Моделирование температурного состояния образцов высокотемпературных керамических материалов

Перспективы развития аэрокосмической техники во много связаны с разработкой высокоскоростных атмосферных летательных аппаратов с прямоточными воздушно-реактивными двигателями, в которых окислителем является атмосферный воздух. Такие аппараты могут быть использованы для оперативной доставки полезной нагрузки на межконтинентальную дальность, а также в качестве разгонных ступеней для выведение космических аппаратов на околоземные орбиты. Характерная особенность высокоскоростных атмосферных летательных аппаратов --- наличие острых кромок аэродинамических профилей, обтекаемых высокоскоростным потоком воздуха с большим окислительным потенциалом. В связи с этим техническая реализация многочисленных проектов атмосферных гиперзвуковых летательных аппаратов во многом определяется возможностью создания материалов, стойких в окислительной атмосфере при температуре 2000...2500 °С. Проведена оценка температурного состояния элемента конструкции в виде затупленного клина из перспективных термостойких керамик в условиях полета на высоте 22 км при скорости М = 7

Литература

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

[2] Кобелев В.Н., Милованов А.Г. Средства выведения космических аппаратов. М., Рестарт, 2009.

[3] Лобановский Ю.И. Концепция перспективной аэрокосмической транспортной системы. Препринт ЦАГИ, 1994, № 9. URL: http://synerjetics.ru/article/art1994.htm (дата обращения: 15.12.2020).

[4] Дмитриев В.Г., ред. Проблемы создания перспективной авиационно-космической техники. М., ФИЗМАТЛИТ, 2005.

[5] Гиперзвуковые ударные системы нового поколения. URL: https://army-news.ru/2013/03/giperzvukovye-udarnye-sistemy-novogo-pokoleniya (дата обращения: 15.12.2020).

[6] Святушенко В.В., Ягодников Д.А. Комплексный анализ эффективности топлив для воздушно-космического самолета с прямоточным воздушно-реактивным двигателем. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2020, № 5 (134), с. 19--40. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/0236-3941-2020-5-19-40

[7] Солозобов В., Слободчиков А., Казаков М. и др. Туполев, гиперзвуковые. Авиация и космонавтика, 2009, № 12, с. 3--8.

[8] Щербинин P. Разработка и лeтные испытания экспериментальных ГЛА. pentagonus.ru: веб-сайт. URL: http://pentagonus.ru/publ/16-1-0-286 (дата обращения: 15.12.2020).

[9] Кюхеман Д. Аэродинамическое проектирование самолетов. М., Машиностроение, 1983.

[10] Суржиков С.Т. Компьютерная аэрофизика спускаемых космических аппаратов. М., ФИЗМАТЛИТ, 2018.

[11] Задонский С.М., Косых А.П., Нерсесов Г.Г. и др. Расчетно-экспериментальное исследование аэродинамических характеристик модели гиперзвукового летательного аппарата интегральной компоновки. Ученые записки ЦАГИ, 2013, т. 44, № 1, с. 75--85.

[12] Перспективные силовые установки для высокоскоростных летательных аппаратов. testpilot.ru: веб-сайт. http://testpilot.ru/review/hiper/hyper.htm (дата обращения: 15.12.2020).

[13] Курзинер Р.И. Реактивные двигатели для больших сверхзвуковых скоростей полета. М., Машиностроение, 1989.

[14] Семенов В.Л., Клеянкин Г.А., Дударева Н.Н. и др. Экспериментальный гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Патент РФ 2238420. Заявл. 18.02.2003, опубл. 20.10.2004.

[15] Шевалье Ф., Буше М. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель для летательного аппарата. Патент РФ 2125172. Заявл. 28.02.1997, опубл. 20.01.1999.

[16] Шевалье А., Буше М., Левин B. и др. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель для летательного аппарата со сверхзвуковой и/или гиперзвуковой скоростью полета. Патент РФ 2121592. Заявл. 11.07.1996, опубл. 27.12.1998.

[17] Галанкин Е.М., Семенов В.Л., Серебряков Д.И. Двигательная установка для гиперзвукового летательного аппарата. Патент РФ 2287076. Заявл. 24.02.2005, опубл. 10.11.2006.

[18] Суржиков С.Т. Расчетное исследование аэротермодинамики гиперзвукового обтекания затупленных тел на примере анализа экспериментальных данных. М., ИПМех РАН, 2011.

