Экспериментальная оценка теплофизических характеристик высокотемпературных теплоизоляционных материалов

Создание высокотемпературных конструкционных, теплозащитных и теплоизоляционных материалов с предельно высокими рабочими температурами 2000...2500 °C --- одна из важнейших проблем развития перспективных образцов аэрокосмической техники и высокоэффективных энергетических установок. Для создания даже опытных образцов необходим качественный скачок в области материаловедения и производства новых высокотемпературных композиционных и теплоизоляционных материалов, обеспечивающих теплозащиту и допустимый температурный режим элементов конструкции при высоких значениях температуры. Практическое применение разрабатываемых материалов требует оценки всего комплекса их физико-механических, оптических и теплофизических характеристик, что может быть выполнено только при проведении экспериментальных исследований. Разработана конструкция экспериментальной установки и методика приближенной оценки теплофизических характеристик высокопористых теплоизоляционных материалов при температуре до 2000 °С. Источником нагрева образцов с характерным размером до 50 × 50 мм служит многосопловая горелка на топливных компонентах пропан/кислород или ацетилен/кислород. Приведено обоснование методики обработки результатов измерений в целях определения теплофизических характеристик, а также результаты исследования теплопроводности высокопористого материала на основе оксида циркония

Литература

[1] Полежаев Ю.В. Быть или не быть гиперзвуковому самолету. Инженерно-физический журнал, 2000, т. 73, № 1, с. 5--10.

[2] Sziroczak D., Smith H. A review of design issues specific to hypersonic flight vehicles. Prog. Aerosp. Sci., 2016, vol. 84, pp. 1--28. DOI: https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2016.04.001

[3] Riley C.J., Kleb W.L., Alter S.J. Aeroheating predictions for X-34 using an inviscid boundary-layer method. J. Spacecr. Rockets., 1999, vol. 36, no. 2, pp. 206--215. DOI: https://doi.org/10.2514/2.3451

[4] Дегтярь В.Г., Сон Э.Е. Гиперзвуковые летательные аппараты. М., Янус-К, 2018.

[5] Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 г. Авиационные материалы и технологии, 2012, № S, с. 7--17.

[6] Каблов Е.Н., Щетанов Б.В., Ивахнено Ю.А. и др. Перспективные армирующие высокотемпературные волокна для металлических и керамических композиционных материалов. Труды ВИАМ, 2013, № 2. URL: http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=8

[7] Сорокин О.Ю., Гращенков Д.В., Солнцев С.С. и др. Керамические композиционные материалы с высокой окислительной стойкостью для перспективных летательных аппаратов. Труды ВИАМ, 2014, № 6. DOI: https://dx.doi.org/10.18577/2307-6046-2014-0-6-8-8

[8] Кац С.М. Высокотемпературные теплоизоляционные материалы. М., Металлургия, 1981.

[9] Афанасов И.М., Лазоряк Б.И. Высокотемпературные керамические волокна. М., МГУ им. М.В. Ломоносова, 2010.

[10] Тинякова Е.В., Гращенков Д.В. Теплоизоляционный материал на основе муллито-корундовых и кварцевых волокон. Авиационные материалы и технологии, 2013, № 3, с. 43--46.

[11] Зимичев А.М., Соловьева Е.П. Волокно диоксида циркония для высокотемпературного применения. Авиационные материалы и технологии, 2014, № 3, с. 55--61.

[12] Балинова Ю.А., Люлюкина Г.Ю. Волокна диоксида циркония: получение, свойства и перспектива применения. Современные высокотемпературные волокнистые теплозвукоизоляционные материалы. М., ВИАМ, 2017, с. 15--30.

[13] Кащеев И.Д., Демин Е.Н. Новые высокотемпературные теплоизоляционные материалы. Новые огнеупоры, 2012, № 3. URL: http://www.spetsogneupor.ru/stati/stati-09-new-materiali.html (дата обращения: 13.11.2019).

[14] Бабашов В.Г., Варрик Н.М. Высокотемпературный гибкий волокнистый теплоизоляционный материал. Труды ВИАМ, 2015, № 1. DOI: https://dx.doi.org/10.18577/2307-6046-2015-0-1-3-3

[15] Хейфец Л.И., Неймарк А.В. Многофазные процессы в пористых средах. М., Химия, 1982.

[16] Дульнев Г.Н., Заричняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. Л., Энергия, 1974.

[17] Дульнев Г.Н., Новиков В.В. Процессы переноса в неоднородных средах. Л., Энергоатомиздат, 1991.

[18] Платунов Е.С., ред. Теплофизические измерения и приборы. Л., Машиностроение, 1986.

[19] Платунов Е.С. Теплофизические измерения в монотонном режиме. Л., Энергия, 1973.

[20] Бессонов А.Ф. Установки для высокотемпературных комплексных исследований. М., Машиностроение, 1974.

[21] Веб-сайт компании NETZSCH. URL: https://www.netzsch.com/en/ (дата обращения: 13.11.2019).

[22] Parker W.J., Jenkins R.J., Butler C.P., et al. Flash method of determining thermal diffusivity, heat capacity, and thermal conductivity. J. Appl. Phys., 1961, vol. 32, iss. 9, рp. 1679--1683. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1728417

[23] Жданов В.C., Иванов М.В., Михеев И.В. и др. Способ определения коэффициента теплопроводности материалов. Патент SU 873087. Заявл. 30.11.1979, опубл. 15.10.1981.

[24] Коздоба Л.А., Круковский П.Г. Методы решения обратных задач теплопереноса. Киев, Наукова думка, 1982.

[25] Бек Дж., Блакуэлл Б., Сент-Клэр Ч. мл. Некорректные обратные задачи теплопроводности. М., Мир, 1989.

[26] Алифанов О.М., Артюхин Е.А., Ненарокомов А.В. Обратные задачи в исследовании сложного теплообмена. М., Янус-К, 2009.

[27] Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Численные методы решения обратных задач математической физики. М., ЛКИ, 2009.

[28] Крылов В.И., Томак В.И., Ягодников Д.А. и др. Устройство для газопламенной обработки образцов материалов. Патент РФ 2429299. Заявл. 06.07.2010, опубл. 20.09.2011.

[29] Лыков А.В. Теория теплопроводности. М., Высш. шк., 1967.

[30] Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. М., Энергия, 1976.

[31] Мармер Э.Н., Гурвич О.С., Мальцева Л.Ф. Высокотемпературные материалы. М., Металлургия, 1967.