速度極高的運動物體在熾熱氣體作用下，表面材料熔解、消失和變形的現象。
基本介紹
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定義
再入大氣層的彈頭、衛星、飛船和太空梭，在通過稠密大氣層時，因氣動加熱，表面溫度急劇上升，表面材料也會產生一系列複雜的物理化學變化，如材料的熔化、蒸發、升華，材料與周圍空氣之間的化學反應，材料各成分之間的化學反應，材料的流失和剝蝕等，統稱為燒蝕。燒蝕以損耗一定質量的材料來耗散外界的氣動熱，從而能減少外界對物體體內的傳熱，使物體內部保持所要求的溫度。所以，燒蝕可作為熱防護的一種手段。
基本現象
此時固體的質量必然會減少，將所用的固體材料稱之為燒蝕材料。
衛星和宇宙飛行器殼體均有防熱燒蝕材料。當回收衛星進入大氣層時，由於空氣力學的加熱，其表面溫度可達幾千度的高溫。燒蝕材料的作用是在突然受熱或極高溫度下燃燒分解而遺留一層炭質耐熱層以起隔熱作用。保護衛星結構不受損壞。
燒蝕圖象
在燒蝕後的物體表面上常可以看到各種有規則的圖案，稱為燒蝕圖象。燒蝕圖象大致可分為三類：①流向溝槽：它的前後寬度一致，在兩種不同材料形成的後向台階的表面上，常可觀察到這種圖象（圖1）。②熔楔；一種楔形的流向溝槽，其形態特徵是，半楔角在9°～11°之間，兩側有較深的窄溝（圖2）。在球頭上，熔楔有時會形成有序分布（圖3）。有序熔楔是邊界層過渡區中的一種燒蝕圖象。③菱形花紋和魚鱗坑，這種圖象往往緊接在熔楔和流向溝槽的後面。外流為超聲速和邊界層為湍流是產生這種圖象的必要條件。實驗表明，這種圖象的幾何形狀有一定的規律性。形成燒蝕圖象的機理複雜，尚待進一步研究。由於燒蝕圖象在一定程度上能顯示流場，深入研究燒蝕圖象有助於了解物面邊界層和湍流流動。
圖1 火箭噴氣發動機排氣管內壁因燒蝕形成的流向溝槽
圖2 燒蝕形成的熔楔
冷卻原理
燒蝕是包括熱量傳遞、動量傳遞、質量傳遞和化學反應的複雜過程。它的冷卻作用是通過保護層材料本身的熔化、蒸發、熱解、升華等相變吸熱、輻射換熱和生成氣阻塞熱量傳入等物理的和化學的效應，使向器件傳遞過來的大部分熱量隨著消熔材料一起被高速氣流吹走，藉以保持器件固體壁和器件內部處於允許的溫度範圍之內。
燒蝕材料
自20世紀50年代開始研究洲際飛彈再入大氣層的熱防護問題以來，燒蝕機理和燒蝕材料的研究發展較快。早期洲際飛彈的熱防護材料為矽基複合材料，主要成分為二氧化矽，吸熱機理主要為二氧化矽蒸發吸熱。隨著彈頭的小型化和機動化，矽基材料因難以適應更苛刻的熱環境，被碳基材料取代。碳基材料的主要成分為碳，包括石墨和各種工藝的碳—碳基複合材料，吸熱機理為碳的升華。燒蝕機理的研究是根據高溫氣流作用下實際材料的物理、化學反應運用能量守恆和質量守恆原理，確定燒蝕材料的損耗及其熱防護效果。
材料特性直接影響燒蝕防熱效果。按照防熱機理的不同，燒蝕材料可分為熔化燒蝕的玻璃類材料、解聚燒蝕的熱熔塑膠、表面燃燒的石墨和碳素材料、熱解燒蝕的增強塑膠等。材料製造方法有噴射、加壓、纏繞、澆鑄、拉擠、模壓和層壓等工藝。有效燒蝕熱是鑑定燒蝕材料燒蝕性能的重要指標，它代表單位質量燒蝕材料所能阻攔或吸收的熱量。通常要求燒蝕材料有效燒蝕熱高、熱導率低、熱膨脹率低以及具有良好的抗熱衝擊和抗機械振動等性能。
由於燒蝕現象的複雜性,在套用它的同時,它的冷卻機理、材料製備和工程套用技術上尚存在不少問題，系統的理論和實驗尚有待於進一步研究。
