Экспериментальное исследование уноса массы углеродных материалов в потоке чистого диссоциированного азота


Просмотр статьи
PDF, 466,7 КБ

Experimental study of carbon materials mass loss in dissociated flow of pure nitrogen

A study of mass loss of carbon materials in subsonic flows of dissociated nitrogen was carried out using the IPG-4 plasmatron of IPMech RAS. Three carbon materials such as carbon-carbon material and two types of artificial graphite (V-2 and GMZ) have been tested. Experiments were made at surface temperature range 1600-2300 K and in the pressure range 25-400 hPa. Surface temperature of tested samples were regulated by means of changing of power injected to nitrogen plasma. Extra pure nitrogen was used in experiments at constant flow rate 2.4 g/s. Special measures were undertaken to avoid interaction of samples with residual oxygen and contact of heated samples with another high-temperature materials. Temperature dependencies of mass loss rate for tested materials have been obtained in the temperature range 1600÷2300 K at constant pressure 100 hPa and it turned out mass loss rate of the V-2 graphite increases with surface temperature but carbon-carbon material and the GMZ graphite shows decrease of mass loss rates at surface temperature increase. Also it was found that mass loss rate of the V-2 graphite decreases with pressure increase in the pressure range 25÷400 hPa and at constant surface temperature 2130 K. It should be specially emphasized that mass loss rates of tested carbon materials in dissociated nitrogen flows is only 1-2 orders of magnitude lower those in dissociated air flows with close governing parameters.

Андрей Николаевич Гордеев, Георгий Николаевич Залогин, Анатолий Федорович Колесников

Том 9, 2010 год



На плазмотроне ВГУ-4 проведено экспериментальное исследование скорости уноса массы углеродных мате- риалов в дозвуковом потоке чистого диссоциированного азота. Были изучены три материала: два вида искусственного графита (В-2 и ГМЗ) и углерод-углеродный композиционный материал. Получены зависимости скорости уноса массы от температуры поверхности в диапазоне температур Tw = 1600÷2300 K при давлении p = 100 гПа. Эксперименты показали, что скорость уноса массы графита В-2, уменьшается с ростом давления и слабо возрастает с ростом температуры, в то время как скорость уноса массы более чистых материалов, — графита ГМЗ и углерод-углеродного композиционного материала, - слабо убывает с ростом температуры. Для сравнения проведены измерения уноса массы графита при окислении его в струях высокоэнтальпийного воздуха при давлении p = 100 гПа. Температура поверхности графита при экспериментах на воздухе почти не отличается от температуры поверхности графита, нагреваемого в азотной струе с идентичными определяющими параметрами режима испытаний, при этом скорость уноса массы графита на воздухе очень слабо зависит от температуры поверхности, то есть имеет место диффузионный режим окисления графита. Скорость уноса массы углеродных материалов в азотной струе при различных режимах на 1-2 порядка ниже скорости уноса массы в воздушной струе при аналогичных режимах испытаний.

плазмотрон, углеродные материалы, диссоциированный азот, искусственный графит, композиционный материал, диффузионный режим окисления

Андрей Николаевич Гордеев, Георгий Николаевич Залогин, Анатолий Федорович Колесников

Том 9, 2010 год



1. Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. М.: Энергия, 1976.
2. Рознер Д.Е., Аллендорф Г.Д. Азот как реагирующий элемент при абляции в диссоциированном воздухе // РТК, 1970, № 1.
3. Park C., Jaffe R.L., Partridge H. Chemical-Kinetic Parameters of Hyperbolic Earth Entry // Journal of Thermophysics and Heat Transfer Vol. 15, No. 1, 2001.
4. Gordeev A.N., Kolesnikov A.F., Yakushin M.I. An induction plasmatron application to ‘Buran’s’ heat protection tiles ground tests // SAMPE Journal. 1992. Vol. 28, N. 3. P. 29- 33.
5. Kolesnikov A.F, Yakushin M.I., Pershin I.S., Vasil'evskii S.A., Bykova N.G., Gordeev A.N., Chazot O., Muylaert J. Comparative Analysis of the Inductive Plasmatrons Capabilities for Thermochemical Simulation at the Earth and Mars Atmospheric Entry Conditions // Int. Conf. on the Methods of Aerophysical Research, July 2002, Novosibirsk, Russia. Proceedings, Part III. Novosibirsk, Publishing House "Nonparel", 2002, P. 114-119.
6. Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Новые режимы течения и теплообмена плазмы в индукционном плазмотроне ВГУ-4 // Всероссийская школа-семинар «Аэрофизика и физическая механика классических и квантовых систем»: Сборник научных трудов. – М.: ИПМех РАН. 2007. С.130-136.
7. Gordeev A.N., Yakushin M.I. The thermochemical stability of carbon-carbon using an atioxidation coating for Buran. Part II. // SAMPE Journal, Vol.29, N 2 March/April, 1993, pp.27-31.
8. Залогин Г.Н., Итин П.Г., Лунев В.В., Перов С.Л. О сублимации платины при каталитической гетерогенной ре- комбинации атомов азота на ее поверхности // Письма в ЖТФ, 1988, т. 14, вып. 22.
9. Залогин Г.Н., Итин П.Г., Лунев В.В., Перов С.Л. Аномальный теплообмен на каталитической поверхности в потоке диссоциированного азота // Гагаринские научные чтения по космонавтике и авиации 1988г. М.: Наука, 1989, с. 26-33.