Malzemelerin aşırı koşullar altında nasıl davrandığını anlamak güvenilir uzay aracı tasarımı için temeldir. Zemindeki bu aşırılıkları değerlendirmek, yoğun ısı, sürtünme ve kimyasal reaksiyonlar yoluyla malzeme çıkarmak, mühendisler, kontrollü bir ortamdan nasıl ısıtılabilir.Bu testlerden biri doğrudan mürettebat ve ödeme modundaki en etkili malzemeleri tekrar üretmek ve değerlendirmek için en etkili yöntemlerden biridir.

Ablation Nedir?

Ablation, malzemenin ısı, kimyasal veya mekanik eylemler nedeniyle bir yüzeyden kazındığı süreçtir. Uzaylı sistemlerde, özellikle de bir çuvallama ısı koruma katmanının çıkarılmasını, bu ısıyı faz değişiklikleri ile yönetir ve diğer ısı transferlerini içeren diğer kimyasal reaksiyonları taşır; ısı transferlerini veya ısı transferlerini sağlar.

Test, bu fenomenleri kontrollü laboratuvar ayarlarında kullanır. Aday materyallerini tam olarak kontrol altına almak için, hear stresleri ve oksijen kısmi baskıları, araştırmacılar bu davranışı tahmin etme ve ölçme yeteneği, kar tabakası oluşumu ve kalan substratın yapısal bütünlüğü, sadece bir malzeme nasıl hızlı kaybolur; malzeme olayın boyunca işlevsel bir bariyer olarak nasıl performans gösterir.

Uzaycraft için Neden Ablation Test Maddeleri

Uzaylı Dünya'nın hızlarında 7.8 km/s. Sonuç şok tabakası, korumasız metalik yapıyı buharlaştıracak plazma sıcaklıklar yaratır. Ablation testi, termal koruma sistemi (TPS) tasarımı için ampirik temel sağlar, bu malzemelerin hala çokfazsız koşullar altında başarısız olması gerekir.

Yeniden tanımlanmanın ötesinde, ablasyon testi, uzay aracının mikrometeoroid ve yörüngesel enkazdan nasıl tepki verdiklerini anlamak için önemlidir.Bir parçacık saniyede birkaç kilometrede grevler yaparken, etki, ablasyon benzeri hasar üretebilecek yoğun yerelleştirilmiş ısıtma üretir.Test aralıkları içinde test malzemeleri, bu tür olaylara nasıl cevap verdiklerini ve mürettebatın modüller ve hassas aletler için kalkanı nasıl bilgilendirir.

Tarihsel görevler, ablasyon testlerinin değerini işaret ediyor. Apollo komut modülü, yüzlerce saatlik plazma tünel maruz kalmalarından sonra nitelikli bir karbon ablası kullanıyordu. Uzay Servisinin yeniden kullanılabilir karbon ablası, her zaman akışta karbon-karbonları güçlendirdi, NASA Ames'de yapılan bir materyalden sonra sadece kapsamlı bir şekilde seçilmiş.

Ablation Testinden Anahtar İçgörü

  • [FONT:0) Malzeme yanıt modellerinin incelenmesi: Test verileri kalibre edilebilir ve yörünge ve termal analiz için kullanılan hesaplama kodları doğrulayın.
  • [FONT:0) Başarısız modlarınCharacterization of failure mod: Spallation, delamination veya termal stres altında çatlaklar uçuştan önce tespit edilebilir ve azaltılabilir.
  • [FONT:0) Kilo Vermek: [Dönetici: 1 ) Her bir kız kardeşin kalınlığının ağırlığının milimetresi kütleli; test, mühendislere belirli bir görev profili için gerekli minimum kullanımı sağlar.
  • [FONT:0) Yeni mimarlıkların Gerçekleştirilmesi: Woven, 3D baskılı ve kompozit malzemeler, insan uzayı için sertifikalı olarak ablasyon testleri geçmelidir.

Materyal Testinde Ablation Türleri

Uzaylı materyal testinde, ablasyon genellikle iki geniş sınıfa kategorize edilir, ancak birçok gerçek malzeme mekanizmaları birleştirir.

Aktif Ablation

Aktif ablasyon, enerjiyi bozmak için diğer kimyasal reaksiyonları geçen malzemeler içerir. Yüzey ısıları olarak, malzeme salıverme gazları (örneğin, H2, CO, CO2), sınır tabakalarına enjekte edilir. Bu gazlar bloku tıkanmış polimerler, yüksek çözünürlükte ısı transferleri ve kimyasal olarak ısınıyor, ısıyı azaltır.

