Уносимые теплозащитные покрытия

В отличие от тугоплав­ких эти покрытия в процессе работы разрушаются. В уносимых покрытиях при их нагреве до определенной температуры проис­ходят фазовые (сублимация, плавление, испарение) или химиче­ские превращения с последующим уносом продуктов этих пре­вращений газовым потоком. Тепло, подводимое от газа к стен­ке, в основном расходуется на эндотермические превращения и поэтому тепловой поток, идущий в глубь материала, невелик.

Газообразные продукты разрушения покрытия вдуваются в пограничный слой внешнего потока и уменьшают теплоотдачу в стенку подобно тому, как это происходит при пористом охлаж­дении.

Совокупность процессов, протекающих на поверхности уноси­мого покрытия, называется абляцией. Важной характеристикой уносимого покрытия является теплота абляции (r _абл) — тепло, которое расходуется на разрушение 1 кг покрытия. Оно склады­вается из тепла, расходуемого на нагрев материала, и тепла, по­глощаемого при фазовом переходе или химической реакции (r):

(13.15)

основную долю в этой сумме составляет r. Чем больше величина r _абл, тем, при прочих равных условиях, медленнее разрушается покрытие и, следовательно, будет меньше потребная его толщи­на.

В качестве оплавляющихся покрытий могут использоваться стекловидные материалы, которые имеют хорошие термоупругие характеристики, небольшую теплопроводность в жидком состоянии, большую вязкость и теплоту испарения (cкрытой теплоты плавления эти материалы не имеют), а также пластмассы, армированные стекловолокном или стеклотканью.

Защитный эффект может быть также основан на обугливании поверхностного слоя материала покрытия. Обугленный слой выполняет роль теплоизолятора, через который в пограничный слой горячего газа вдуваются газообразные продукты химических реакций, протекающих на внутренней стороне обугленного слоя. Обугленный слой состоит в основном из углерода, который при низких давлениях может сублимировать. Таким образом, кроме теплоизолирующего эффекта самого слоя, происходит уменьшение теплоподвода к поверхности вследствие вдувания газа в пограничный слой. Покрытие, которое обугливается в процессе работы, выполняют из смол и других органических веществ.

Очевидно что уносимые покрытия – покрытия одноразового применения.

Они используются для тепловой защиты ракет и космических аппаратов; они могут быть применены и для тепловой защиты внутренних поверхностей ракетных двигателей в тех местах где допустимо изменение их размеров.

13.6. Применение методов тепловой защиты в охлаждении лопаток турбин ГТД

а б

рис 13.9. Схемы лопаток с конвективно-пленочным (а) и пленочным (б) охлажде­нием: 1 — горячий газ; 2 — охлаждающий воздух

Рис 13.10. Схема лопатки с пористым охлаждением:

1 — несущий стержень; 2 — пористая (проницаемая) оболочка;

3 — охлаждающий воздух; А — А — сечение лопатки

а б в

рис 13.11. Лопатки с продольным и смешанным течением охлаждающего воздуха: а — без перфорации; б и в - с перфорацией; 1 — выступы в виде ребер; 2 — штырьки

а б

рис 13.12. Схемы охлаждения лопаток турбин двигателя а – олимп; б – спей

а б в

рис 13.13. Схемы охлаждения лопаток

а – петлевая схема; б – лопатка с внутреннем дефлектором и поперечными рёбрами на внутренней поверхности; в – Схема лопаток турбины ТРДД JT 9D 1-отверстие для удаление пыли

Рис. 13.14. Зависимость глубины охлаждения Q рабочей лопатки турбины от количества воздуха Q _{охл.р.л.}, отбираемого на её охлаждение, и системы охлаждения:

1 – конвективное охлаждение, радиальные каналы;

2 – конвективное охлаждение, вставной дефлектор;

3 – конвективно-пленочное охлаждение;

4 – пористое охлаждение.