Сравнительная оценка теплового состояния клина с термостойким покрытием в высокоскоростном воздушном потоке

Аннотация

Работоспособность и предельные по высоте, скорости и длительности характеристики траектории полета высокоскоростных атмосферных летательных аппаратов во многом определяются температурным режимом таких наиболее теплонапряженных элементов конструкции, как кромки аэродинамических профилей планера. Применение систем их активной тепловой защиты сопряжено с решением ряда сложных научных и технических проблем и наиболее перспективное и простое решение --- это использование термостойких неорганических материалов оксидного класса. Однако их применение для конструктивного исполнения кромки в виде монолитного элемента затруднительно как по технологическим особенностям, так и прочностным характеристикам, особенно в режиме теплового удара. Перспективным решением представляется кромка в виде сердечника из термостойких и теплопроводных материалов с облицовкой из высокотемпературной оксидной керамики, обеспечивающей защиту от окислительного воздействия среды, и допустимый температурный режим сердечника за счет термического сопротивления, определяемого толщиной облицовки. При этом значительную роль в плане выбора материалов сердечника и облицовки играют предварительные расчетно-теоретические оценки параметров, характеризующие работоспособность кромки при доступных данных о теплофизических и физико-механических свойствах применяемых материалов. Приведены результаты сравнительного анализа теплового состояния сборного клина с теплопроводным сердечником из такого перспективного термостойкого материала, как борид гафния и более технологичных и дешевых металлических материалов --- молибдена и никеля с облицовкой из оксидных термостойких керамик

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Алиев А.А., Зимин В.Н., Товстоног В.А. и др. Сравнительная оценка теплового состояния клина с термостойким покрытием в высокоскоростном воздушном потоке. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2022, № 1 (140), с. 4--23. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2022-1-4-23

Литература

[1] Суржиков С.Т., Товстоног В.А., Яцухно Д.А. и др. Атлас результатов компьютерного моделирования задач высокоскоростной аэротермодинамики и аэрофизики. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021.

[2] Суржиков С.Т. Компьютерная аэрофизика спускаемых космических аппаратов. М., ФИЗМАТЛИТ, 2018.

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

[4] Тирский Г.А., ред. Гиперзвуковая аэродинамика и тепломассообмен спускаемых космических аппаратов. М., ФИЗМАТЛИТ, 2011.

[5] Суржиков С.Т. Расчетное исследование аэротермодинамики гиперзвукового обтекания затупленных тел на примере анализа экспериментальных данных. М., ИПМех РАН, 2011.

[6] Сорокин О.Ю., Гращенков Д.В., Солнцев С.С. и др. Керамические композиционные материалы с высокой окислительной стойкостью для перспективных летательных аппаратов (обзор). Труды ВИАМ, 2014, № 6. DOI: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2014-0-6-8-8

[7] Столярова В.Л., Ворожцов В.А., Карачевцев Ф.Н. Изучение термодинамики и испарения трехкомпонентных систем на основе оксида гафния для повышения высокотемпературных эксплуатационных характеристик керамических материалов и покрытий. Высокотемпературные керамические композиционные материалы и защитные покрытия. Матер. IV Всерос. науч.-техн. конф. М., ВИАМ, 2020, с. 126--139.

[8] Промахов В.В., Жуков И.А., Ворожцов С.А. и др. Термостойкие керамические композиты на основе диоксида циркония. Новые огнеупоры, 2015, № 11, с. 39--44.

[9] Соколов П.С., Аракчеев А.В., Михальчик И.Л. и др. Сверхвысокотемпературная керамика на основе ZrB2--SiC: получение и основные свойства. Новые огнеупоры, 2017, № 1, с. 33--39. DOI: https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-1-33-39

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

[11] Чевыкалова Л.А., Келина И.Ю., Михальчик И.Л. и др. Получение ультравысокотемпературного керамического материала на основе диборида циркония методом SPS. Новые огнеупоры, 2013, № 11, с. 31--38.

[12] Лямин Ю.Б., Прямилова Е.Н., Пойлов В.З. и др. Исследование фаз, образующихся при искровом плазменном спекании композиций на основе боридов циркония и гафния. Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология, 2015, № 3, с. 91--103.

[13] Roberto O., Giacomo C. Comparison of reactive and non-reactive spark plasma sintering routes for the fabrication of monolithic and composite ultra high temperature ceramics (UHTC) materials. Materials, 2013, vol. 6, no. 5, pp. 1566--1583. DOI: https://doi.org/10.3390/ma6051566

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

[15] Харитонов А.М. Техника и методы аэрофизического эксперимента. Аэродинамические трубы и газодинамические установки. Новосибирск, Изд-во НГТУ, 2005.

[16] Левин В.М., Карасев В.Н., Картовицкий Л.Л. и др. Испытания двухрежимного ПВРД с горением керосина. Теплофизика и аэромеханика, 2015, т. 22, № 5, с. 591--597.

[17] Губанов Е.И., Кислых В.В., Кусов А.Л. и др. Экспериментальное исследование теплообмена в донной области модели гиперзвукового летательного аппарата. Космонавтика и ракетостроение, 2014, № 6, с. 29--36.

[18] Алиев А.А., Бурков А.С., Товстоног В.А. и др. Тепловое состояние аэродинамического профиля летательного аппарата, обтекаемого высокоскоростным потоком воздуха. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2021, № 3 (138), с. 4--24. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2021-3-4-24

[19] Алямовский А.А., Одинцов Е.В., Пономарев А.А. и др. SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике. СПб, БХВ, 2008.

[20] Мармер Э.Н. Материалы для высокотемпературных вакуумных установок. М., ФИЗМАТЛИТ, 2007.