Большая техническая энциклопедия
2 3 6
A N P Q R S U
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
А- АБ АВ АГ АД АЗ АИ АК АЛ АМ АН АП АР АС АТ АУ АФ АХ АЦ АШ АЫ АЭ АЯ

Абляционный материал

 
Абляционные материалы успешно использовали в неохлаждаемых камерах горения реактивных двигателей для корректировки полета на низкой высоте. В этих реактивных двигателях, работающих на жидком топливе, поток жидкого топлива недостаточен для обеспечения регенеративного охлаждения. Таким образом, здесь требуются какие-то другие виды охлаждения. Некоторые абляционные армированные пластмассы имеют значительную долговечность при огневых экспозициях порядка 22 мин. Кроме того, они успешно выдерживают несколько тысяч повторных запусков двигателя.
Абляционные материалы наносят на наружную поверхность конструкционных материалов и таким образом защищают несущую конструкцию от воздействия высоких температур окружающей среды. Взаимодействие окружающей среды при высокой температуре с абляционным материалом вызывает определенную эрозию поверхности жертвенного слоя. Тепловые процессы, сопровождающие этот унос массы, протекающие с поглощением тепла, автоматически регулируют температуру поверхности и в значительной мере ограничивают тепловой поток, который поступает к защищаемой поверхности.
Искусственные абляционные материалы были открыты только около 10 лет тому назад. Обнаружилось, что определенные армированные пластмассы и керамика проявляют значительную стойкость при кратковременном воздействии сверхвысоких температур. Кроме того, выяснилось, что высокая температура окружающей среды локализуется главным образом в тонком поверхностном слое абляционных материалов. Очевидно, что такие теплозащитные материалы могли бы применяться для тепловой защиты космических кораблей, возвращаемых на землю, и систем ракетных двигателей. В последующие годы были исследованы тысячи различных материалов, композиций и конструкций методом их многократных испытаний при высоких температурах.
Абляционные материалы наносят на наружную поверхность конструкционных материалов и таким образом защищают несущую конструкцию от воздействия высоких температур окружающей среды. Взаимодействие окружающей среды при высокой температуре с абляционным материалом вызывает определенную эрозию поверхности жертвенного слоя. Тепловые процессы, сопровождающие этот унос массы, протекающие с поглощением тепла, автоматически регулируют температуру поверхности и в значительной мере ограничивают тепловой поток, который поступает к защищаемой поверхности.
Искусственные абляционные материалы были открыты только около 10 лет тому назад. Для защиты и тепловой изоляции металлических конструкций, подвергающихся воздействию выхлопных газов ракетного двигателя, использовали различные методы82 вз. Обнаружилось, что определенные армированные пластмассы и керамика проявляют значительную стойкость при кратковременном воздействии сверхвысоких температур. Кроме того, выяснилось, что высокая температура окружающей среды локализуется главным образом в тонком поверхностном слое абляционных материалов. Очевидно, что такие теплозащитные материалы могли бы применяться для тепловой защиты космических кораблей, возвращаемых на землю, и систем ракетных двигателей. В последующие годы были исследованы тысячи различных материалов, композиций и конструкций методом их многократных испытаний при высоких температурах.
Термохимическая теплота абляции некоторых пластмасс при нагревании в потоке воздуха в электродуговом разряде. Способность абляционного материала к локализации высокой температуры окружающей среды в неглубоком поверхностном слое также является его важной характеристикой. Показатель этого свойства материала называют защитным индексом. Его обычно выражают как минимальную толщину ( или массу) материала, необходимую для сохранения заданной температуры на тыльной стороне слоя в конце периода нагревания.
Множество ценных абляционных материалов было исследовано в лабораторных условиях и успешно испытано в условиях полетов. Ниже приведен список некоторых из этих материалов и композиций.
Эксплуатационные характеристики абляционных материалов определяются при помощи контрольно-измерительных приборов. Макроскопические изменения, в частности искажения профиля поверхности материала, качественно определяются в процессе высокотемпературного воздействия путем визуальных наблюдений. Более подробные данные получают при помощи высокоскоростной киносъемки с последующим изучением пленки в увеличенном масштабе. Таким методом фиксируют различные процессы разрушения, происходящие в процессе абляции материала. К ним относятся растрескивание, шелушение, расслаивание, смещение твердых частиц, стека-ние жидкости, испарение, кипение и др. Последующее оптическое исследование поверхности абляции может дать дополнительную информацию о равномерности и общей картине абляции. Неровности и шероховатость поверхности измеряются оптическим профилометром или щеточным анализатором.
