2 / 15
Введение.
Освоение новых диапазонов скоростей полета приво-
дит к необходимости разработки новых подходов к тепловой защи-
те двигателей летательных аппаратов. В настоящее время в России
и за рубежом активно разрабатывают различные проекты высокоско-
ростных летательных аппаратов с крейсерской скоростью
M
≥
6
[1],
оснащенных прямоточными двигателями. Теплота, выделяемая в ре-
зультате сгорания топлива в камере, приводит к интенсивному нагреву
корпуса прямоточного двигателя. Атмосферный воздух, применяемый
в качестве окислителя, не может быть использован для охлаждения.
Расход топлива сравнительно мал, поскольку тяга двигателя должна
компенсировать потери на трение набегающего воздушного потока
об обшивку летательного аппарата при полете на сравнительно боль-
ших высотах (
≈
30
км). Таким образом, тепловая нагрузка на корпус
авиационного прямоточного двигателя соизмерима с нагрузкой в жид-
костных ракетных двигателях (ЖРД), однако для охлаждения прямо-
точного двигателя можно использовать только небольшое количество
топлива. Другими словами, необходимо минимальным количеством
топлива защитить максимальную поверхность камеры сгорания от ис-
точника теплоты высокой интенсивности (средняя удельная плотность
теплового потока от продуктов сгорания топлива в стенку камеры со-
ставляет приблизительно 1МВт/м
2
и выше).
Отдельные природные углеводороды, такие как этан (
C
2
H
6
), про-
пан (
C
3
H
8
), бутан (
C
4
H
10
) и пентан (
C
5
H
12
), при нагреве разлагают-
ся на более простые углеводороды, причем этот процесс разложения
является эндотермическим, т.е. протекает с поглощением теплоты. При
повышенном давлении эти углеводороды легко конденсируются в жид-
кости, поэтому их можно хранить в герметичном сосуде в жидком виде
при температуре внешней среды [2, 3]. Углеводороды, поглощающие
теплоту при термическом разложении и используемые в качестве топ-
лив для летательных аппаратов, получили название эндотермические
топлива (ЭТ).
Эндотермические топлива поглощают больше теплоты, чем стан-
дартные топлива, что приводит к дополнительному охлаждающему
эффекту. Их преимуществом перед криогенными видами топлив явля-
ется высокая плотность и возможность хранения при нормальных тем-
пературах. Это позволит упростить управление топливной системой,
уменьшить размеры летательного аппарата, его массу и лобовое со-
противление, особенно на более низких скоростях [4].
В настоящее время в мире проводятся обширные эксперименталь-
ные и теоретико-вычислительные исследования возможности приме-
нения ЭТ в высокоскоростных летательных аппаратах различного на-
значения. Одной из трудностей является построение математической
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2015. № 1
85