Pasif Ablation

Pasif ablasyon, faz değişikliği ile ısıyı emen malzemelere dayanıyor (mel, buharlaşma) sıvı bir erimiş gaz nesli dahil olmak üzere önemli uçlu bölgelerden gelen malzemelere ve bazı seramik-matrix kompozitlerine dayanıyor. Pasif ablacılar genellikle yüksek ısıtılırlar ve sıvı bir erimiş tabakanın yüzey soğutma ve pürüzsüz özellikleri sunabileceği birçok modern TPS gibi yüksek sıcaklık katmanlarına hizmet eder.

Uzay Tasarım ve Kazanılan Derece Uygulamaları

Ablation testleri doğrudan yeniden hizmet araçları, gezegensel problar ve hipersonik uçuş platformları için termal koruma sistemlerinin tasarımını destekler. birincil uygulamalar şunları içerir:

  • [FONT:0)Forebody ve aftbody ısı koruyucuları: TPS'nin en büyük alanı, genellikle karo veya katı ablalı panellerden yapılır.Test, bağ hattı sıcaklıklarını, kar bütünlüğünü ve termal genişleme uyumluluğunu alt yapı ile doğrular.
  • [FONT:0)Ködün kenarları:[Dönler: [Dönler: 0,4] Nose caps ve kanat önde gelen kenarlar en yüksek ısıtma oranlarında deneyimlenir. Karbon karbon-karbon gibi malzemeler, termal ve aerodinamik kuvvetlerle birlikte bir araya gelmelerini gerektirir.
  • [FONT:0]Nozzle boğazları: [Dön roket motorlarında ve çeşit iterlerde, nozul boğaz malzemeleri yanma ürünlerinden aşırı ısı ve erozyona karşı olmalıdır. plazma veya oksijen-acetyleneksel toklardaki alt ölçek testleri standarttır.
  • [FONT:0)Mikrometeoroid ve yörüngede (MMOD) kalkanı:[Dönemli kardeş, hipervelocity etkisi testi, ablasyon testi ile birçok tanı tekniğini paylaşan yerelleştirilmiş eritme ve buharlaştırma yapar. Multi-shock koruyucuları ve parçalara ve ablatlı viskiler parçalanma yeteneği için değerlendirilir.

Uzaylı araçların ötesinde, ablation testleri hipersonik araç gelişimini destekler, scramjet ustors ve termal korumayı füze yeniden-entry araçları için destekler. Aynı yay-jet ve plazma tünel tesisleri hem savunma hem de sivil uzay programları hizmet eder, bir çapraz-sector bilgi tabanı sağlar.

Test Yöntemleri: Ablation Is Measured

Ground tabanlı ablation testleri, birkaç özel tesis kullanarak uçuş ortamını simüle eder.

Arc-Heated Wind Tunnels (Arc Jets)

Arc jetleri yüksek çözünürlüklü bir elektrik yayını bir gazla (genellikle hava veya azot) geçerek yüksek en iyi bilinen havalar ve ısı fluxesler üretmek için bir araya gelir. Test makaleleri birkaç dakika boyunca lazerle yüzeye kadar uzanan süreler için akır.Ames Research Center jetleri

Inductally Coupled Plazma (ICP) Tüneller

ICP tesisleri, yüksek sıcaklık plazması oluşturmak için radyo-fret kullanır, elektrot kirliliğinden kaçınır. Kimyasal kinetiği ve malzeme yanıtlarını eşitsiz koşullarda incelemek için idealdir.Özellikle kediolitik etkiler ve yüzey oxidasyonları değerlendirmek için yararlıdır.

Lazer Ablation Test

Yüksek güç sürekli dalga veya pullanmış lazerler, çok kontrollü bir şekilde ablasyon sıcaklıklarını incelemek için bir malzeme yüzeyi ısıtabilir.Bir yay jetinin akışını eksikken, lazer testi, kütle kaybı, termal iletkenliği ve ablasyon eşlerinin başlangıçlarını sağlar.Daha pahalı bir yay-jet kampanyalarına gönderilmeden önce yeni malzemeler için yaygın olarak kullanılır.

Ballistic Ranges ve Hypervelocity Launchers

Mikrometeoroid etkilerinden ablasyon test etmek için, iki aşamalı ışık gaz tabancası projeklerini 8 km /s'e kadar hızlar için hızlandırıyor. Etki yerelleştirilmiş maküla ile bir krater yaratır. Araştırmacılar crater çapında, penetrasyonu ölçür ve ejecta'nın davranışını ölçer.

