Propiedades del Escudo Térmico de la Serie de Abladores Livianos para Sistemas de Vehículos de Transferencia con Diferentes Estructuras Laminadas Bajo Entornos de Flujo de Alta Entalpía
Autores: Ohkage, Masayuki; Okuyama, Kei-ichi; Hori, Soichiro; Ishida, Tsumugi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Propiedades del Escudo Térmico de la Serie de Abladores Livianos para Sistemas de Vehículos de Transferencia con Diferentes Estructuras Laminadas Bajo Entornos de Flujo de Alta Entalpía
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Protección térmica
Material ablativo
PEEK
Fenómeno de expansión
Prueba de calentamiento
Características aerodinámicas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 37
Citaciones: Sin citaciones
El sistema de protección térmica de un vehículo de reentrada requiere un escudo térmico resistente a altas temperaturas para proteger la nave espacial. La mayoría de los materiales ablativos desarrollados hasta ahora tienen alta resistencia al calor, pero presentan problemas técnicos como largos tiempos de producción. En este estudio, proponemos un nuevo material ablativo (LATS/PEEK) que consiste en PEEK y fieltro de carbono como un material que puede resolver estos problemas. PEEK tiene excelentes propiedades, como un corto tiempo de producción y su capacidad para ser producido utilizando tecnología de impresión 3D. Además, PEEK se puede moldear con una variedad de métodos de unión por fusión, por lo que es posible moldear el escudo térmico y los componentes estructurales como una sola estructura. Sin embargo, las pruebas de calentamiento realizadas en investigaciones anteriores han confirmado el fenómeno de expansión del CF/PEEK producido por impresoras 3D. La expansión del material ablativo es indeseable porque cambia las características aerodinámicas durante el vuelo de reentrada. Por lo tanto, el propósito de esta investigación es aclarar el mecanismo del fenómeno de expansión del material ablativo basado en resina PEEK. Por lo tanto, realizamos un análisis termogravimétrico (TGA) y un análisis termomecánico (TMA) y concluimos que el fenómeno de expansión durante la prueba de calentamiento fue causado por el aumento de presión dentro del material ablativo debido al gas de pirólisis. Basándonos en este mecanismo, desarrollamos un nuevo LATS/PEEK 3D con una estructura que puede liberar activamente el gas de pirólisis, y realizamos una prueba de calentamiento utilizando un túnel de viento de calentamiento por arco. Como resultado, se encontró que el LATS/PEEK 3D tenía menos expansión y deformación durante la prueba de calentamiento que el CF/PEEK fabricado utilizando una impresora 3D.
Descripción
El sistema de protección térmica de un vehículo de reentrada requiere un escudo térmico resistente a altas temperaturas para proteger la nave espacial. La mayoría de los materiales ablativos desarrollados hasta ahora tienen alta resistencia al calor, pero presentan problemas técnicos como largos tiempos de producción. En este estudio, proponemos un nuevo material ablativo (LATS/PEEK) que consiste en PEEK y fieltro de carbono como un material que puede resolver estos problemas. PEEK tiene excelentes propiedades, como un corto tiempo de producción y su capacidad para ser producido utilizando tecnología de impresión 3D. Además, PEEK se puede moldear con una variedad de métodos de unión por fusión, por lo que es posible moldear el escudo térmico y los componentes estructurales como una sola estructura. Sin embargo, las pruebas de calentamiento realizadas en investigaciones anteriores han confirmado el fenómeno de expansión del CF/PEEK producido por impresoras 3D. La expansión del material ablativo es indeseable porque cambia las características aerodinámicas durante el vuelo de reentrada. Por lo tanto, el propósito de esta investigación es aclarar el mecanismo del fenómeno de expansión del material ablativo basado en resina PEEK. Por lo tanto, realizamos un análisis termogravimétrico (TGA) y un análisis termomecánico (TMA) y concluimos que el fenómeno de expansión durante la prueba de calentamiento fue causado por el aumento de presión dentro del material ablativo debido al gas de pirólisis. Basándonos en este mecanismo, desarrollamos un nuevo LATS/PEEK 3D con una estructura que puede liberar activamente el gas de pirólisis, y realizamos una prueba de calentamiento utilizando un túnel de viento de calentamiento por arco. Como resultado, se encontró que el LATS/PEEK 3D tenía menos expansión y deformación durante la prueba de calentamiento que el CF/PEEK fabricado utilizando una impresora 3D.