Глава 5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ С МАТЕРИАЛАМИ ТРАКТА РДТТ

КОМПОНЕНТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ

Компонентами воздействия многофазного потока продуктов сгора­ния ТРТ на элементы газового тракта являются (рис. 5.1):

силовое нагружение внутренним давлением;

конвективный тепловой поток от движущейся среды к шероховатой проницаемой поверхности материалов;

радиационный тепловой поток;

перенос тепла в стенку осаждающейся конденсированной фазой;

высокоскоростное соударение частиц конденсированной фазы со стенками.

Вследствие этого происходят:

прогрев материалов тракта;

термическая деструкция связующего;

разрушение материалов химически активными компонентами по­тока продуктов сгорания;

разрушение материалов при действии сил трения и динамического воздействия потока на элементы шероховатости поверхности;

разрушение материалов от действия термических и усадочных напряжений в процессе их нагрева, а также перепада давлений газа по толщине прококсованного слоя.

На конструкцию двигателя может оказывать воздействие внешняя среда, основные составляющие которой при полете ракеты следующие:

аэродинамический нагрев на активном участке траектории;

радиационный тепловой поток от головной ударной волны;

переизлучение с внешней стенки конструкции в окружающее про­странство;

радиационный тепловой поток от выхлопной многофазной струи;

динамическая нагрузка на траектории;

радиационный поток от Солнца.

Стендовые испытания РДТТ высотных ступеней ракет проводят в газодинамических трубах, и в ходе их на элементы соплового блока воздействуют:

конвективный тепловой поток в донной области;

Рис. 5.1. Воздействие рабочего тела и окружающей среды на элементы корпуса и тракта сопла РДТТ

радиационный тепловой поток от газовой фазы в донной области;

пульсации давления и температуры газа в донной области в период запуска и срыва газодинамической трубы.

Конструкции РДТТ относительно просты, но необратимые процессы переноса энергии в них крайне сложны по следующим причинам:

значительное отличие по скорости обтекания элементов тракта (М=0,05...5);

наличие существенных градиентов давления по тракту РДТТ;

взаимодействие скачков уплотнения с пограничным слоем;

неизотермичность пограничного слоя на шероховатой проницаемой поверхности;

повышенный уровень турбулентности ядра потока, оказывающий влияние на тепломассообмен и переходные процессы в пограничном слое;

наличие областей отрывного течения;

пространственный характер течения рабочего тела;

фазовые переходы в композиционных материалах, подверженных пиролизу;

наличие различных режимов переноса в пограничном слое и процес­сов перехода от ламинарной формы к турбулентной и, наоборот, от турбулентной к ламинарной;

наличие частиц конденсированной фазы в пограничном слое;

существование различных режимов гетерогенного окисления углеграфитовых материалов компонентами рабочего тела;

зависимости теплофизических свойств материалов от температуры, степени термодеструкции и структуры композита.