烧蚀材料在试验过程中等离子体发生器发射光谱边界层研究

该实验程序的总体目标是表征烧蚀热防护材料和高 NTP 流动的材料响应和气体表面相互作用现象，为数值模型开发和验证提供数据。这种方法可以帮助回答热防护材料接地测试领域的关键问题，例如材料如何分解以及反应性粘合层如何受到影响。这种技术的主要优点是我们只应用光学方法，这些方法可以提供广泛的信息，并且可以相对容易地标准化用于材料分析。

一般来说，由于测量技术的复杂性，刚接触 plasma ven-tun-ele 地面测试的人会遇到困难。通过视觉演示，这将是一个帮助。这项技术的含义旨在扩展到许多隔热材料，例如陶瓷复合材料，尤其是热解碳酚醛树脂。

首先，使用垂直和水平线激光器对准光学系统，将所有组件置于与测试样品相同的高度，并将透镜垂直于样品停滞线对准。通过将透镜放置在距测试样品的计算距离处，并将光纤端置于距透镜的计算距离处来聚焦光路。用铅笔式 Mercury 校准灯照亮样品停滞点，并将光纤末端定位在最佳聚焦图像的位置。

透镜光纤系统对准后，将激光点穿过光谱仪侧的光纤端，并用白纸观察样品侧的聚焦激光，以确认测试样品前方的正确位置和聚焦。通过封闭光路（例如用黑色纸板）来防止除焦点以外的任何发射进入光纤末端。通过光纤发送激光束，以检查光纤端发出的光是否能够直接到达镜头。

在此之后，使用垂直于样品表面的高速相机或 HSC 观察测试样品。使用样品镜头系统通道对相机光学元件进行水平和垂直对准，确保 HSC 的视场中心与镜头中心和样品停滞点重合。将 HSC 和发射光谱仪与数字延迟发生器或 DDG 同步。

使用 DDG 的单个电压峰值触发 HSC 记录，并以所需的频率触发每个频谱记录。对于辐射测量，使用双色高温计观察表面温度，并在测试室中使用石英窗口。要设置 HSC 软件，请将高曝光时间设置为 90 毫秒，以便在实验之前将 HSC 对齐和聚焦，并将测试样品就位并拍摄测试前图像。

更改实验的曝光时间。将后触发设置为最大值，并设置正确的记录速率以覆盖整个实验。将初始 F 值设置为 16 后，将 DDG 设置为光谱仪记录光谱所需的重复频率。

接下来，设置光谱仪采集软件。确认光学系统位置正确后，为每台仪器拍摄背景图像并保存。在此之后，启动等离子设施并将其置于所需的测试条件。

然后开始录制高清摄像机。然后开始记录高温计。使用所有光谱仪的自由流光谱进行校准比较。

完成后，将积分时间从 200 毫秒降低到 50 毫秒，以防止饱和。按 trig 并将模式从外部设置为内部，通过 DDG 触发 HSC 和光谱仪。然后将测试样品注入血浆流中。

测试完成后，停止 DDG。保存 HSC 图像后，停止高温计采集。在此之后，通过光谱仪侧光纤端的光谱仪侧发送一个激光点。

使用 HSC 观察激光焦点并保存此图像以标记光谱仪的位置。对每台光谱仪重复上一步后，在测试样品的位置放置一个棋盘，并用 HSC 记录图像进行校准。取出测试样品后，记录其重量。

对样品拍照后，将其存放在样品储存库中，以保护由氧化纤维组成的脆性烧焦层。此时，通过将钨丝带灯放置在测试室内每个收集光学元件的焦点上，对每个光学系统进行强度校准。记录校准灯的光谱。

接下来，观察 HSC 视频文件上的样品进样和弹出时间，以正确估计测试时间。从 HSC 视频文件中观察进样时测试样品停滞点的像素位置。导出之前拍摄的图像，并在图像上找到光谱仪探测位置的像素作为亮点，指示 X 和 Y 位置。

然后，打开包含校准光谱波长矢量的文件，并识别和识别与相关波长对应的行索引。将每个光谱仪的光谱积分发射绘制为光谱仪与表面距离的函数关系。为了更好地解释结果，请对数据执行多项式拟合并绘制结果。

对于 SEM 分析，使用 SEM 系统选择一根单孔可观察纤维。根据制造商的说明，使用 SEM 系统软件提供的工具估算原始碳纤维厚度和纤维长度。用手术刀切开脆性材料。

然后通过比较烧蚀纤维的厚度和原始纤维的厚度来估计纤维变薄的深度。结果表明，卡尺辊退缩测量通常比 HSC 成像测量产生的值大。HSC 确定空气等离子体中的衰退率差异不大，可能是由于扩散控制消融方案。

与消融表面的距离上绘制的积分 CN 入水强度彼此之间显示出良好的一致性。将低压和高压下的 CN 紫实验光谱与模拟光谱进行比较，以获得气体温度。估计的温度在低压下与热平衡产生很大偏差。

在低压下检索的温度为 8200 开尔文（用于旋转温度的平移）和 21， 000 开尔文（用于靠近壁的振动电子温度），后者通过边界层降低。这与在较高压力下整个边界层的平衡条件形成鲜明对比。微观图表表明，空气等离子体中的碳氧化导致烧蚀纤维呈冰柱状，氧化深度约为 0.2 毫米。

在一些消融试验中观察到明亮的火花，这可能是由热纤维簇从表面分离引起的。氮等离子体中的烧蚀导致其表面的纤维高度降解，从而导致材料通过氮化缓慢下降。虽然参加是积极的，但重要的是要记住，等离子体射流的数值计算实验对于理解所获得的数据都是必要的。

这种方法也可以很容易地在热解材料上执行，以便回答其他问题，就像其他 dren-sen 热解一样，脱气随时间变化，以及其时间尺度与表面烧蚀过程有何不同。开发后，这项技术为航空航天工程研究人员开发复合材料烧蚀模型铺平了道路。使用有关气相中材料响应的实验数据。

不要忘记，使用激光和碳纤维材料可能很危险，执行此程序时需要采取实验室外套、手套、眼镜等预防措施。