Emissão espectroscópica Boundary Investigation Camada durante ablativo Teste de material em Plasmatron

O objetivo geral deste procedimento experimental é caracterizar a resposta do material e os fenômenos de interação da superfície do gás de materiais de proteção térmica ablativa e altos fluxos de NTP para fornecer dados para o desenvolvimento e validação de modelos numéricos. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo do teste de solo de material de proteção térmica, como como o material se decompõe e como a camada de ligação reativa é afetada. A principal vantagem dessa técnica é que aplicamos apenas métodos ópticos, que fornecem um amplo espectro de informações e que podem ser padronizados com relativa facilidade para análise de materiais.

Geralmente, as pessoas novas nos testes de solo em plasma ven-tun-ele terão dificuldades devido à complexidade das técnicas de medição. Com uma demonstração visual, será uma ajuda. As implicações desta técnica devem ser estendidas a muitos materiais de proteção térmica, como compósitos cerâmicos e, especialmente, fenólicos de carbono pirolisados.

Primeiro, alinhe o sistema óptico usando um laser de linha vertical e horizontal, trazendo todos os componentes para a mesma altura da amostra de teste e alinhando a lente perpendicularmente à linha de estagnação da amostra. Foque o caminho óptico colocando a lente na distância calculada da amostra de teste e as extremidades da fibra óptica na distância calculada da lente. Ilumine o ponto de estagnação da amostra com uma lâmpada de calibração de mercúrio estilo lápis e posicione as extremidades da fibra no local da imagem mais focada.

Uma vez que o sistema de fibra da lente esteja alinhado, envie um ponto de laser através das extremidades da fibra do lado do espectrômetro e observe o laser focalizado no lado da amostra com uma folha de papel branco para confirmar a posição correta e o foco na frente da amostra de teste. Impedir qualquer emissão, exceto a do ponto focal de entrar na fibra óptica termina fechando o caminho óptico, por exemplo, com papelão preto. Envie um feixe de laser através das fibras ópticas para verificar se nenhuma luz emitida pela extremidade da fibra é capaz de atingir a lente diretamente.

Em seguida, observe a amostra de teste com uma câmera de alta velocidade ou HSC perpendicular à superfície da amostra. Use o sample acesso ao sistema de lentes para alinhamento horizontal e vertical da óptica da câmera, certificando-se de que o centro do campo de view do HSC coincida com o centro da lente e o sample ponto de estagnação. Sincronize o HSC e os espectrômetros de emissão com um gerador de atraso digital ou DDG.

Acione a gravação HSC com um único pico de tensão do DDG e acione cada gravação de espectro com a frequência desejada. Para radiometria, use um pirômetro de duas cores para observação da temperatura da superfície em combinação com uma janela de quartzo na câmara de teste. Para configurar o software HSC, defina o tempo de exposição alta para 90 milissegundos para alinhar e focar o HSC antes do experimento com a amostra de teste no lugar e obter uma imagem de pré-teste.

Altere o tempo de exposição do experimento. Defina o pós-disparo para o máximo e defina a taxa de gravação correta para cobrir todo o experimento. Depois de definir o número F inicial para 16, ajustar o DDG para a taxa de repetição desejada na qual os espectros devem ser registrados pelos espectrômetros.

Em seguida, configure o software de aquisição do espectrômetro. Depois de confirmar que o sistema óptico está posicionado corretamente, tire uma imagem de fundo com cada instrumento e salve-a. Em seguida, inicie a instalação de plasma e leve-a à condição de teste desejada.

Em seguida, inicie a gravação da câmera HD. Em seguida, inicie a gravação dos pirômetros. Pegue um espectro de fluxo livre com todos os espectrômetros para comparação de calibração.

Quando terminar, diminua o tempo de integração de 200 milissegundos para 50 milissegundos para evitar a saturação. Acione o HSC e os espectrômetros através do DDG pressionando trig e definindo o modo de externo para interno. Em seguida, injete a amostra de teste no fluxo de plasma.

Quando o teste estiver concluído, pare o DDG. Depois de salvar as imagens HSC, pare a aquisição do pirômetro. Em seguida, envie um ponto de laser através do lado do espectrômetro do lado da extremidade da fibra óptica do espectrômetro.

