Лекция 7 (Электронные лекции)

Лекция 7

Тепловая защита РДТТ

Раздел 8.1. Особенности тепловой защиты РДТТ

Работоспособность конструкции определяется:

1. характеристиками и параметрами газового потока (ПС);

2. интенсивностью внутренних тепловых потоков от ПС и внешних тепловых потоков, обусловленных аэродинамическим потоком.

3. временем работы.

Материалы, образующие газовый тракт РДТТ находятся в потоке химически активных газов в условиях высокого давления, температуры, тепловых потоков.

Поток сложный.

Давление в камере РДТТ p_к = 40-150 атм. Т = 3000-3700 К.

Уровень тепловых потоков 20-120 МВт/м².

Используемые материалы обеспечивают пассивную защиту.

Унос массы осуществляется за счет термохимического воздействия и за счет абразивного воздействия.

Без надлежащих мер тепловой защиты РДТТ выходит из строя по следующим причинам:

1. Перегрев конструкции и силовой элемент не выдерживает нагрузок.

2. Прогар.

3. Оплавление.

Основная цель тепловой защиты – обеспечить работоспособность (чтобы основные силовые элементы находились при температуре, не превышающей допустимую).

Теплозащиту обеспечивают:

1. Схема.

2. Материал.

3. Толщина.

Особенности работы ТЗП в РДТТ

1. V = 0 – застойные зоны

2. V  50 м/с – характерный условия для переднего днища РДТТ

3. V = 150 м/с – характерная скорость у стенки КС

4. V = 300-350 м/с – зона соплового днища

5. V = 350 м/с–a_кр – дозвуковая зона

6. V = a_кр – критика

7. V = 2500-2800 м/с – сопло

Для первых трех зон основное требование – обеспечение требуемой температуры силовых элементов.

5-7 – обеспечение неизменности формы.

Зона 4 – оба требования.

В зависимости от скорости потока используются либо теплозащитные покрытия, либо эрозионно-стойкие покрытия.

Теплозащитные и эрозионно-стойкие покрытия

Теплозащита – это ТЗП и ЗКС.

Требования к ТЗП:

1. максимально возможная температура разрушения

2. максимально возможная стойкость против термохимической деструкции (выгорания)

3. низкая теплопроводность

4. низкая температуропроводность

5. высокая теплоемкость

6. низкая плотность

7. высокая адгезия по отношению как к снаряду, так и к стенке

8. высокая стабильность при хранении

Основные требования к Защитно-Крепящему Слою:

1. Высокая адгезия к снаряду и к стенке.

2. Прочностные и жесткостные характеристики должны быть максимально близки к характеристикам самого топлива.

3. Низкая гидроскопичность.

ТЗП могут быть разделены на эластичные и прочные.

Для первых 3 зон

Эластичные ТЗП – связующее для них – смолы, каучуки. В качестве наполнителей обычно используют измельченные порошкобразные оксиды, неорганические минералы или измельченные смолы.

Имеют низкую эрозионную стойкость и высокие механические свойства

Жесткие ТЗП – на базе текстолитов и прессованных пластмасс.

Материалы, занимающие промежуточное положение, – прорезиненные и наполненные ткани.

Теплозащитные покрытия переднего днища

В зоне переднего днища используют эластичные ТЗП на базе фенольных каучуков и резины (без наполнителей).

Для камеры – каучуки и резины с наполнителем, который имеет повышенную эрозионную стойкость.

На задних, или сопловых, днищах используют многослойные тканевые ТЗП

• асботкани

• углеткани

• стеклоткани

В качестве связующего используются фенольные или эпоксидные смолы с температурами разложения 700К.

Основным недостатком покрытий является очень низкий коэффициент натяжения.

Для снижения используется небольшое количество высокомолекулярных смол.

Наполнители – оксиды металла, асбест, графит.

Табл. ТЗП на основе ткани

ТФХ – кремнеземная ткань с фенольным связующим + термообработка 900К -> кремнеземная ткань с кремноорганическим связующим -> кремнеземная ткань со связующим: эпоксидная смола ЭД1-10 -> асботкань со связующей фенолформальдегидной смолой

Плотность кг/м3 *10 ^3 -> 1.48 ->1.5 ->1.63 -> 1.6

Теплопроводность, Вт/мК при 20°C -> 0.27 -> 0.26 -> 0.37 -> 0.4

Теплоемкость кДж/кгК -> 1.05 -> 0.88 -> 1.1 -> 1.15

ТЗП из фенольных смол с тканью

Характеристика -> ФС + УТ -> ФС + КТ

Плотность -> 0.13 -> -

Теплопроводность при 93 °С -> 0.12 -> -

Теплопроводность при 66 °С -> 0.16 -> -

Теплоемкость -> 1.21 -> -

Содержание смолы – 30%.

Термостойкие пластмассы

Связующие – фенольные, эпоксидные, полиэфирные и кремнеорганические смолы.

Наполнители – стекловолокно – кварцевые, асбоволокно – асбонаполнители.

Содержание наполнителей – 25-30%.

Нанесение покрытий

Различают два метода:

- механизированый (напыление порошков, центробежное нанесение паст)

- ручной (выстилание пластин ТЗП, засыпка порошков).

Нанесению покрытия предшествует:

- пескоструйная (дробеструйная) обработка;

- хим.обработка.

ТЗП в виде листов бывают отверждаемыми и неотверждаемыми.

Отверждаемые ТЗП выдерживаются при небольшом давлении и температуре

Неотверждаемые выдерживаются при высоком давлении – 10МПа и температуре от 400 до 450К.

Наружные ТЗП

Тонкослойные покрытия наносятся напылением или нанесение объемных стеклотканей.

Выдерживаемый уровень – до 2000 К.