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Caracterización Experimental de la Destrucción de Compuestos C-C Bajo el Impacto de Alto Flujo Térmico en Atmósfera y Flujo de Aire Hipersónico

Autores: Bencivengo, Ryan; Stoica, Alin Ilie; Leonov, Sergey B.; Gulotty, Richard

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Caracterización Experimental de la Destrucción de Compuestos C-C Bajo el Impacto de Alto Flujo Térmico en Atmósfera y Flujo de Aire Hipersónico


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Vuelo hipersónico
Sistema de protección térmica
Compuestos de carbono-carbono
Ablación
Oxidación
Flujo de aire hipersónico

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 32

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
El vuelo hipersónico en la atmósfera está asociado con un alto flujo térmico que impacta la superficie del vehículo. La nariz, los bordes de ataque y algunos elementos del motor suelen requerir la implementación de materiales altamente refractarios o un sistema de protección térmica activa para mantener la estabilidad estructural durante la misión del vehículo. Los compuestos de carbono-carbono (C-C) se consideran comúnmente para la aplicación gracias a sus propiedades térmicas y mecánicas únicas. Sin embargo, la ablación y oxidación de los compuestos C-C durante vuelos de crucero prolongados a altas velocidades (número de Mach > 5) son los factores limitantes para su aplicación. En este artículo, se presentan los resultados de un estudio experimental sobre la ablación térmica y oxidación de compuestos C-C con temperaturas de superficie del artículo de prueba de hasta 2000 K. Las pruebas se realizaron en condiciones atmosféricas y flujo hipersónico en la instalación ND_ArcJet de la Universidad de Notre Dame. Los artículos de prueba fueron precalentados con radiación láser CW y luego expuestos a un flujo M = 6 a presiones de estancamiento de hasta 14 bar. Se encontró que las tasas de oxidación y erosión mecánica de los compuestos C-C aumentan significativamente en el flujo de aire hipersónico en comparación con las condiciones ambientales y el flujo de nitrógeno M = 6. En comparación con el aire atmosférico, la pérdida de masa ocurrió a una tasa de 1.5 órdenes de magnitud más rápida para el flujo de aire M = 6. Durante las condiciones de flujo a alta velocidad, la rápida oxidación química y la destrucción mecánica de las fibras de C debilitadas probablemente causan la degradación acelerada del material compuesto C-C. En este estudio, se utiliza un análisis microscópico post-mortem de la morfología de la superficie C-C para explicar los procesos físicos de la destrucción del material.

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