Оценка стойкости теплозащиты материалов

62 
материалов, получают по результатам лабораторных исследований и 
модельных испытаний. Так, при лабораторных исследованиях 
выявляют 
комплекс 
теплофизических, 
термомеханических, 
механических и эксплуатационных характеристик материалов.
Модельные испытания проводятся для оценки пригодности 
выбранного типа теплозащитного материала для конкретного случая 
применения. В частности, для оценки теплозащитного покрытия (ТЗП) 
камеры сгорания необходимо моделировать скорость обтекания 
поверхности материала ТЗП газовым горячим потоком, а оценку 
стойкости ТЗМ, например, соплового блока проводят по результатам 
испытаний модели сопла.
Результаты испытаний модельных двигателей позволяют оценить 
работоспособность того или иного типа ТЗМ в условиях натурных 
испытаний, работающих на том же топливе, при сравнимых давлениях, 
тепловых потоках и окружающих условиях. Пересчет модельных 
результатов по скоростям проводится по формуле (3.3) [11], которая 
может быть использована для композиционных материалов на базе 
кварцевой ткани без уточнения химического состава продуктов 
сгорания: 
2
,
0
.
.
8
,
0
.
.
.
.















нат
кр
мод
кр
мод
к
нат
к
мод
ун
нат
ун
d
d
P
P
V
V
,
(3.3) 
где 
к
P
– давление в камере сгорания для модельного и натурного сопла; 
кр
d  – диаметр критического сечения для модельного и натурного сопла.
Глубина обугливания (толщина слоя кокса) ТЗМ зависит от вида 
базовой ткани. Так, для ТЗМ на базе графитовой ткани глубину 
обугливания 
k

можно оценить по зависимости [12]: 
0
/
180
68
,
0
92
,
0
q
k
e




, 
(3.4) 
а для ТЗМ на базе кварцевой ткани – 
0
/
245
68
,
0
51
,
0
q
k
e




,
(3.5) 
где 

– длительность теплового воздействия; 
0
q  – тепловой поток в 
холодную стенку.
Для экспериментального определения скорости продвижения 
изотерм заданного уровня в испытуемое теплозащитное покрытие 
устанавливаются микротермопары. На практике оценку стойкости 
применяемых в конструкции ТЗП проводят после испытания путем 
засверливания покрытия в контрольных точках и измерения полной 
конечной толщины оставшегося слоя ТЗП. Отдельно измеряют толщину 
прококсованного слоя и толщину материала, оставшегося в нетронутом 

63 
состоянии (без видимых изменений структуры). Толщина унесенного 
слоя определяется как
)
(
ОСТ
k
НАЧ
УН







, 
(3.6) 
где 
НАЧ

– начальная толщина покрытия в контролируемой точке, 
определяемая до опыта; 
k

– толщина прококсованного слоя; 
ОСТ

– 
толщина материала, оставшегося в нетронутом состоянии (без видимых 
изменений структуры). 
Анализ состояния теплозащитных покрытий предусматривает [13]: 
- 
измерение фактических значений толщины унесенного, 
деструктированного и сохранившегося слоев ТЗП; 
- расчет средних линейных скоростей уноса в измеряемых точках и 
определение профилей уноса; 
- определение конечной геометрии деталей соплового тракта; 
- определение массового уноса теплозащитных покрытий. 
При обмере деталей газового тракта выявляют степень 
неравномерности уноса материала в поперечных и продольных 
сечениях с обязательным измерением критического и выходного 
сечений.
Для оценки стойкости и работоспособности ТЗМ необходимо 
иметь экспериментальные данные о значениях тепловых потоков: 
суммарного и его составляющих – лучистого и конвективного. В 
экспериментах измерительные преобразователи тепловых потоков 
устанавливаются в наиболее теплонапряженных местах, а также в 
местах, где происходит значительный унос массы при работе двигателя. 
Измерение суммарных тепловых потоков производится с помощью 
калориметрических и термопарных измерительных преобразователей. 
Действие преобразователей калориметрического типа основано на 
определении скорости нарастания температуры по времени в 
металлических тонких плоских телах, одна поверхность которых 
подвергается воздействию теплового потока, а другая является 
теплоизолированной. 
Принцип работы термопарных преобразователей заключается в 
появлении термоэлектродвижущей силы при возникновении теплового 
градиента в направлении теплового потока. Для определения лучистого 
теплового потока используются различного вида радиометры. 
Конвективный тепловой поток оценивается по разности между полным 
и лучистым тепловыми потоками (рис. 3.1). Преобразователь [14] 
предназначен для измерения квазистационарных тепловых потоков с 
поверхностной плотностью до 10 МВт/м
2
. Тепловая энергия через 
медную шайбу 1 подводится к термочувствительному элементу 3, 
расположенному в глухом отверстии 2 шайбы 1.

64 

жүктеу/скачать 2,01 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: