Сравнительная оценка теплозащитных характеристик металлических и керамических экранов проточных трактов высокотемпературных газодинамических установок

В современной технике широко используются газодинамические установки, содержащие проточный тракт высокотемпературного рабочего тела, а их эффективность во многом зависит от предельно достижимой температуры, во многом определяемой термостойкостью конструкционных материалов и системами тепловой защиты наиболее теплонапряженных узлов конструкции. Чаще всего в таких установках применяют массообменные методы теплозащиты с использованием хладоресурса топливных компонент. Однако в некоторых газодинамических установках, таких как прямоточные воздушно-реактивные двигатели больших скоростей, этого оказывается достаточно только для поддержания допустимого уровня температур элементов проточного тракта, а тепловая защита смежных с ним ограждающих элементов конструкции может быть обеспечена неохлаждаемыми экранами или теплоизолирующими облицовками. Дана сравнительная оценка температурного режима и характеристик альтернативных типов теплозащитных экранов

Литература

[1] Иноземцев A.A., Нихамкин M.A., Сандрацкий В.Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 2. Компрессоры. Камеры сгорания. Форсажные камеры. Турбины. Выходные устройства. М., Машиностроение, 2008.

[2] Кулагин В.В. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок. Кн. 1--3. М., Машиностроение, 2003, 2005.

[3] Сударев А.В., Антоновский В.И. Камеры сгорания rазотурбинных установок. Теплообмен. Л., Машиностроение, 1985.

[4] Михеев С.В., Строганов Г.Б., Ромашин А.Г. Керамические и композиционные материалы в авиационной технике. М., Альтекс, 2002.

[5] Хронин А.В., ред. Конструкция и проектирование авиационных и газотурбинных двигателей. М., Машиностроение, 1989.

[6] Иноземцев A.A., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели. Пермь, ОАО "Авиадвигатель", 2006.

[7] Дегтярь В.Г., Сон Э.Е. Гиперзвуковые летательные аппараты. М., Янус-К, 2018.

[8] Латыпов А.Ф. Функциональная математическая модель камеры горения водорода гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Прикладная механика и техническая физика, 2015, т. 56, № 5, с. 76--90.

[9] Буше М., Фалампен Ф. Камера сгорания для прямоточного воздушно-реактивного двигателя и прямоточный воздушно-реактивный двигатель, содержащий такую камеру сгорания. Патент РФ 2258150. Заявл. 27.02.2003, опубл. 10.08.2005.

[10] Токталиев П.Д., Мартыненко С.И. Математическая модель системы охлаждения камер сгорания авиационных прямоточных двигателей на эндотермических топливах. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2015, № 1, с. 84--98. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/1812-3368-2015-1-84-98

[11] Семенов В.Л., Клеянкин Г.А., Дударева Н.Н. и др. Экспериментальный гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Патент РФ 2238420. Заявл. 18.02.2003, опубл. 20.10.2004.

[12] Семенов В.Л., Галанкин Е.М., Серебряков Д.И. Двигательная установка для гиперзвукового летательного аппарата. Патент РФ 2287076. Заявл. 24.02.2005, опубл. 10.11.2006.

[13] Кульков А.А., Антипов Е.А., Пашутов А.В. и др. Камера сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя из композиционных материалов. Патент РФ 2643927. Заявл. 06.06.2016, опубл. 06.02.2018.

[14] Панкратов Б.М. Спускаемые аппараты. М., Машиностроение, 1984.

[15] Виницкий А.М., ред. Конструкции и отработка РДТТ. М., Машиностроение, 1980.

[16] Товстоног В.А. Теплообмен в плоском канале с аблирующей стенкой. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2018, № 6, с. 4--19. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/0236-3941-2018-6-4-19

[17] Королев В.У., Гонтарь А.С., Коноплев Е.Е. и др. Высокотемпературная экранная теплоизоляция. Патент РФ 2003106471. Заявл. 27.09.2004, опубл. 12.03.2003.

[18] Товстоног В.А. Радиационный теплообмен и тепловая защита высокотемпературных проточных трактов газодинамических установок. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2017, № 6, с. 114--133. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/0236-3941-2017-6-114-133

[19] Tovstong V.A. Conjugate heat transfer and estimation of thermal state of elements of the thermal protection shield package. Herald of the Bauman Moscow State Technical University, Series Mechanical Engineering, 2019, no. 4, pp. 44--57. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/0236-3941-2019-4-44-57

[20] Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения. М., Металлургия, 1976.

[21] Кудинов В.В., Пузанов А.А., Замбржицкий А.П. Оптика плазменных покрытий. М., Наука, 1981.

[22] Петров В.А. Модель диффузии излучения для радиационно-кондуктивного теплопереноса в высокотемпературных полупрозрачных рассеивающих теплоизоляционных материалах. М., МИРЭА, 2012.

[23] Рутман Д.С., Торопов Ю.С., Плинер С.Ю. и др. Высокоогнеупорные материалы из диоксида циркония. M., Металлургия, 1985.

[24] Литовский Е.Я., Пучкелевич Н.А. Теплофизические свойства огнеупоров. M., Металлургия, 1982.

[25] Товстоног В.А. Теплофизика рассеивающих материалов: прикладные проблемы и решения. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2000, № 3, с. 67--85.

[26] Елисеев В.Н., Товстоног В.А. Теплообмен и тепловые испытания материалов и конструкций аэрокосмической техники при радиационном нагреве. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014.

[27] Гофин М.Я. Жаростойкие и теплозащитные конструкции многоразовых аэрокосмических аппаратов. СПб., ЗАО "ТФ "Мир", 2003.

[28] Падерин Л.Я., Прусов Б.В., Токарев О.Д. Установка для исследований интегральной полусферической излучательной способности теплозащитных материалов и терморегулирующих покрытий. Ученые записки ЦАГИ, 2011, т. 42, № 1, с. 53--61.

[29] Баранов А.Н. Теплопрочностные испытания летательных аппаратов. Труды ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского, 1999, вып. 2638.

[30] Акопов Ф.А., Вальяно Г.Е., Воробьев А.Ю. и др. Терморадиационные характеристики керамики из кубического ZrO₂, стабилизированного Y₂O₃, при высоких температурах. ТВТ, 2001, т. 39, № 2, с. 263--273.

[31] Петров В.А., Чернышев А.П. Терморадиационные характеристики оксида циркония при его нагреве лазерным излучением вплоть до температур интенсивного испарения. ТВТ, 1999, т. 37, № 1, с. 62--70.