[19] Крайко А.Н., ред. Газовая динамика. Избранное. Т. 1. М., ФИЗМАТЛИТ, 2005.

[20] Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. На пути к созданию модели виртуального ГЛА. М., ИПМех РАН, 2013.

[21] Хейз У.Д., Пробстин Р.Ф. Теория гиперзвуковых течений. М., ИЛ, 1962.

[22] Давыдова Н.А., Юшин А.Я. Экспериментальное исследование теплопередачи при обтекании плоских треугольных крыльев с притупленными кромками. Ученые записки ЦАГИ, 1970, т. 1, № 6, с. 117--125.

[23] Баула Г.Г., Краснокутская А.Н., Пластинин Ю.А. и др. Анализ характеристик гиперзвукового аппарата при тестовых его испытаниях. Космонавтика и ракетостроение, 2014, № 6, с. 42--48.

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

[25] Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения. М., Металлургия, 1976.

[26] 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

[27] Полубояринов Д.Н., Попильский Р.Я., ред. Керамика из высокоогнеупорных окислов. М., Металлургия, 1977.

[28] Михеев С.В., Строганов Г.Б., Ромашин А.Г. Керамические и композиционные материалы в авиационной технике. М., Альтекс, 2002.

[29] Рутман Д.С., Торопов Ю.С., Плинер С.Ю. и др. Высокоогнеупорные материалы из диоксида циркония. М., Металлургия, 1985.

[30] Ермоленко И.Н., Ульянова Т.М., Витязь П.А. и др. Волокнистые высокотемпературные керамические материалы. Минск, Навука i тэхнiка, 1991.

[31] Соколов П.С., Аракчеев А.В., Михальчик И.Л. и др. Сверхвысокотемпературная керамика на основе HfB₂-30 % SiC: получение и основные свойства. Новые огнеупоры, 2017, № 5, с. 48--55. DOI: https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-5-48-55

[32] Прямилова Е.Н., Пойлов В.З., Лямин Ю.Б. Термохимическая стойкость керамики на основе боридов циркония и гафния. Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология, 2014, № 4, с. 55--67.

[33] Севастьянов В.Г., Симоненко Е.П., Гордеев А.Н. и др. Получение сверхвысоко-температурных композиционных материалов HfB₂--SiC и исследование их поведения под воздействием потока диссоциированного воздуха. Журнал неорганической химии, 2013, т. 58, № 11, с. 1419--1426. DOI: https://doi.org/10.7868/S0044457X13110184

[34] Севастьянов В.Г., Симоненко Е.П., Гордеев А.Н. и др. Получение керамических материалов состава HfB₂--SiC (45 об. %) и исследование его поведения под длительным воздействием потока диссоциированного воздуха. Журнал неорганической химии, 2014, т. 59, № 11, с. 1542--1556. DOI: https://doi.org/10.7868/S0044457X1411021X

[35] Котов М.А., Рулева Л.Б., Солодовников С.И. и др. Расчетно-экспериментальные исследования структуры высокоскоростного потока газа при обтекании моделей фрагментов летательных аппаратов. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиноcтроение, 2017, № 3 (114), с. 18--30. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/0236-3941-2017-3-18-30

[36] Абрамович Б.Г., Гольдштейн В.Л. Интенсификация теплообмена излучением с помощью покрытий. М., Энергия, 1977.

[37] Полежаев Ю.В., Шишков А.А. Газодинамические испытания тепловой защиты. М., Промедэк, 1992.

[38] Михатулин Д.С., Полежаев Ю.В., Ревизников Д.Л. Тепломассообмен, термохимическое и термоэрозионное разрушение тепловой защиты. М., Янус-К, 2011.

[39] Горский В.В. Теоретические основы расчета абляционной тепловой защиты. М., Научный мир, 2015.

[40] Горский В.В., Ковальский М.Г., Реш В.Г. Методика расчета абляции углерода в струе продуктов сгорания жидкостного ракетного двигателя. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2019, № 5 (128), с. 4--21. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/0236-3941-2019-5-4-21

[41] Колесников А.Ф. Условия локального подобия термохимического взаимодействия высокоэнтальпийных потоков газов с неразрушаемой поверхностью. ТВТ, 2014, т. 52, №1, с. 118--125. DOI: https://doi.org/10.7868/S004036441306015X