Observe o foco do laser com HSC e salve esta imagem para marcar a posição do espectrômetro. Depois de repetir a etapa anterior com cada espectrômetro, coloque um tabuleiro de xadrez na posição da amostra de teste e registre a imagem com o HSC para calibração. Uma vez retirada a amostra de ensaio, registar o seu peso.

Depois de tirar fotos da amostra, armazene-a no armazenamento de amostras para proteger a camada carbonizada quebradiça composta de fibras oxidadas. Neste ponto, execute uma calibração de intensidade de cada sistema óptico colocando uma lâmpada de fita de tungstênio no foco de cada óptica de coleta dentro da câmara de teste. Registre o espectro da lâmpada de calibração.

Em seguida, observe os tempos de injeção e ejeção da amostra no arquivo de vídeo HSC para uma estimativa correta do tempo de teste. Observe a localização do pixel do ponto de estagnação da amostra de teste na injeção do arquivo de vídeo HSC. Exporte as imagens tiradas anteriormente e encontre os pixels do espectrômetro sondando os locais como pontos brilhantes na imagem, indicando as posições X e Y.

Em seguida, abra o arquivo que contém o vetor de comprimento de onda dos espectros calibrados e identifique e identifique os índices de linha correspondentes aos comprimentos de onda relevantes. Plote a emissão espectralmente integrada de cada um dos espectrômetros em função das distâncias do espectrômetro da superfície. Para melhor interpretação dos resultados, execute um ajuste polinomial dos dados e plote os resultados.

Para análise de SEM, selecione uma única fibra observável de poço com o sistema de SEM. Estime a espessura e o comprimento da fibra de carbono virgem com as ferramentas fornecidas pelo software do sistema SEM de acordo com as instruções do fabricante. Corte o material quebradiço usando um bisturi.

Em seguida, estime a profundidade em que as fibras são diluídas comparando a espessura das fibras abladas com a espessura da fibra virgem. Os resultados mostram que a medição da recessão do rolo do paquímetro geralmente resultou em valores maiores do que os realizados pela imagem HSC. O HSC determinou que as taxas de recessão no plasma de ar não diferiram muito, provavelmente devido a um regime de ablação controlada por difusão.

As intensidades de admissão de NC integradas plotadas ao longo da distância da superfície de ablação mostram boa concordância entre si. Os espectros experimentais violetas CN em baixa e alta pressão foram comparados aos espectros simulados para obter as temperaturas dos gases. As temperaturas estimadas produziram um alto desvio do equilíbrio térmico em baixa pressão.

As temperaturas recuperadas a baixa pressão foram de 8200 Kelvin para a translação da temperatura de rotação e 21.000 kelvin para a temperatura eletrônica vibracional próxima à parede, com a última diminuindo através da camada limite. Isso contrasta com a condição de equilíbrio em toda a camada limite a uma pressão mais alta. Micrografias demonstraram que a oxidação do carbono no plasma a ar levou a uma forma de pingente de gelo das fibras ablacionadas com uma profundidade de oxidação de cerca de 0,2 milímetros.

Faíscas brilhantes foram observadas durante alguns testes de ablação que podem ser causadas por aglomerados de fibras quentes que se desprendem da superfície. A ablação em plasma de nitrogênio levou a fibras altamente degradadas ao longo de sua superfície, o que levou a uma lenta recessão do material por nitretação. Embora o comparecimento seja positivo, é importante lembrar que o cálculo experimental e numérico dos jatos de plasma é necessário para a compreensão dos dados adquiridos.

Este método pode ser facilmente realizado também em materiais de pirólise, a fim de responder a perguntas adicionais, como outros dren-sen pirólise, a desgaseificação varia ao longo do tempo e como sua escala de tempo é diferente dos processos de ablação de superfície. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores em engenharia aeroespacial desenvolverem modelos para ablação de materiais compósitos. Use dados experimentais sobre a resposta do material na fase gasosa.

Não se esqueça de que trabalhar com lasers e materiais de fibra de carbono pode ser perigoso, e precauções como jalecos, luvas, óculos precisam ser tomadas ao realizar este procedimento.