3.2. Влияние лучистой составляющей теплового потока на характеристики разрушения ТЗМ различных
классов
70
На рис. 3.4 показаны характеристики разрушения образцов ТЗМ при постоянной плотности
суммарного теплового потока. Точка на рисунке соответствует среднему значению, полученному в
результате испытаний трех
−пяти образцов. В дополнение к ранее исследовавшимся материалам, в
этих условиях испытывали образцы модельных стеклопластиков на основе кремнеземной ткани КТ-
11, содержащие различное количество фенольной смолы. Стеклопластик "А" содержал 34% смолы
(точки 2); "В"
− 47% (точки 3); "С" − 56% (точки 4).
На рисунке видно, что скорость уноса стеклопластиков "А" и "В" в пределах точности экспе-
римента совпадает со скоростью уноса стеклопластика на эпоксидном связующем ТЗМКТ-8 (точки
1). Увеличение конвективной составляющей теплового потока практически не оказывает никакого
влияния на характер разрушения этих материалов. Некоторое снижение скорости уноса при отноше-
ниях
q
л
/
q
к
= 0,42/0,84; 0,84/0,42 связано сильной зависимостью скорости разрушения стеклопластиков
от температуры поверхности, которая в этих случаях была ниже на 150
−200 К. Такое снижение тем-
пературы поверхности вызвано тем, что при постоянном суммарном тепловом потоке эффективная
температура совместного нагрева ниже, так как постоянная плотность суммарного потока в этом слу-
чае может быть выдержана только за счет снижения энтальпии набегающего потока газа и темпера-
туры источника радиационного нагрева. Это и приводит к уменьшению температур поверхности об-
разцов. Для материалов, которые разрушаются практически без образования жидкой пленки (стекло-
пластик "С" относится к таким материалам), небольшое изменение температуры поверхности прак-
тически не влияет на скорость уноса. Повышение содержания массовой доли фенольной смолы в
стеклопластиках (более половины состава материала
− материал "С") приводит к уменьшению скоро-
сти разрушения. Хотя возрастание конвективной составляющей в таких условиях можно рассматри-
вать как повышение окислительного и термомеханического воздействия на материал, для образцов на
основе стеклоткани это не оказывает влияния на скорость разрушения.
Следовательно, для стеклопластиков, в которых массовая доля смолы не превышает 2/3, ско-
рость уноса в рассматриваемом диапазоне термогазодинамических параметров не зависит от окисли-
тельного и термомеханического воздействия конвективной составляющей нагрева, а определяется
только величиной суммарного теплового потока и составом материала.
Скорость разрушения асботекстолита АП (точки 5), органоволокнитов (точки 6, 7) и углепла-
стика УСС-2 (точки 8) ниже, чем для стеклопластиков. Однако эти материалы более чувствительны к
окислительному и термомеханическому воздействию потока воздуха. Массовая скорость уноса орга-
новолокнитов близка к скорости уноса углепластика. В то же время линейная скорость уноса органи-
та-6ТЗ выше на 35% скорости уноса углепластика, что объясняется более низкой термомеханической
стойкостью этого материала. При увеличении конвективной составляющей теплового потока глубина
коксования органоволокнитов и углепластика несколько уменьшается, а стеклопластика ТЗМКТ-8
остается постоянной. Очевидно, полученные в этих экспериментах зависимости подобны кривым,
приведенным на рис. 3.3, хотя условия проведения испытаний принципиально отличаются.
Во второй серии экспериментов исследовались каучуко-смоляные материалы (Р-864 и 51-2087),
показавшие лучшие характеристики при радиационном и конвективном нагреве. Учитывая, что эти
материалы могут применяться в качестве внутренней тепловой защиты ракетных двигателей твердого
топлива (РДТТ), конвективная составляющая теплового потока обеспечивалась за счет нагрева азот-
ной плазмой. Испытания проводились при суммарной плотности теплового потока 6300 кВт/м
2
, а от-
ношение
q
л
/
q
к
изменялось как 0/0,63; 0,21/0,42; 0,42/0,21 и 0,63/0. На рис. 3.5 показаны характеристи-
ки разрушения материалов при длительности нагрева 60 с. Для материалов, работающих в качестве
тепловой защиты РДТТ, наиболее важным параметром является глубина пиролиза (суммарная тол-
щина прогретого и унесенного слоев), поэтому на рис. 3.5,
б показан линейный унос, а на рис. 3.5, в
−
глубина коксования. Если не принимать во внимание большой разброс экспериментальных данных
для образцов материала 51-2087, связанный с очень неравномерным послойным разрушением, то
можно считать, что массовая скорость уноса обоих материалов почти совпадает для всех режимов
испытаний. При увеличении конвективной составляющей теплового потока скорость уноса возраста-
ет, что свидетельствует о термомеханическом влиянии потока азота на материал.
Следует отметить, что зависимости массовой скорости уноса при наличии конвективной со-
ставляющей теплового потока от времени испытаний не обнаружено (эксперименты проводились при
длительности нагрева 15, 30 и 60 с). Это позволяет считать процесс разрушения квазистационарным,
по крайней мере, начиная с отношения
q
л
/
q
к
= 0,42/0,21 и времени нагрева 30 с.