Emissione spettroscopica Boundary Investigation strato durante ablativo Material Testing in Plasmatron

L'obiettivo generale di questa procedura sperimentale è quello di caratterizzare la risposta del materiale e i fenomeni di interazione con la superficie del gas di materiali di protezione termica ablativa e alti flussi di NTP per fornire dati per lo sviluppo e la validazione di modelli numerici. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo dei test a terra dei materiali di protezione termica, come ad esempio come il materiale si decompone e come viene influenzato lo strato di legame reattivo. Il vantaggio principale di questa tecnica è che applichiamo solo metodi ottici, che forniscono un ampio spettro di informazioni e che possono essere standardizzati in modo relativamente semplice per l'analisi dei materiali.

Generalmente le persone che si avvicinano per la prima volta ai test a terra nel plasma hanno difficoltà a causa della complessità delle tecniche di misurazione. Con una dimostrazione visiva, sarà un aiuto. Le implicazioni di questa tecnica sono destinate ad essere estese a molti materiali per lo scudo termico, come i compositi ceramici e in particolare i fenoli di carbonio pirolizzanti.

Per prima cosa allineare il sistema ottico utilizzando un laser a linee verticali e orizzontali portando tutti i componenti alla stessa altezza del campione di prova e allineando la lente perpendicolarmente alla linea di ristagno del campione. Focalizzare il percorso ottico posizionando la lente alla distanza calcolata dal campione di prova e la fibra ottica termina alla distanza calcolata dalla lente. Illuminare il punto di ristagno del campione con una lampada di calibrazione al mercurio a matita e posizionare le estremità delle fibre nella posizione dell'immagine meglio messa a fuoco.

Una volta allineato il sistema di fibre della lente, inviare un punto laser attraverso le estremità della fibra laterale dello spettrometro e osservare il laser focalizzato sul lato del campione con un foglio di carta bianca per confermare la posizione e la messa a fuoco corrette davanti al campione di prova. Evitare qualsiasi emissione, ad eccezione di quella che parte dal punto focale, entri nelle estremità della fibra ottica, racchiudendo il percorso ottico, ad esempio, con cartone nero. Invia un raggio laser attraverso le fibre ottiche per verificare che la luce emessa dall'estremità della fibra non sia in grado di raggiungere direttamente l'obiettivo.

Successivamente, osservare il campione di prova con una telecamera ad alta velocità o HSC perpendicolare alla superficie del campione. Utilizzare l'accesso al sistema di lenti campione per l'allineamento orizzontale e verticale dell'ottica della fotocamera, assicurandosi che il centro del campo visivo dell'HSC coincida con il centro della lente e il punto di ristagno del campione. Sincronizza l'HSC e gli spettrometri di emissione con un generatore di ritardo digitale o DDG.

Attiva la registrazione HSC con un singolo picco di tensione dal DDG e attiva ogni registrazione dello spettro con la frequenza desiderata. Per la radiometria, utilizzare un pirometro a due colori per l'osservazione della temperatura superficiale in combinazione con una finestra di quarzo nella camera di prova. Per configurare il software HSC, impostare il tempo di esposizione elevato su 90 millisecondi per allineare e mettere a fuoco l'HSC prima dell'esperimento con il campione di prova in posizione e scattare un'immagine pre-test.

Modificare il tempo di esposizione per l'esperimento. Imposta il post-trigger al massimo e imposta la frequenza di registrazione corretta per coprire l'intero esperimento. Dopo aver impostato il numero F iniziale su 16, impostare il DDG sulla frequenza di ripetizione desiderata alla quale gli spettri devono essere registrati dagli spettrometri.

Quindi, configurare il software di acquisizione dello spettrometro. Dopo aver verificato che il sistema ottico sia posizionato correttamente, scattare un'immagine di sfondo con ogni strumento e salvarla. Successivamente, avviare l'impianto di plasma e portarlo alla condizione di test desiderata.

Quindi avviare la registrazione della telecamera HD. Quindi avviare la registrazione dei pirometri. Acquisisci uno spettro di flusso libero con tutti gli spettrometri per il confronto della calibrazione.

Al termine, ridurre il tempo di integrazione da 200 millisecondi a 50 millisecondi per evitare la saturazione. Attivare l'HSC e gli spettrometri tramite il DDG premendo trig e impostando la modalità da esterna a interna. Quindi iniettare il campione di prova nel flusso di plasma.

Una volta completato il test, arrestare il DDG. Dopo aver salvato le immagini HSC, interrompere l'acquisizione del pirometro. Successivamente, inviare un punto laser attraverso il lato dello spettrometro lato della fibra ottica lato dello spettrometro.

