A.M. Гришин, А.Н. Голованов, B.И. Зинченко, К.Н. Ефимов, А.С. Якимов
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ
М ИН ИСТЕРСТВО О БРА ЗОВАНИЯ И Н АУКИ РОССИЙСКОЙ Ф ЕДЕРАЦИИ ГО СУ ДА РСТВЕН Н О Е О БРАЗОВАТЕЛ ЬНОЕ УЧРЕЖ ДЕНИЕ R hlC TIIF.r o П РОФ ЕССИОНАЛЬНОГО ОБРА ЗО ВА Н И Я «ТОМ СКИЙ ГОСУ ДА РСТВЕН Н Ы Й УНИВЕРСИ ТЕТ» ОБО СО БЛЕН Н О Е СТРУКТУРНОЕ П ОДРАЗДЕЛЕНИЕ НА УЧНО -ИССЛЕД ОВА ТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИ КЛА ДН О Й М А ТЕМ АТИКИ И М ЕХАНИКИ
А.М. Гришин, А.Н. Голованов, В.И. Зинченко, К.Н. Ефимов, А.С. Якимов
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ
Издательство Томского университета 2011
УДК 5.46.46:536.245.022 В1Ж 22.253 I 50 Редакторы: заслуженный деятель науки РФ, профессор, доктор физико-математических наук А.М. Гришин, профессор, доктор фичико-матсматических наук В.И. Зинченко Рецензенты: Э.П. Волчков - академик РАН, Г1. К. Третьяков —зав. лабораторией ИТПМ СО РАН, профессор, доктор технических наук
Гришин А.М., Голованов А.Н., Зинченко В.И., Ефимов К.Н., Якимов А.С. Г50 Математическое и физическое моделирование тепловой защиты. — Томск: Изд-во Том. ун-та, 2011. —358 с. + 2 вкл. ISBN 978-5-7511-1983-6 М оноф аф ии посвящ ена теоретическом у и экспериментальному исследованию процессом шродимимики и нестационарного сопряж енного тепломассообмена с учетом термохимического разруш ения теплозащ итных материалов, вдува газа в пограничный спой, и 1 икжс тепловой ч а ти те некоторых композиционны х материалов при действии мним* ш сргстичсских возмущ ений. В работе обоснованы новые способы управления тепловыми режимами при осесимметричном и пространственном обтекании тел раз личной геометрии, основанные на воздействии вдува газа-охладителя, терм охимиче ском разруш ении в завесной зоне и организации перетекания тепла в области макси мальных тепловых нагрузок посредством использования высокотеплопроводных мате риалов. Для специалистов в области тепломассообмена, тепловой защ иты и горения, а такж е студентов старш их курсов физико-математических специальностей. У Д К 536.46:536.245.022 Б Б К 22.253 E-mail:
[email protected] m ail.tsu.ru ISBN 978-5-7511-1983-6
© А.М. Гришин, А.Н. Голованов, В.И. Зинченко, К.Н. Ефимов, А.С. Якимов, 2011
ВВЕДЕНИЕ В последние десятилетия большое внимание уделяется проектирова нию и расчету гиперзвуковых летательных аппаратов. Гиперзвуковые летательные аппараты летают на существенно больших высотах, при этом часть их полета может проходить в условиях обтекания химически неравновесным потоком. Различные условия обтекания поверхности, требования надежности и экономичности работы конструкций, находя щихся под воздействием аэродинамического нагрева, привели к созда нию различных способов тепловой защиты: с помощью уносимых тепло защитных покрытий, путем принудительной подачи теплоносителя в пристеночный слой газа, путем переизлучения тепла в окружающую сре ду и т.д. При этом конструкция должна быть предельно легкой и в то же время достаточно прочной. В связи с вышеизложенным неотъемлемой частью процесса проектирования конструкции гиперзвуковых летатель ных аппаратов становится теплофизический расчет с учетом возможностей применения перспективных материалов. Во второй половине прошлого столетия в связи с проблемой тепло вой защиты летательных аппаратов большое значение приобрел метод математического моделирования процессов тепломассообмена, который в ряде случаев экономически эффективнее, а зачастую является единст венно возможным методом исследования. Это в основном связано с экс периментальными условиями, например высокие температуры и давле ния при вхождении летательного аппарата в атмосферу планет с большой скоростью. Актуальной является также задача повышения диапазона температур рабочих установок. Это позволяет