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Deposição de filme de dióxido de silício sobre o compósito C/C por plasma spray a partir de solução coloidalCelso Farnese 14 August 2015 (has links)
Neste trabalho foram realizadas investigações sobre o processo de deposição por aspersão térmica a plasma (Plasma spray) utilizando soluções coloidais precursoras de dióxido de silício no intuito de formar uma camada de passivação deste composto sobre materiais compósitos termoestruturais. Em particular foi utilizado o compósito C/C, de elevado interesse da indústria aeroespacial. Uma tocha de plasma do tipo Tornado com vórtice de fluxo reverso em ar foi adaptada ao processo de deposição. O processo de deposição em até três camadas do mesmo material foi investigado tendo como parâmetro a corrente elétrica que passa pela tocha nos valores de 80 A, 85 A e 90 A. As análises das características microestruturais e composição atômica dos recobrimentos por MEV e EDS, respectivamente, bem como as análises de FT-IR indicam a presença de silício e oxigênio em uma proporção adequada a formação de uma camada uniforme de SiO2. As informações sobre a estrutura dos recobrimentos foram obtidas por espectroscopia Raman e por Difração de Raios-X (DRX) visando também avaliar a relevância do efeito de produção de múltiplas camadas sobre o compósito. Os resultados indicam que os recobrimentos formam estruturas cristalinas do quartzo alfa e da cristobalita quando a tocha opera em correntes mais baixas, sendo que para correntes mais elevadas ou temperaturas de saturação na superfície do compósito mais elevadas, observa-se a presença apenas da estrutura da cristobalita. As amostras com uma camada à corrente de 90 A e com três camadas a 80 A foram submetidas a testes de aquecimento térmico utilizando a mesma tocha de plasma operando em ar a uma potência de 35 kW, visando comparar suas propriedades ablativas e microestruturais com as amostras de C/C sem os recobrimentos. As amostras foram expostas ao plasma em intervalos de tempo de 10, 20, 30 e 40 s à uma distância de 10 cm do bocal da tocha correspondente a um fluxo de calor de 0,65 MW/m2 e entalpia média do gás da ordem de 3 MJ/kg. Os resultados dos testes de ablação mostram que para um tempo de exposição de 40 s os recobrimentos atuam como uma eficiente camada de passivação sobre o compósito C/C conduzindo a valores de perda de massa de aproximadamente 50% mais baixos quando comparados aos compósitos desprovidos de recobrimento. No entanto, as análises de MEV das amostras após os ensaios de ablação mostram que os recobrimentos são parcialmente removidos após um tempo de exposição de 40s, embora cumpram seu papel como camada de passivação neste período. Este resultado indica que a camada de sílica formada sofre uma degradação, provavelmente, pela presença de oxigênio e nitrogênio atômicos, altamente reativos, gerados no jato de plasma de ar operando em pressão atmosférica.
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Avaliação do desempenho de compósitos ablativos em sistemas de proteção térmica / Performance evaluation of ablative composites in thermal protection systemsPesci, Pedro Guilherme Silva [UNESP] 24 November 2017 (has links)
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Previous issue date: 2017-11-24 / Materiais utilizados em componentes de veículos espaciais, como em tubeiras ou superfícies expostas à reentrada atmosférica, são sujeitos a ambientes termicamente agressivos. Este trabalho apresenta estudos envolvendo o desempenho de materiais compósitos utilizados em sistemas de proteção térmica, a partir da exposição a jatos de plasma, onde os fluxos de calor são comparáveis aos da reentrada atmosférica de componentes de veículos espaciais. Amostras de compósitos ablativos de carbono/fenólica foram ensaiadas no túnel de plasma do Laboratório de Plasmas e Processos do ITA (Instituto Tecnológico de Aeronáutica), por meio de uma tocha de plasma alimentada por uma fonte de energia elétrica de corrente contínua de 50kW. Os parâmetros de operação do túnel de plasma foram otimizados para reproduzirem as condições próximas do ponto crítico de reentrada das cargas úteis dos veículos espaciais desenvolvidos pelo IAE (Instituto de Aeronáutica e Espaço). As amostras em estudo foram desenvolvidas e fabricadas no Brasil, a partir de materiais de especial interesse do IAE. Para comparação, foi também ensaiado outro material com propriedades já bem estabelecidas como o teflon, sob as mesmas condições ablativas. Foram determinadas as perdas de massa e as taxas de perda de massa específicas das amostras, as temperaturas radiométricas superficiais e termométricas internas, em função do tempo de exposição ao fluxo térmico. Foi realizada também a avaliação da evolução das interfaces por comparação entre simulação e a amostra após o ensaio. Os resultados obtidos permitiram estimar as propriedades do comportamento ablativo dos materiais testados e validar o modelo teórico usado na simulação computacional para sua utilização em geometrias próximas às dos sistemas de proteção térmica utilizadas no setor aeroespacial / Materials used in space vehicles components, such as nozzles or surfaces exposed to atmospheric reentry, are subjected to thermally aggressive environments. This work presents studies involving the performance of composite materials used in thermal protection systems, through the exposure to plasma jets, where the heat fluxes are comparable to atmospheric reentry of space vehicle components. Samples of ablative carbon/phenolic composites were tested in the plasma tunnel of ITA’s (Aeronautics Institute of Technology) Plasma and Process Laboratory, by a plasma torch with a 50kW DC power source. The plasma tunnel operating parameters were optimized to reproduce the conditions close to the critical re-entry point of the space vehicles payloads developed by the IAE (Aeronautics and Space Institute). The samples in study were developed and manufactured in Brazil, from materials of special interest to IAE. For comparison, another material with well established properties such as teflon was also tested under the same ablative conditions. The mass loss and the specific mass loss rates of the samples, the surface radiometric and internal thermometric temperatures, as a function of the exposure time to the thermal flow, were determined. The evolution of the interfaces was also performed by comparison between simulation and the sample after the test. The results allowed to estimate the properties of the ablative behavior of the materials tested and to validate the theoretical model used in the computational simulation for its use in geometries close to the thermal protection systems used in the aerospace sector
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