Оценка температурного состояния и методические вопросы газодинамических испытаний образцов высокотемпературной керамики

Выбор материалов теплонапряженных узлов аэрокосмических конструкций и энергетических установок основан на всестороннем изучении их физико-механических и оптических свойств в широком диапазоне температур вплоть до предельно высоких 2500...3000 K. Однако получение всего объема данных о свойствах вновь разрабатываемых конструкционных и теплозащитных материалов, необходимых для теоретических оценок теплового состояния и работоспособности проектируемых теплонапряженных конструкций, представляет исключительно сложную и дорогостоящую задачу. Кроме того, используемые теоретические модели теплонапряженного состояния чаще всего основаны на ряде допущений, что требует их верификации при сопоставлении с данными экспериментальных исследований. В связи с этим важную роль имеют интегральные методы оценки работоспособности материала в предполагаемых натурных условиях теплового и силового нагружений. Эта задача решается при проведении наземных стендовых испытаний на моделирующих установках. При этом важно обеспечить адекватность температурных режимов испытуемого объекта в натурных и модельных условиях. Эти вопросы рассмотрены применительно к оценке работоспособности термостойкой керамики в условиях воздействия высокотемпературного газового потока

Литература

[1] Цихош Э. Сверхзвуковые самолеты. М., Мир, 1983.

[2] Kleb W.L., Wood W.A., Gnoffo P.A., et al. Computational aeroheating predictions for X-34. J. Spacecr. Rockets, 1999, vol. 36, no. 2, pp. 179--188. DOI: https://doi.org/10.2514/2.3448

[3] Milos F.S., Squire T.H. Thermostructural analysis of X-34 wing leading-edge tile thermal protection system. J. Spacecr. Rockets, vol. 36, no. 2, pp. 189--198. DOI: https://doi.org/10.2514/2.3449

[4] Кюхеман Д. Аэродинамическое проектирование самолетов. М., Машиностроение, 1983.

[5] Горский В.В., ред. Математическое моделирование тепловых и газодинамических процессов при проектировании летательных аппаратов. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011.

[6] Полежаев Ю.В., Шишков А.А. Газодинамические испытания тепловой защиты. М., Промедэк, 1992.

[7] ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского. Экспериментальная база. tsagi.ru: веб-сайт. URL: http://www.tsagi.ru/experimental_base (дата обращения: 15.02.2020).

[8] ФГУП "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша": веб-сайт. URL: http://kerc.msk.ru (дата обращения: 15.02.2020).

[9] ИТПМ им. С.А. Христиановича СО РАН. Экспериментальная база. itam.nsc.ru: веб-сайт. URL: http://itam.nsc.ru/science/facilities.html (дата обращения: 15.02.2020).

[10] Землянский Б.А., ред. Конвективный теплообмен летательных аппаратов. М., ФИЗМАТЛИТ, 2014.

[11] Горский В.В., Гордеев А.Н., Дмитриева А.А. и др. ВЧ-плазмотрон ВГУ-4 ИПМех РАН как инструмент для исследования кинетики гетерогенных химических реакций, протекающих на поверхности углеродного материала. Физико-химическая кинетика в газовой динамике, 2017, т. 18, № 2. URL: http://chemphys.edu.ru/issues/2017-18-2/articles/736

[12] Колесников А.Ф., Гордеев А.Н., Васильевский С.А. и др. Теплообмен в неравновесных струях диссоциированного азота: эксперимент на ВЧ-плазмотроне и численное моделирование. Физико-химическая кинетика в газовой динамике, 2016, т. 17, № 2. URL: http://chemphys.edu.ru/issues/2016-17-2/articles/637

[13] Соколов П.С., Аракчеев А.В., Михальчик И.Л. и др. Сверхвысокотемпературная керамика на основе HfB₂--30 % SiC: получение и основные свойства. Новые огнеупоры, 2017, № 5, с. 48--55. DOI: https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-5-48-55

[14] Прямилова Е.Н., Пойлов В.З., Лямин Ю.Б. Термохимическая стойкость керамики на основе боридов циркония и гафния. Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология, 2014, № 4, с. 55--67.

[15] Гращенков Д.В., Сорокин О.Ю., Лебедева Ю.Е. и др. Особенности спекания тугоплавкой керамики на основе HfB₂ методом гибридного искрового плазменного спекания. Журнал прикладной химии, 2015, т. 88, № 3, с. 379--386.

[16] Симоненко Е.П., Симоненко Н.П., Севастьянов В.Г. и др. Получение композиционных порошков состава HfB₂/SiC с применением золь-гель технологии. Журнал неорганической химии, 2016, т. 61, № 12, с. 1543--1559. DOI: https://doi.org/10.7868/S0044457X16120175

[17] Севастьянов В.Г., Симоненко Е.П., Гордеев А.Н. и др. Получение сверхвысокотемпературных композиционных материалов HfB₂--SiC и исследование их поведения под воздействием потока диссоциированного воздуха. Журнал неорганической химии, 2013, т. 58, № 11, с. 1419--1426. DOI: https://doi.org/10.7868/S0044457X13110184

[18] Севастьянов В.Г., Симоненко Е.П., Гордеев А.Н. и др. Получение керамических материалов состава HfB₂--SiC (45 об. %) и исследование его поведения под длительным воздействием потока диссоциированного воздуха. Журнал неорганической химии, 2014, т. 59, № 11, с. 1542--1556. DOI: https://doi.org/10.7868/S0044457X1411021X

[19] Севастьянов В.Г., Симоненко Е.П., Гордеев А.Н. и др. Получение керамических материалов состава HfB₂--SiC (10…20 об. %) и исследование их поведения под длительным воздействием потока диссоциированного воздуха. Журнал неорганической химии, 2014, т. 59, № 12, с. 1611--1632. DOI: https://doi.org/10.7868/S0044457X14120253

[20] Симоненко Е.П., Гордеев А.Н., Симоненко Н.П. и др. Исследование поведения керамических материалов HfB₂--SiC (10, 15 и 20 об. %) в потоках высокоэнтальпийного воздуха. Журнал неорганической химии, 2016, т. 61, № 10, с. 1259--1275.

[21] Кржижановский Р.Е., Штерн З.Ю. Теплофизические свойства неметаллических материалов (карбиды). Л., Энергия, 1973.

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

[23] Самсонов Г.В., Серебрякова Т.И., Неронов В.А. Бориды. М., Атомиздат, 1975.

[24] Шейндлин А.Е., ред. Излучательные свойства твердых материалов. М., Энергия, 1974.

[25] Аржаников Н.С., Садекова Г.С. Аэродинамика больших скоростей. М., Высшая школа, 1965.

[26] Белов Г.В., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование химически реагирующих систем. М., МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013.

[27] Белов Г.В. Термодинамическое моделирование: методы, алгоритмы, программы. М., Научный мир, 2002.

[28] Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ракетных двигателей. М., Машиностроение, 1969.

[29] Колесников А.Ф. Условия локального подобия термохимического взаимодействия высокоэнтальпийных потоков газов с неразрушаемой поверхностью. Теплофизика высоких температур, 2014, т. 52, № 1, с. 118--125.

[30] Васильевский С.А., Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Локальное моделирование аэродинамического нагрева поверхности затупленного тела в дозвуковых высокоэнтальпийных потоках воздуха: теория и эксперимент на ВЧ-плазмотроне. Изв. РАН. Механика жидкости и газа, 2017, № 1, с. 160--167.