Теплоизоляционную способность абляционных материалов в общем случае определяют по показаниям термопары, которую прикрепляют к тыльной стороне испытуемого образца или запрессовывают в него на некоторую глубину. Если необходимо определить распределение температур по поперечному сечению образца, используют ряд термопар, расположенных на различном расстоянии по толщине образца.
Эксплуатационные качества абляционных материалов представляют сложную функцию свойств самих материалов и характеристик окружающей среды. Поскольку характеристики газовых сред при высоких температурах могут сильно различаться между собой, один материал не может отвечать всем требованиям в отношении оптимальности его свойств. Каждый материал проявляет присущие только ему одному эксплуатационные качества в данной газовой среде и может оказаться непригодным в других условиях интенсивного нагрева.
Общее количество абляционного материала складывается из того количества материала, которое подвергается абляции при взаимодействии с окружающей средой, и дополнительного количества материала, предназначенного для теплоизоляции.
Эксплуатационные характеристики абляционных материалов определяются при помощи контрольно-измерительных приборов. Макроскопические изменения, в частности искажения профиля поверхности материала, качественно определяются в процессе высокотемпературного воздействия путем визуальных наблюдений. Более подробные данные получают при помощи высокоскоростной киносъемки с последующим изучением пленки в увеличенном масштабе. Таким методом фиксируют различные процессы разрушения, происходящие в процессе абляции материала. К ним относятся растрескивание, шелушение, расслаивание, смещение твердых частиц, стека-ние жидкости, испарение, кипение и др. Последующее оптическое исследование поверхности абляции может дать дополнительную информацию о равномерности и общей картине абляции. Неровности и шероховатость поверхности измеряются оптическим профилометром или щеточным анализатором.
Теплоизоляционную способность абляционных материалов в общем случае определяют по показаниям термопары, которую прикрепляют к тыльной стороне испытуемого образца или запрессовывают в него на некоторую глубину. Если необходимо определить распределение температур по поперечному сечению образца, используют ряд термопар, расположенных на различном расстоянии по толщине образца.

Эксплуатационные качества абляционных материалов представляют сложную функцию свойств самих материалов и характеристик окружающей среды. Поскольку характеристики газовых сред при высоких температурах могут сильно различаться между собой, один материал не может отвечать всем требованиям в отношении оптимальности его свойств.
Общее количество абляционного материала складывается из того количества материала, которое подвергается абляции при взаимодействии с окружающей средой, и дополнительного количества материала, предназначенного для теплоизоляции.
Внутренняя оболочка из абляционного материала устанавливается в титановом корпусе. Расширяющаяся часть сопла выполнена из ниобия с покрытием из дисилицида ниобия от сечения с е 16 до выходного сечения с е 43 4 и охлаждается излучением.
Внутренняя оболочка из абляционного материала устанавливается в титановом корпусе. Расширяющаяся часть сопла выполнена из ниобия с покрытием из дисилицида ниобия от сечения с е 16 до выходного сечения с е 43 4 и охлаждается излучением.
Термически ослабленный поверхностный слой абляционного материала разрушается также вибрационными силами. Этот эффект с трудом поддается изучению. Он имеет место в раструбах многих реактивных двигателей. Инерционные силы ( ускорения или торможения) могут усиливать стекание расплава с поверхности пластмасс.
Поверхность абляции пластмассы, армированной стекловолокном, при воздействии пламени кислородно-ацетиленовой горелки.| Плазменная горелка, работающая на воздушном потоке, для испытания абляционных пластмасс. Вторым широко распространенным устройством для испытания абляционных материалов является электродугояая горелка.
Поверхность абляции пластмассы, армированной стекловолокном, при воздействии пламени кислородно-ацетиленовой горелки.| Плазменная горелка, работающая на воздушном потоке, для испытания абляционных пластмасс. Вторым широко распространенным устройством для испытания абляционных материалов является электродуговая горелка.
Сетчатые полишиффовы основания и полиазины представляют интерес как коксующиеся абляционные материалы.
Существует много различных методов измерения или расчета температур поверхности абляционных материалов в процессе абляции. В испытуемый образец на различную глубину могут быть запрессованы металлические проволочки небольшого диаметра, обладающие известной температурой плавления. После испытания образца визуально, оптическим, рентгенографическим, микроскопическим и металлографическим методами определяют, на какой глубине расплавились проволочки. При помощи монохроматических приборов определяют яркостную температуру, которую можно пересчитать на истинную температуру поверхности в том случае, когда известна величина излучающей способности. Так как излучающая способность поверхности абляционных пластмасс, вообще говоря, точно не известна, этот экспериментальный метод имеет ограниченное применение.
