Излучение спектроскопические пограничного слоя Исследование во время АБЛЯЦИОННОГО испытания материалов в плазмотроне

Общая цель данной экспериментальной процедуры заключается в том, чтобы охарактеризовать реакцию материала и явления взаимодействия с поверхностью газа абляционных термозащитных материалов и высоких потоков NTP для получения данных для разработки и валидации численной модели. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области наземных испытаний теплозащитных материалов, такие как то, как материал разлагается и как это влияет на реактивный слой связи. Основное преимущество этой методики заключается в том, что мы применяем только оптические методы, которые дают широкий спектр информации и которые могут быть относительно легко стандартизированы для анализа материалов.

Как правило, люди, плохо знакомые с наземными испытаниями плазменных вен-тун-элелей, испытывают трудности из-за сложности методов измерения. С наглядной демонстрацией это будет подспорьем. Предполагается, что применение этого метода будет распространено на многие теплозащитные материалы, такие как керамические композиты, и особенно на пиролизирующие фенолы углерода.

Сначала выровняйте оптическую систему с помощью лазера с вертикальной и горизонтальной линией, подняв все компоненты на ту же высоту, что и испытуемый образец, и выровняв линзу перпендикулярно линии застоя образца. Сфокусируйте оптический путь, расположив линзу на расчетном расстоянии от испытуемого образца, а оптическое волокно заканчивается на рассчитанном расстоянии от линзы. Осветите точку застоя образца с помощью калибровочной лампы Mercury в виде карандаша и расположите концы волокон в месте наиболее сфокусированного изображения.

После того, как система волокон линзы будет выровнена, отправьте лазерную точку через концы волокон спектрометра и наблюдайте за сфокусированным лазером на стороне образца с помощью листа белой бумаги, чтобы подтвердить правильное положение и фокусировку перед испытуемым образцом. Предотвратите попадание излучения, кроме излучения из фокусной точки, на концы оптического волокна, закрыв оптический тракт, например, черным картоном. Направьте лазерный луч через оптические волокна, чтобы убедиться, что свет, излучаемый оптоволоконным концом, не может достичь линзы напрямую.

После этого осмотрите испытуемый образец с помощью высокоскоростной камеры или HSC перпендикулярно поверхности образца. Используйте доступ к системе образцов объектива для горизонтального и вертикального выравнивания оптики камеры, убедившись, что центр поля зрения HSC совпадает с центром объектива и точкой застоя образца. Синхронизация HSC и эмиссионных спектрометров с цифровым генератором задержки или DDG.

Запустите запись HSC с одним пиком напряжения от DDG и запускайте запись каждого спектра с нужной частотой. Для радиометрии используйте двухцветный пирометр для наблюдения за температурой поверхности в сочетании с кварцевым окном в испытательной камере. Чтобы настроить программное обеспечение HSC, установите высокое время экспозиции на 90 миллисекунд, чтобы выровнять и сфокусировать HSC перед экспериментом с тестовым образцом на месте и сделать предварительное тестовое изображение.

Измените время экспозиции для эксперимента. Установите пост-триггер на максимум и установите правильную скорость записи, чтобы охватить весь эксперимент. Установив начальное число F равным 16, установите DDG на желаемую частоту повторения, с которой спектры должны регистрироваться спектрометрами.

Затем настройте программное обеспечение для сбора данных спектрометра. Убедившись, что оптическая система расположена правильно, сделайте фоновое изображение с каждым прибором и сохраните его. После этого запустите плазменную установку и доведите ее до нужного испытательного состояния.

Затем начните запись с HD-камеры. Затем начните запись пирометров. Возьмите спектр свободного потока со всеми спектрометрами для сравнения калибровки.

По завершении уменьшите время интеграции с 200 миллисекунд до 50 миллисекунд, чтобы предотвратить насыщение. Запустите HSC и спектрометры через DDG, нажав trig и установив режим от внешнего к внутреннему. Затем введите испытуемый образец в поток плазмы.

После завершения тестирования остановите DDG. После сохранения изображений HSC остановите захват пирометра. После этого отправьте лазерную точку через сторону спектрометра со стороны оптического волокна.