Osservare la messa a fuoco del laser con HSC e salvare questa immagine per contrassegnare la posizione dello spettrometro. Dopo aver ripetuto il passaggio precedente con ogni spettrometro, posizionare una scacchiera nella posizione del campione di prova e registrare l'immagine con l'HSC per la calibrazione. Una volta rimosso il campione di prova, registrarne il peso.

Dopo aver scattato le fotografie del campione, conservarlo in un contenitore per campioni per proteggere lo strato fragile carbonizzato composto da fibre ossidate. A questo punto, eseguire una calibrazione dell'intensità di ciascun sistema ottico posizionando una lampada a nastro di tungsteno nel fuoco di ogni ottica di raccolta all'interno della camera di prova. Registrare lo spettro della lampada di calibrazione.

Successivamente, osservare i tempi di iniezione ed espulsione del campione sul file video HSC per una stima corretta del tempo di test. Osservare la posizione dei pixel del punto di ristagno del campione di prova al momento dell'iniezione dal file video HSC. Esporta le immagini scattate in precedenza e trova i pixel dello spettrometro che sondano le posizioni come punti luminosi sull'immagine che indicano le posizioni X e Y.

Successivamente, aprire il file contenente il vettore di lunghezze d'onda degli spettri calibrati e identificare e identificare gli indici di riga corrispondenti alle relative lunghezze d'onda. Tracciare l'emissione spettralmente integrata di ciascuno spettrometro in funzione delle distanze dello spettrometro dalla superficie. Per una migliore interpretazione dei risultati, eseguire un adattamento polinomiale dei dati e tracciare i risultati.

Per l'analisi SEM, selezionare una singola fibra ben osservabile con il sistema SEM. Stimare lo spessore e la lunghezza della fibra di carbonio vergine con gli strumenti forniti dal software del sistema SEM secondo le istruzioni del produttore. Taglia il materiale fragile usando un bisturi.

Quindi stimare la profondità in cui le fibre vengono assottigliate confrontando lo spessore delle fibre ablate con lo spessore della fibra vergine. I risultati mostrano che la misurazione della recessione del rullo del calibro ha generalmente portato a valori maggiori rispetto a quelli eseguiti dall'imaging HSC. L'HSC ha determinato che i tassi di recessione nel plasma aereo non differivano molto, probabilmente a causa di un regime di ablazione controllata in diffusione.

Le intensità di ammissione CN integrate tracciate sulla distanza dalla superficie di ablazione mostrano un buon accordo l'una rispetto all'altra. Gli spettri sperimentali viola CN a bassa e alta pressione sono stati confrontati con spettri simulati al fine di ottenere temperature del gas. Le temperature stimate hanno prodotto un'elevata deviazione dall'equilibrio termico a bassa pressione.

Le temperature recuperate a bassa pressione erano 8200 Kelvin per la traslazione della temperatura rotazionale e 21.000 kelvin per la temperatura elettronica vibrazionale vicino alla parete con quest'ultima decrescente attraverso lo strato limite. Ciò è in contrasto con la condizione di equilibrio in tutto lo strato limite a pressioni più elevate. I micro grafici hanno dimostrato che l'ossidazione del carbonio nel plasma ad aria ha portato a una forma a ghiacciolo delle fibre ablate con una profondità di ossidazione di circa 0,2 millimetri.

Durante alcuni test di ablazione sono state osservate scintille luminose che potrebbero essere causate da grappoli di fibre calde che si staccano dalla superficie. L'ablazione nel plasma di azoto ha portato a fibre altamente degradate lungo la loro superficie, che hanno portato a una lenta recessione del materiale per nitrurazione. Sebbene la partecipazione sia positiva, è importante ricordare che gli esperimenti sul calcolo numerico dei getti di plasma sono entrambi necessari per la comprensione dei dati acquisiti.

Questo metodo può essere facilmente eseguito anche su materiali pirolizzanti per rispondere a ulteriori domande come altre pirolisi dren-sen: il degassamento varia nel tempo e come la sua scala temporale è diversa dai processi di ablazione superficiale. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori in ingegneria aerospaziale per sviluppare modelli per l'ablazione di materiali compositi. Utilizzare dati sperimentali sulla risposta del materiale in fase gassosa.

Non dimenticare che lavorare con laser e materiali in fibra di carbonio può essere pericoloso e che quando si esegue questa procedura è necessario prendere precauzioni come camici da laboratorio, guanti, occhiali.