Существует много различных методов измерения или расчета температур поверхности абляционных материалов в процессе абляции. В испытуемый образец на различную глубину могут быть запрессованы металлические проволочки небольшого диаметра, обладающие известной температурой плавления. После испытания образца визуально, оптическим, рентгенографическим, микроскопическим и металлографическим методами определяют, на какой глубине расплат вились проволочки. При помощи монохроматических приборов определяют яркостную температуру, которую можно пересчитать на истинную температуру поверхности в том случае, когда известна величина излучающей способности. Так как излучающая способность поверхности абляционных пластмасс, вообще говоря, точно не известна, этот экспериментальный метод имеет ограниченное применение.
Полимерные материалы произвольно относят к классу низко - или высокотемпературных абляционных материалов. Низкотемпературные абляционные материалы, как правило, являются термопластами, например политетрафторэтилен, полиэтилен, найлон и полиметилметакрилат. Эти материалы склонны к деполимеризации и испаряются при нагревании, поэтому температура на поверхности абляции редко превышает 870 С. Высокотемпературные абляционные материалы термореактивны; это - фе-нольные, эпоксидные, силоксановые, меламиновые и фурановые смолы, фенилсиланы.
Полимерные материалы произвольно относят к классу низко - или высокотемпературных абляционных материалов. Низкотемпературные абляционные материалы, как правило, являются термопластами, например политетрафторэтилен, полиэтилен, найлон и полиметилметакрилат. Эти материалы склонны к деполимеризации и испаряются при нагревании, поэтому температура на поверхности абляции редко превышает 870 С. Высокотемпературные абляционные материалы термореактивны; это - фе-нольные, эпоксидные, силоксановые, меламиновые и фурановые смолы, фенилсиланы.
В последнем случае они используются и как теплоизоляционные, и как абляционные материалы.

Благодаря возможности превращения в полиароматические системы полиальдазины представляют интерес для космонавтики как карбонизующиеся абляционные материалы.
Поперечный разрез со - [ IMAGE ] Образцы изоляционных. Реактивные двигатели, работающие на твердом топливе, сравнительно редко используются для испытания абляционных материалов. Вследствие относительно высокой стоимости эксплуатации таких двигателей их используют только для испытания наиболее термостойких материалов в условиях потока выхлопных газов горения твердого топлива.
Полученные полимеры могут использоваться для изготовления пленок, волокон, слоистых пластиков, прессованных изделий и абляционных материалов.
Углеродные ткани рекомендуется применять в управляемых снарядах, они предназначены для борьбы с расслаиванием, растрескиванием и другими вредными последствиями эрозионного воздействия на абляционные материалы.
Асбест является одним из наиболее распространенных наполнителей для фенольных смол и используется в пресс-композициях, кислото - и щелочестойких материалах, фрикционных тормозных накладках и абляционных материалах.
Волокна из двуокиси циркония перерабатываются в бумагу, плетеные изделия и войлок и комбинируются с фенольными и фенольно-эластомерны-ми смесями смол, образуя армированные пластики, которые можно использовать в качестве абляционных материалов.
Свойства ячеистых абляционных пластиков. Хотя в большинстве ячеистых абляционных конструкций шарики составляют меньшую долю веса, именно из них получается первичный углерод, на котором в дальнейшем отлагается углерод, образующийся в результате термического разложения абляционных материалов.
Свойства полиамидоимидных волокон. Основными направлениями использования полиамидоимидных волокон является применение их для отделки кабин самолетов, в фильтрах для разделения горячих газов [491] или расплавленного свинца, в виде волокон для упрочнения бумаги электроизоляционного назначения или абляционных материалов. Из них изготавливают защитную одежду для пожарников и летчиков, спецодежду для работающих в стекольном производстве, металлургии, нефтехимии.
Этот вид материалов широко используется, когда необходимс создать материалы со специальными электрофизическими свойствами ( для антенн радиолокаторов) или когда к изделию предъ-являются требования теплостойкости и низкой теплопроводности Они прекрасно служат как матрицы для неструктурированны абляционных материалов, таких как мягкие силиконовые связующие или жесткие вспененные эпоксидные материалы. Такие структуры были эффективно использованы в космических кораблях Джемини и Аполло. В США производятся стекловолоконньк заполнители на основе полиэфирного найлон-фенольного связующего, высокотемпературного фенольного и полиимидного связующего. Производятся в основном сотовые структуры с размеро ] у ячеек 5, 6, 3 и 10 мм; при использовании тонких тканей можно получить структуру с размером ячейки 3 мм.
