Как работает металлическая ТЗП?

[Dude]

Если у кого-то есть сомнения по-поводу адекватности такой схемы, то могу сообщить, что она уже много лет с большим успехом применяется в области авиадвигателестроении. Если точнее, то в форсажных камерах сгорания. Если взглянуть скажем на РД-33 (двигатель от МиГ-29) со стороны сопла, то можно заметить, что корпус камеры защищен экраном с многочисленными отверстиями. Экран применяется в данном случае для решения двух задач:
1. предотвращение появления режима вибрационного горения
2. тепловая защита корпуса как за счет сдерживания собственно материалом экрана, так и за счет протекающего между корпусом ФКС и экраном потока воздуха.
При этом в самой ФКС, как вы понимаете температуры близки к стехиометрическим (~2000...2200К).

Ой, сомневаюсь. Скорее всего там просто применяется перфорированная граница, чтобы не было слишком большого давления на срезе и кривая роста давления в камере была более пологой во время переходных процессов, т.е. при выходе на режим.

[Evgeniy]

Если у кого-то есть сомнения по-поводу адекватности такой схемы, то могу сообщить, что она уже много лет с большим успехом применяется в области авиадвигателестроении. Если точнее, то в форсажных камерах сгорания. Если взглянуть скажем на РД-33 (двигатель от МиГ-29) со стороны сопла, то можно заметить, что корпус камеры защищен экраном с многочисленными отверстиями. Экран применяется в данном случае для решения двух задач:
1. предотвращение появления режима вибрационного горения
2. тепловая защита корпуса как за счет сдерживания собственно материалом экрана, так и за счет протекающего между корпусом ФКС и экраном потока воздуха.
При этом в самой ФКС, как вы понимаете температуры близки к стехиометрическим (~2000...2200К).

Ой, сомневаюсь. Скорее всего там просто применяется перфорированная граница, чтобы не было слишком большого давления на срезе и кривая роста давления в камере была более пологой.

:shock:  :?:  :?:  :?: Какой рост давления? Горение в ФКС выполняется с понижающимся по потоку давлением. Не путайте с ракетными двигателями. Тут совсем другая история

[Dude]

Говорю, что это скорее всего делается для управления давлением в форсажной камере, а не температурой.

[Evgeniy]

Говорю, что это скорее всего делается для управления давлением в форсажной камере, а не температурой.

Может поделитесь секретом как и главное зачем в ФКС управлять давлением?

[Dude]

Для того же как и в прочих камерах сгорания. Вы же только, что сами сказали, что там есть нежелательные колебания давления при горении.

[Evgeniy]

Для того же как и в прочих камерах сгорания. Вы же только, что сами сказали, что там есть нежелательные колебания давления при горении.

Дык ведь это понятно. Только в моем представлении управление какой-либо величиной (например в виде регулирования) и гашение (демпфирование) колебаний давления - это принципиально разные вещи.
Но защита корпуса от чрезмерного нагрева (за корпусом ведь узлы крепления двигателя, агрегаты планера и прочее) это вторая и не менее важная задача. Жаровые трубы камер сгорания зачастую прогорают, хотя защита более холодным воздухом там предусмотрена и околостехиометрические температуры имеют место быть только в зоне обратных токов, а выходящий поток обладает несколько меньшими температурами, чем в ФКС (1700-1800 против 2000-2200К). Условия работы в плане теплового нагружения в ФКС жестче чем в обычной КС, но вот случаев прогара корпусов ФКС я как-то не встречал, значит работает теплозащита. Конечно ФКС работают меньше, чем основные КС, но для высоких температур много времени и не надо

[Dude]

Ну, управление было произведено конструкторами.

Если насчет "металлической ТЗП". Думаю , что это безперспективняк.
Эта тема уже была поднята еще при первых боеголовках и спускаемых аппаратах. Можно, конечно, говорить о том, что при управляемом спуске и гиперзвуковом планировании тепловой режим легче, что появились новые "нанотехнологии" в металлургии и т.д.. Но! ИМХО, путь усиления механических свойств излучающей неметаллической ТПЗ на основе SiC кажется более перспективным, просто потому что она всегда будет легче, а думать надо не только, о спуске, но и выводе на орбиту. В частности, если сравнить Шаттл и Х-37, то в современном прототипе от металлов избавляются по максимуму даже силовые элементы крыла стали композитами.

http://www.alphastarcorp-genoa.com/Publications/SAMPE2003/Submittal_x37Orbital_Design-paper.pdf

[Ark]

...путь усиления механических свойств излучающей неметаллической ТПЗ на основе SiC кажется более перспективным, просто потому что она всегда будет легче...

За тридцать лет в этом направлении что-то изменилось?

[Dude]

Конечно, с прогрессом моделирования появилась возможность создавать оптимальный материал под нагрузки.
Изменилось ли что-то от этого в космонавтике доподлинно узнаем когда сядет Х-37.
Ждать недолго осталось.
15 December - X-37 OTV-1 - Atlas V 501 - Canaveral

[Ark]

Конечно, с прогрессом моделирования появилась возможность создавать оптимальный материал под нагрузки.
Изменилось ли что-то от этого в космонавтике доподлинно узнаем когда сядет Х-37.
Ждать недолго осталось.
15 December - X-37 OTV-1 - Atlas V 501 - Canaveral

У нас же тоже что-то придумали в Клипере. Мне кажется там пошли по другому пути - смесь Союза и Бурана.

[Dude]

В смысле "Союза"? Ни разу не слышал, чтобы на "Клипере" планировалась абляционное ТЗП.

[Ark]

В смысле "Союза"? Ни разу не слышал, чтобы на "Клипере" планировалась абляционное ТЗП.

