Абляция (В Технике)

АБЛЯЦИЯ в технике, унос массы вещества с поверхности твёрдого тела газовым потоком. Наблюдается, например, при движении в атмосфере с большими скоростями метеоритов, ракет, космических аппаратов. Происходит в результате термических физико-химических превращений (газообразование, плавление, коксование и др.), которые сопровождаются интенсивным поглощением тепловой энергии, что и предопределило широкое использование абляции как одного из средств тепловой защиты ракет и космических аппаратов. Необходимость такой защиты вызвана тем, что воздействия гиперзвуковых воздушных потоков (или продуктов сгорания ракетных топлив в двигателях) не выдерживают даже самые жаростойкие конструкционные материалы.

Для абляции характерно постепенное разрушение поверхностного слоя исходного материала и его трансформация в результате физико-химических превращений, обеспечивающих благоприятный тепловой режим в покрытии, т. е. допустимую температуру защищаемой конструкции. Наиболее эффективно теплота отводится от твёрдого материала в процессе сублимации, когда газы через образующиеся в материале поры и полости поступают в пограничный слой набегающего высокотемпературного теплового потока, снижая воздействие тепловых и диффузионных потоков, а также трение. Обычно разрушение теплозащитных покрытий происходит в результате одновременного протекания в них нескольких физико-химических процессов, однако возможно осуществление лишь одного процесса, например, разложения (политетрафторэтилен, полиэтилен), сублимации (графит), плавления (кварц).

Интенсивность абляции зависит от газодинамических и физико-химических параметров газового потока (температуры, скорости и давления), наличия в нём твёрдых частиц, усиливающих эрозионный унос покрытий, состава газов и др. В качестве абляционных покрытий применяют полимерные композиты, эластомеры, термопласты и другие материалы, которые для повышения эрозионной стойкости армируют одно- и многослойными объёмными тканевыми плетениями, а также сотовыми каркасами. Существенное значение для теплозащитных покрытий имеет эластичность, исключающая при работе двигателя растрескивание покрытия из-за высокого градиента температуры. Схема работы абляционного покрытия приведена на рисунке. Распределение температур по толщине покрытия показывает, что в результате интенсивного поглощения теплоты в соответствующих зонах (плавления, коксообразования и др.) разность температур на поверхности покрытия и на границе между зоной разложения и неизменившимся материалом достигает 1390 °С.

Лит.: Полежаев Ю. В., Шишков А. А. Газодинамические испытания тепловой защиты. М., 1992; Donskoi А.А. Physico-chemistry of elastomer heat-shielding materials. N.Y., 1998.