Malzeme Seçimi: Karbon Phenolics to Nanocomposites

ablalı malzemenin seçimi çevreye bağlıdır -kanış hızı, atmosferik bir kompozisyon, ısı flux ve süresi. Classic malzemeler şunları içerir:

  • [FONT=0)Phenolic-Impregnated Carbon Ablator (PICA): ), Düşük Karbonlu Bir Karbon Fizyoksit Madde ile birlikte, düşük termal iletkenlik, yüksek durgunluk ve orta yoğunluk açısından birçok geleneksel materyali ortaya çıkardı.
  • [FONT:0)Carbon-Carbon Kompozitler: Yüksek çözünürlükte, aşırı ısı gradyanlara dayanabilen yüksek güçlü malzemeler.
  • [FONT:0)Carbon-Phenolic: Woven karbon fiber beslenmiş ve Apollo'da kullanılan yüksek erozyon direnci ve kalın TPS'yi gerektiren araçlar.
  • [FONT:0)Süre-Impregnated Reusable Seramik Ablator (SIRCA): [Dönetici: [Dönetici: 1) Düşük yoğunlukta düşük basınç performansı ile birleştiren bir karo tabanlı malzeme, alt ve konumlarda giriş için.
  • [FONT:0]Nanocomposites:[Dönetici:[Dönetici: 0) Son araştırmalar karbon nanotüpleri, nanofiberleri veya polimer matriksleri termal iletkenliği artırmak, yoğunlukları azaltmak ve kendini iyileştirme özellikleri sağlamak için uygular. Bu malzemeler hala gelecekte Mars ve Ay geri dönüş görevleri için söz verir.

Yeni alaşımlar, sürüklenen ve araç kontrolünü artıran keskin öncü tasarımlar için de test edilir.UHTC'nin yüksek çözünürlükte Ablation testleri ESA'nın UZT:0)Malzeme ve Süreçleri (FLT:1) tarafından da test edilir.

Ablation Research'te Future Yollar ve Test

Bir sonraki uzay araştırması nesli – Mars'a geri döndü, Orion ve nükleer ısıtımı ile geri döndü – daha uzun süre hayatta kalan malzemeler ve sert ortamlarda. Birkaç trend gelecekteki ablasyon testlerini şekillendiriyor.

Ablative Materials

3D baskı, kontrol edilen porselen, fiber yönelim ve reçine dağılımı ile sınıflamanın üretimlerini sağlar. Baskılanan yapıların Ablation testleri, dışlayıcı yol yollarını doğrulamak için çok önemlidir ve başarısızlık noktaları yaratabilecek kusurları üretebilir.

Makine-Learning-Assisted Karakterizasyon

Yüksek hızlı görüntüleme ve spektroskopi sırasında, test testleri, zemin tesislerinin ötesinde uçuş koşullarını kullanarak test kampanyalarının test koşullarını ve daha hızlı malzeme taramasını sağlar. Araştırmacılar ayrıca, zemin tesislerinin kapasitesinin ötesinde uçuş koşullarını kullanarak dijital ikizleri kullanıyor.

Kendini kınayan ve Rejeneratif TPS

Bu tür malzemeler, ablation-indük çatlakları mühürleyebilir veya gömülü mikrokapüller aracılığıyla bir panlektif tabakayı yeniden inşa edebilir. Bu tür malzemeleri test etmek, tekrarlanan maruz kalma döngülerinin izlenmesi ve değerlendirilmesi gerekir.

Yeni Malzemeler için genişletilmiş Uçuş Mirası

Riski azaltmak için, uçuş deneyleri birboard seslendirme roketleri, ISS dış platformları ve küçük re-entry kapsülleri (örneğin, SpaceX'in CRS görevleri) önceden formüle edilmiş malzemelerdir.).

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Ablation, uzay aracının görevlerinin en iyi şekilde cezalandırılabileceğini doğrulama için vazgeçilmez bir araç olarak kalır.Re-entry ve etki ortamları her zamankinden daha hırslı hale getirerek, test, Venüs'ün yüzeyini keşfederek veya ekibin güçlü, yüksek ental fizik arasındaki rolün sınırlarını zorlamaya devam eder ve test mühendisliği, yeni alanlara yönelik yöntemlere yönelik olarak, daha hırslı hale gelir.