Не полностью, а частично абляционное. И потом, что-то я не видел на "Клипере" характерные плитки "Бурана".

[Evgeniy]

В смысле "Союза"? Ни разу не слышал, чтобы на "Клипере" планировалась абляционное ТЗП.

Не полностью, а частично абляционное. И потом, что-то я не видел на "Клипере" характерные плитки "Бурана".

И как с нанесением нового покрытия и снятия остатков старого у авторов идеи дела обстоят, случайно не знаете? :?

[Fakir]

Металлическое - это то, что не греется больше чем до 800-1000C, оно без ТЗП должно быть(иначе фтопку).
А теплозащита она керамическая, желательно многослойная Работает теплоизолятором

Не путайте.
Металлическая ТЗП - она вполне себе металлическая, и именно теплозащита.

Её не следует путать с горячей конструкцией, хотя это вещи во многом и близкие.

А вообще этой фиче уж 50 лет в обед. Помню довольно серьезную книжку середины 60-х про пилотируемые корабли - там про металлическую ТЗП целая большая глава была, со схемами, графиками, сравнениями вариантов типа ниобия, титана и т.п., всякие слоеные пороги.

Есть совсем свежие работы, амовские. И в железе.

Вернее, в хитрых жаропрочных сплавах - в основном инконель, ЕМНИП.

Вопрос в том, накапливает ли металлическая ТЗП тепло?

Ессно, накапливает какую-то долю. Как и любая ТЗП - будь то абляционная или же шаттловская плитка.
Иначе и не бывает - нет на свете материалов с нулевой теплопроводностью.

Потому что ведь плюсы мателлической ТЗП (помимо невыкрашиваемости) могут быть только двух видов: либо меньшая массовая доля, либо отказ от немедленного послеполетного обслуживания. А лучше и то и другое. Все остальное - нах не надо.

Не выкрашивается. Держит бОльшие температуры, по ср. с плиткой (должна держать, во всяк. случае).
Является частью несущей конструкции (чем родственна горячей конструкции) - за сч. чего нету ограничения на температуру силовой конструкции не выше 200 С (как в алюминии шаттла).

[Fakir]

За Шаттл я это прекрасно знаю )
Мне интересно - решает ли металлическая ТЗП эту проблему

Вряд ли.
Если бы решала - это бы значило, скорее всего, что конструкция сильно перетяжелена, слишком большие запасы "тепловой прочности".

[Fakir]

В смысле "Союза"? Ни разу не слышал, чтобы на "Клипере" планировалась абляционное ТЗП.

Доброе утро

Первоначальный бескрылый вариант (несущий корпус) был именно с абляционной.
Собственно, других вариантов и быть не могло.

Не полностью, а частично абляционное. И потом, что-то я не видел на "Клипере" характерные плитки "Бурана".

Интересно, что вы понимаете под "частично абляционным"?

[Fakir]

Если насчет "металлической ТЗП". Думаю , что это безперспективняк.
Эта тема уже была поднята еще при первых боеголовках и спускаемых аппаратах.

Тогда говорили о СОВЕРШЕННО других вещах.
Имелись в виду т.н. heat sink - "теплонакопители". Именно что подразумевалось, что массивная металлическая конструкция за счёт высокой теплопроводности металла будет "размазывать по себе" подводимое тепло, при этом поверхность не будет еще плавиться - тепло будет успевать отводиться вглубь.

Но! ИМХО, путь усиления механических свойств излучающей неметаллической ТПЗ на основе SiC кажется более перспективным, просто потому что она всегда будет легче,

Откуда такая уверенность?
Не забывайте, что помимо собственно теплозащиты есть еще и силовая контрукция.
И важна их СОВОКУПНАЯ масса.
На шаттле плитка никаких силовых функций не выполняет. Металлическая же ТЗП - другое дело. Ну, тут получается нечто вроде Ил-2 - бронекоробка одновременно является и силовой конструкцией, а не чисто балластом.
Аналогию можно провести и с несущими баками.

[mihalchuk]

Удивляет слабость воображения. Сказано было о металлической теплозащите и о модности темы. Никакой привязки ни к земной атмосфере, ни к атмосфере вообще. Если модная тема - значит новая, то сразу на ум пришла металлическая абляционная теплозащита. Посмотрел, посчитал:
Литий, атомная масса 6,94
температура плавления - 180,5 С
температура кипения - 1337 С
удельная теплота плавления - 0,43 МДж/кг
удельная теплота испарения - 19,3 МДж/кг
Бериллий, атомная масса 9
температура плавления - 1287 С
температура кипения - 2507 С
удельная теплота плавления - 1,4 МДж/кг
удельная теплота испарения - 32,6 МДж/кг
удельная теплота возгонки - 36,4 МДж/кг
Вполне себе ничего энергия только на переход металлов в газообразное состояние. А ещё нагрев газа. А если литий начнёт ионизироваться...
Единственное, что нужно для этого - тугоплавкая металлическая матрица. Простота хранения и использования такой теплозащиты очевидна. В атмосфере водорода, метана процессами взаимодействия металла с веществом атмосферы можно пренебречь.

[поверхностный]

Самые горячие места, по крайней мере носок крыла на Буране, сделаны из углерод-углерода. Эти детали массивные, сами держат механическую нагрузку и довольно хорошо проводят тепло. Вот не это ли охлаждают после посадки?

[Not]

Самые горячие места, по крайней мере носок крыла на Буране, сделаны из углерод-углерода. Эти детали массивные, сами держат механическую нагрузку и довольно хорошо проводят тепло. Вот не это ли охлаждают после посадки?

Да из всей нагрузки там только скоростной напор. Механическую нагрузку кессон держит.