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
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
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.
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.