Техника - молодёжи 1969-10, страница 5

Абляция—

охлаждающее пламя

Возьмем трубу с заглушкой на одном конце и наполним ее горючей смесью кислорода и ацетилена. Добавим еще порошок напыляемого веще ства. Подожжем смесь электрической искрой. Произойдет взрыв. Частицы порошка плавятся и, увлекаемые детонационной волной, летят на обрабатьг ваемую поверхность, ударяются об нее и намертво сплавляются с материалом детали. Прочность и качество покрытия гораздо выше, чем прежде, при газопламенном напылении.

Сейчас уже создана целая батарея подобных «детонационных пушек». «Мишень» помещают на расстоянии в несколько сантиметров от ствола, чтобы ее не повредила ударная волна. После каждого выстрела пушка вентилируется азотом. Периодичность залпов регулируется до нескольких выстрелов в секунду.

Поначалу использовались стволы диаметром 0,3 м и длиной 12,5 м. Но даже скромное «орудие», калибром всего 15 мм, наносит покрытие толщиной 0,5 мм, со скоростью 6— 7 см² в минуту.

Чтобы грохот не мешал операторам, пушку помещают в звукоизолированный бокс, а управляют «огнем» с автоматического пульта. Цилиндрические детали зажимают во вращающемся токарном патроне. Для обработки же плоскостей применяют простое устройство, подставляющее под выстрел любую часть поверхности. , По новой технологии удобно наносить твердые покрытия на самые раз

личные детали из любых материалов: стали, чугуна, алюминия, меди, бронзы, керамики и т. д. Поверхности, обработанные способом детонации, обладают исключительно высоким сопротивлением к износу, к механическим и термическим ударам, к химическому воздействию и окислению при высоких температурах.

Пуансон штампа для холодной ков-кй, изготовленный из инструментальной стали, обычно служит четыре недели. Но после каждой партии в 14 тысяч изделий (примерно через день) его поверхность приходится восстанавливать. Если же штамп «обстрелять» из пушки, он будет «жить» семь недель без всякого дополнительного ухода.

_t Лопатки газовых турбин работают при огромной температуре и в агрессивной газовой среде. Эти условия выдерживала только дорогостоящая нержавеющая сталь. Но даже такой дефицитный материал быстро разрушался. Когда же детали облачили в карбидные «латы», срок службы турбины удвоился.

Эти примеры — лучшее доказательство перспективности нового способа.

Л. ЛИФШИЦ, инженер

Г. НЕСТЕРЕНКО, инженер

Над Африкой включился двигатель коррекции траектории. Безмолвие космоса сменил грохот — корабль тормозился...

Двигатель умолк. Слышен лишь свист рассекаемого воздуха — это атмосфера, спасительный щит нашей планеты.

И тогда в носовой части корабля вспыхнуло пламя. Оно лижет борта, доходит до иллюминаторов. А потом пламя гаснет, тормозные парашюты мягко опускают черный, обуглившийся корабль на землю. Юрий Гагарин видел, как «горит» его «Восток», но оставался спокойным — надежная тепловая защита сделала свое дело

Чаще всего самолет или ракету приходится спасать от тепловых потоков, источник которых — солнечное излучение или торможение набегающих воздушных струй

Правда, при околозвуковых и трансзвуковых скоростях тепловые потоки сравнительно невелики, прост и метод защиты от них: между слоями обшивки кладут теплоизоляционный материал. Но это выручает только до поры, ведь интенсивность тепловых потоков растет пропорционально кубу скорости. На аппарат, преодолевающий звуковой барьер, обрушиваются ударные волны, «тепловая» мощность которых зависит от скорости полета в десятой степени. Чтобы уберечь корпус от перегрева, сверхзвуковые самолеты делают остроносыми.

На острие «садится» ударная волна, ее энергия и разогревает поверхность корабля

И все же на скоростях, в десятки раз превышающих звуковую, тепловые потоки становятся столь большими, что теоретически теплоизоляция оказалась бы тяжелее самого аппарата.

Космонавтика заставила найти новые методы борьбы с перегревом. Ярче всего они проявляются в различии форм обтекаемых сверхзвуковых самолетов и тупоносых космических кораблей.

Сначала попробовали покрывать лобовые части гиперзвуковиков пористым материалом, насыщенным жидкостью. На ее испарение тратилась часть кинетического тепла, но для космических кораблей, которые с громадной скоростью входят в атмосферу Земли и других планет, этот способ оказался не вполне надежным.

И все же основой теплозащиты стал именно принцип испарения. Только не жидкости, а твердых веществ — фторопласта, керамики, стекла, графита. У всех этих материалов есть замечательное свойство. Они переходят нз твердого состояния в газообразное, минуя жидкое, в узком диапазоне температур. Причем на сублимацию — так называют это превращение — каждого килограмма материала уходят тысячи килокалорий (тогда как на плавление — лишь сотни).

От чудовищной температуры сублимирующее покрытие корабля, вошедшего в атмосферу, разрушается; погибая, оно спасает корабль. Это и есть абляция — возгонка, горение, а иногда деполимеризация теплозащитного покрытия. Вдобавок газообразные продукты, образующиеся при этом, сами защищают конструкцию от теплового потока.

Всякий конструктор, занимающийся теплозащитой, мечтает о материале с низкой температурой абляции и высоким теплосодержанием — количеством тепла, необходимым для уноса единицы массы покрытия. Увы, таких веществ в природе нет Ведь если благодаря низкой температуре абляции удается сделать тоньше изоляционный слой между корпусом и аблирующим покрытием, то из-за малого теплосодержания приходится утолщать само это покрытие. Не лучше, когда оба показателя велики. Приходится хитрить — проигрывать на теплоизоляции, чтобы компенсировать весовой дефицит более легким аблирующим покрытием.

Порой выбор схемы теплозащиты диктуют условия вторжения корабля в атмосферу, его траектория. Нужно попасть в плотные слои по так называемому коридору входа Его нижняя граница грозит тепловым и механическим разрушением. Угодив в верхнюю границу, капсула окажется в разреженных слоях, пролетит мимо Земли и уйдет в пространство. Если расчет точен Н аппарат благополучно погружается в пятый океан, вспыхивает пламя абляции — огонь охлаждающий, защищающий космонавтов от яростного сопротивления атмосферы.

В центре 4-й обложки — космический аппарат в плотных слоях земной атмосферы. Показана отошедшая ударная волна. Кинетическая янергия движения корабля преобразуется в тепловую (температура внутри волны около 7000° С).

Справа вверху — сверхзвуковой самолет с присоединенной ударной волной. Нагрев поверхности незначителен, поэтому применяется обычная теплоизоляция. Теплоотвод с поверхности гиперзвукового аппарата осуществляется абляцией и излучением.

Слева вверху — траектории иосмического корабля, возвращающегося на Землю.

8