В авиакосмической промышленности широко используют композиционные материалы, такие как стекло - и углепластик, а также углерод-углеродные композиты, которые, в свою очередь, могут выступать в качестве обшивок сэндвичевых или сотовых структур, усиленных металлическими или неметаллическими сотами, пластическими пенообразными материалами, бальзой и т.п. Некоторые структуры могут иметь слои из резины, пробки и абляционных материалов. Получили распространение также полностью металлические соты, в которых обшивка соединена с ячейками с помощью клея или сварки с припоем. В самолетах применяют силовые элементы ( стрингеры), соединенные с металлической обшивкой с помощью клея и заклепок.
Уравнения ( 6) и ( 7) отражают несколько важных характеристик процесса абляции. Абляционный материал оказывается хорошим теплоизолятором в том случае, когда его теплоемкость высока, а теплопроводность и температура поверхностного слоя сравнительно невелики.
Полимерные материалы произвольно относят к классу низко - или высокотемпературных абляционных материалов. Низкотемпературные абляционные материалы, как правило, являются термопластами, например политетрафторэтилен, полиэтилен, найлон и полиметилметакрилат. Эти материалы склонны к деполимеризации и испаряются при нагревании, поэтому температура на поверхности абляции редко превышает 870 С. Высокотемпературные абляционные материалы термореактивны; это - фе-нольные, эпоксидные, силоксановые, меламиновые и фурановые смолы, фенилсиланы.

Полимерные материалы произвольно относят к классу низко - или высокотемпературных абляционных материалов. Низкотемпературные абляционные материалы, как правило, являются термопластами, например политетрафторэтилен, полиэтилен, найлон и полиметилметакрилат. Эти материалы склонны к деполимеризации и испаряются при нагревании, поэтому температура на поверхности абляции редко превышает 870 С. Высокотемпературные абляционные материалы термореактивны; это - фе-нольные, эпоксидные, силоксановые, меламиновые и фурановые смолы, фенилсиланы.
Таким образом, абляционные материалы должны выделять большой объем газов низкого молекулярного веса, для того чтобы блокировать поступающий тепловой поток. Эксплуатация изделий в среде, из которой поступают интенсивные потоки лучистой энергии, требует другой схемы тепловой защиты, так как большинство газов, выделяющихся при абляции, практически прозрачны для излучения. Композиция из однородного материала пригодна для неизменяющегося во времени режима нагрева, но если тепловой импульс является переменным, необходимо использовать неоднородный абляционный материал. При низких скоростях нагрева эксплуатационные свойства материала полностью определяются его теплофизическими свойствами. Для того чтобы свести к минимуму количество поступающего внутрь материала тепла, необходим низкотемпературный абляционный материал.
Фенолоформальдегидные смолы, армированные полиамидными волокнами, были первыми материалами, использованными в качестве абляционной теплозащиты головных частей ракет и возвращаемых космических аппаратов. В американском патенте [7] описан абляционный материал на основе эпоксидно-кремнийоргани-чеокого связующего и кварцевых волокон, предназначенный для теплозащиты головных частей ракет, не образующей в процессе абляции ионов, нарушающих системы управления. Британский патент [8] содержит описание пожарнобезопасных топливных баков самолетов, заполненных пенопластом с открытыми порами таким образом, что только 10 - 15 % пространства баков остается свободным. Топливо, в котором набухает пенопласт, не вытекает из бака при его повреждении. Полиэфирные стеклопластики и пено-полиуританы были использованы для изготовления макета в натуральную величину англо-французского тренировочного истребителя Ягуар для показа на открытом воздухе. Реальный истребитель стоит около 1 5 млн. фунтов стерлингов.
Сравнение физико-механических свойств. Фенолоформальдегидные смолы, армированные полиамидными волокнами, были первыми материалами, использованными в качестве абляционной теплозащиты головных частей ракет и возвращаемых космических аппаратов. В американском патенте [7] описан абляционный материал на основе эпоксидно-кремнийоргани-ческого связующего и кварцевых волокон, предназначенный для теплозащиты головных частей ракет, не образующей в процессе абляции ионов, нарушающих системы управления. Британский патент [8] содержит описание пожарнобезопасных топливных баков самолетов, заполненных пенопластом с открытыми порами таким образом, что только 10 - 15 % пространства баков остается свободным. Топливо, в котором набухает пенопласт, не вытекает из бака при его повреждении. Полиэфирные стеклопластики и пено-полиуританы были использованы для изготовления макета в натуральную величину англо-французского тренировочного истребителя Ягуар для показа на открытом воздухе. Реальный истребитель стоит около 1 5 млн. фунтов стерлингов.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11