Наблюдайте за фокусировкой лазера с помощью HSC и сохраните это изображение, чтобы отметить положение спектрометра. Повторив предыдущий шаг с каждым спектрометром, поместите шахматную доску на место испытуемого образца и запишите изображение с помощью HSC для калибровки. После извлечения тестового образца запишите его вес.

После фотографирования образца храните его в хранилище образцов, чтобы защитить хрупкий обугленный слой, состоящий из окисленных волокон. На этом этапе выполните калибровку интенсивности каждой оптической системы, поместив вольфрамовую ленточную лампу в фокус каждой сборной оптики внутри испытательной камеры. Запишите спектр калибровочной лампы.

Затем следите за временем впрыска и выброса образца в видеофайле HSC для правильной оценки времени испытания. Наблюдайте за пиксельным расположением точки застоя тестового образца в момент инъекции из видеофайла HSC. Экспортируйте ранее сделанные изображения и найдите пиксели зондирования спектрометра в виде ярких пятен на изображении, указывающих положения X и Y.

После этого откройте файл, содержащий вектор длины волны откалиброванных спектров, и определите и определите индексы строк, соответствующие соответствующим длинам волн. Построите график спектрально интегрированного излучения каждого из спектрометров в зависимости от расстояний спектрометра от поверхности. Для лучшей интерпретации результатов выполните полиномиальную аппроксимацию данных и построите график результатов.

Для анализа СЭМ выберите одно хорошо наблюдаемое волокно с помощью системы СЭМ. Оцените толщину и длину первичного углеродного волокна с помощью инструментов, предусмотренных программным обеспечением системы SEM, в соответствии с инструкциями производителя. Разрежьте хрупкий материал с помощью скальпеля.

Затем оцените глубину, на которую истончаются волокна, сравнив толщину абляционных волокон с толщиной первичного волокна. Результаты показывают, что измерение отклонения валков штангенциркуля обычно приводит к большим значениям, чем те, которые выполняются при визуализации HSC. HSC определила, что скорость рецессии в воздушной плазме не сильно отличалась, вероятно, из-за режима диффузионной абляции.

Интегрированные интенсивности поступления ЦН, построенные на графике по расстоянию от удаляющей поверхности, показывают хорошее согласие друг с другом. Экспериментальные спектры CN фиолетового излучения при низком и высоком давлении сравнивались с моделируемыми спектрами с целью получения температур газа. Расчетные температуры показали большое отклонение от теплового равновесия при низком давлении.

Полученные температуры при низком давлении составили 8200 Кельвинов для трансляции температуры вращения и 21 000 Кельвинов для вибрационной электронной температуры вблизи стенки, причем последняя уменьшается через пограничный слой. Это контрастирует с условием равновесия по всему пограничному слою при более высоком давлении. Микрографики показали, что окисление углерода в воздушной плазме привело к образованию сосульчатой формы абляционных волокон с глубиной окисления около 0,2 миллиметра.

Во время некоторых испытаний на абляцию наблюдались яркие искры, которые могли быть вызваны отделением кластеров горячих волокон от поверхности. Абляция в азотной плазме приводила к сильному разложению волокон вдоль их поверхности, что приводило к медленному отступлению материала путем азотирования. Несмотря на то, что участие является положительным, важно помнить, что для понимания полученных данных необходимы и экспериментальные и численные расчеты струй плазмы.

Этот метод может быть легко выполнен и на пиролизирующих материалах, чтобы ответить на дополнительные вопросы, как и другие дрен-сен пиролиза: выделение газов меняется со временем, и чем его временной масштаб отличается от процессов поверхностной абляции. После своего развития этот метод проложил путь исследователям в аэрокосмической технике к разработке моделей для абляции композитных материалов. Используйте экспериментальные данные о реакции материала в газовой фазе.

Не забывайте, что работа с лазерами и материалами из углеродного волокна может быть опасной, и при выполнении этой процедуры необходимо соблюдать такие меры предосторожности, как лабораторные халаты, перчатки, очки.