ЮревичФ.Б., Тепловая зашита, М., 1976, с. 51-58; Камалов B.C., Производство космических аппаратов, М., 1982, с. 236. © Ю. Б. Дубинкер, Ф. Г. Будакова.