ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Нагрузки, действующие на элементы силовой схемы из "Основы техники ракетного полета " Головная часть ракеты при спуске в атмосфере испытывает не только силовое, но и интенсивное тепловое воздействие. То же самое можно сказать и о корпусе ракеты на активном участке полета. Правда, здесь температурный режим не столь жесткий. [c.336] Повышение температуры вблизи движущегося тела связано со сжатием воздуха и трением вблизи поверхности. В схеме обращенного движения это явление можно трактовать также и как торможение потока его кинетическая энергия переходит в другие формы энергии, в первую очередь, — в тепловую. [c.336] Таким образом, температура торможения представляет собой верхнее значение температуры, которую может иметь поток вблизи обтекаемого тела, и из выражения (7.32) видно, что об эффекте температурного воздействия имеет смысл беспокоиться только при скоростях, приближающихся к 600—700 м/сек. При мсиьитх скоростях никаких проблем в этом смысле ис возникает. [c.337] Все эти вопросы представляют предмет изучения теории теплообмена и теории теплопроводности. Первая из иих призвана решить задачу о том, какими путями и сколько передается тепла обтекаемому телу. Вторая — как это тепло распространяется внутри по элементам конструкции. [c.338] НИЯ ВЫСОТЫ и увеличения плотности атмосферы роль возрастает, а при подходе к Земле снижается влияние днз. [c.339] Такое упрошенное представление теплового потока представляет собой одно из средств, позволяюших осредненно представить итоговый результат множества протекающих в пограничном слое процессов. И понятно, что при тако м подходе коэффициент теплоотдачи в широком диапазоне реального изменения температур не остается постоянным, и выяснить законы его изменения можно, только проникнув в меха шческие и физические процессы пограничного слоя. Задача эта достаточно трудная и влечет за собой длинную цепочку оценок, связанных с введением критериальных зависимостей и полуэмпирических соотношений, на ос Юве которых можно в конце концов извлечь необходимые числовые данные для последующих расчетов. [c.339] Не вникая в критериальные соотношения, ограничимся качественной стороной вопроса. [c.339] Кривая 1 построена в предположении, что отвод тепла в стенку отсутствует. Тогда температура у стенки принимает значение так называемой температуры восстановления Тг. Ее величина определяется по формуле, имеющей ту же структуру, что и для температуры полного торможения. [c.340] Кривая 2 (рис. 7.21) дает представление о законе распределения температуры в пограничном слое при отводе тепла в стенку и соответственно при ее нагре1зе, а кривая 3 — для случая, когда нагретая стенка отдает тепло частицам газа. [c.341] Здесь коэффициент теплоотдачи а, характеризующий передачу тепла через поверхность, естественно, отличен от коэффи-ци счгга теплоотдачи аь И сели осредненный коэффициент в выражении (7.33) не поддавался расчету, а мог рассматриваться только как установленный из эксперимента параметр, то теперь представляется возможным подойти к определению а на основе аналогии, связанной с общностью дифференциальных уравнений, описывающих процесс переноса тепла и количества движения в пограничном слое. [c.341] В итоге коэффициент а удается выразить через плотность, температуру и местное число Рейнольдса Ре. [c.341] Словом, проблема теплообмена неисчерпаема, и на этом можно пока поставить точку. Но подобно тому, как баллистический и аэродинамический расчеты дают необходимые исходные данные для решения задач теплообмена, так и те, в свою очередь, дают основу для последующего решения задач теплопроводности. [c.341] Определение законов распределения температуры в элемен тах конструкции представляет собой типичную краевую задачу Задана температура или тепловой поток на границе области требуется определить температуру в каждой точке тела. Реше ние сводится обычно к дифференциальным уравнениям в част ных производных, константами которых являются коэффициен ты теплоемкости и теплопроводности среды. Сложность решения существенным образом определяется формой тела. Такого же рода задачи своГк твенны теории упругости, аэродинамике и гидродинамике. Аналитическое решение этого класса задач представляет, как правило, непреодолимые трудности. Поэтому при исследовании температурных полей широко используются приемы моделиро вания и численные конечно-разностные методы. [c.342] Из описанной дл инной последовательности расчетов, начиная с баллистических, вытекают достаточно общие качественные суждения о температурном состоянии основных несущих элементов ракетной конструкции. [c.342] На участке выведения наиболее существенную роль для прочности конструкции играет нагрев несущих баков и сухих отсеков (переходников и обтекателей). Температура нижней части бака, вследствие интенсивного отвода тепла в находящуюся в баке жидкость, практически не поднимается. Наиболее высокого значения, порядка 100—200 °С, достигает температура верхней части бака. Эта температура не настолько велика, чтобы возникла необходимость тепловой изоляции, но для алюминиево-магниевых сплавов она приводит к вполне ошутимо.му снижению механических характеристик материала. Поэтому расчету баков на прочность обязательно предшествует расчет теплового режима. [c.342] Так нли иначе, но температура потока при О бт кании как боевых головных частей, так и спускаемых космических аппаратов достигает тысяч градусов, и это требует обязательного принятия мер тепловой защиты. [c.343] История ракетной техники и космонавтики сохранила целый ряд технических предложений для решения этой задачи, и нет смысла их перечислять. Достаточно указать, что интенсивное охлаждение при помощи циркулирующей за тонкой обшивкой жидкости (как в ЖРД), а также метод потеющей пористой стенки пока не нашли применения. Препятствие к тому — их относительно сложная конструктивная схема, да и в весовом отношении они оказались недостаточно выгодными. Поэтому в настоящее время получили распространение только термостойкие покрытия со специально подобранной слоистой структурой. [c.343] Совместное действие высокой температуры и аэродинамических сил трения на поверхности теплозащитного покрытия приводит к его частичному поверхностному разрушению. В результате неизбежен унос массы, вызванный целым рядом физических и химических процессов на поверхности сублимация, оплавление, химическое разложение и окисление составляющих элементов. Поэтому для наружной части покрытия применяются керамические и органические материалы с термостойким наполнителем. Они должны обладать высокой теплотой фазовых превращений и одновременно иметь низкую теплопроводность. Для этой цели пригодны материалы на основе карбида кремния, графит, тер Мически разлагающиеся армированные пластики, асбест и бакелитовые с.молы, которые разлагаются с образованием кокса, догорающего в потоке воздуха. [c.343] Поверхностный слой тяжелого разлагающегося теплостойкого покрытия не обеспечивает достаточной тепловой защиты конструкции на последующем участке спуска. Поэтому система теплозащиты предусматривает введение дополнительного внутреннего слоя теплоизоляции с высоким тепловым сопротивлением. [c.344] Ориентировочная оценка необходимой толщины уносимой массы производится расчетом, а окончательные суждения выносятся по результатам экспериментальных пусков. [c.344] Вернуться к основной статье