Plazmatronun ablatif Malzeme Test sırasında Emisyon Spektroskopik Sınır Tabaka İncelenmesi

Bu deneysel prosedürün genel amacı, sayısal model geliştirme ve doğrulama için veri sağlamak üzere ablatif termal koruma malzemelerinin ve yüksek NTP akışlarının malzeme tepkisini ve gaz yüzeyi etkileşimi fenomenlerini karakterize etmektir. Bu yöntem, malzemenin nasıl ayrıştığı ve reaktif bağ tabakasının nasıl etkilendiği gibi termal koruma malzemesi zemin testi alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, yalnızca geniş bir bilgi yelpazesi veren ve malzeme analizi için nispeten kolay bir şekilde standartlaştırılabilen optik yöntemleri uygulamamızdır.

Genel olarak, plazma ven-tun-ele'de zemin testine yeni başlayan kişiler, ölçüm tekniklerinin karmaşıklığı nedeniyle mücadele edeceklerdir. Görsel bir gösteri ile yardımcı olacaktır. Bu tekniğin sonuçlarının, seramik kompozitler ve özellikle piroliz yapan karbon fenolikler gibi birçok ısı kalkanı malzemesine genişletilmesi amaçlanmıştır.

İlk olarak, tüm bileşenleri test numunesi ile aynı yüksekliğe getirerek ve lensi numune durgunluk çizgisine dik olarak hizalayarak dikey ve yatay bir çizgi lazeri kullanarak optik sistemi hizalayın. Lensi test numunesinden hesaplanan mesafeye yerleştirerek optik yolu odaklayın ve fiber optik, lensten hesaplanan mesafede biter. Örnek durgunluk noktasını kalem tarzı bir Cıva kalibrasyon lambası ile aydınlatın ve fiber uçlarını en iyi odaklanılan görüntünün konumuna yerleştirin.

Lens fiber sistemi hizalandıktan sonra, spektrometre kenarlı fiber uçlarından bir lazer noktası gönderin ve test numunesinin önünde doğru konumu ve odaklanmayı doğrulamak için numune tarafındaki odaklanmış lazeri beyaz bir kağıt tabakasıyla gözlemleyin. Optik yolu örneğin siyah karton ile çevreleyerek, odak noktasından gelenler dışında herhangi bir emisyonun fiber optik uçlara girmesini önleyin. Fiber ucu tarafından yayılan hiçbir ışığın lense doğrudan ulaşamadığını kontrol etmek için optik fiberlerden bir lazer ışını gönderin.

Bunu takiben, test numunesini, numune yüzeyine dik olan yüksek hızlı bir kamera veya HSC ile gözlemleyin. Kamera optiklerinin yatay ve dikey hizalaması için örnek lens sistemi erişimini kullanın, HSC'nin görüş alanı merkezinin lensin merkezi ve örnek durgunluk noktası ile çakıştığından emin olun. HSC ve emisyon spektrometrelerini bir dijital gecikme jeneratörü veya DDG ile senkronize edin.

HSC kaydını DDG'den tek bir voltaj tepe noktası ile tetikleyin ve her spektrum kaydını istenen frekansta tetikleyin. Radyometri için, test odasında bir kuvars penceresi ile birlikte yüzey sıcaklığının gözlemlenmesi için iki renkli bir pirometre kullanın. HSC yazılımını kurmak için, deneyden önce HSC'yi test numunesi yerindeyken hizalamak ve odaklamak için yüksek pozlama süresini 90 milisaniyeye ayarlayın ve bir ön test görüntüsü alın.

Deneyin pozlama süresini değiştirin. Son tetiklemeyi maksimuma ayarlayın ve deneyin tamamını kapsayacak şekilde doğru kayıt hızını ayarlayın. İlk F değerini 16'ya ayarladıktan sonra, DDG'yi spektrumların spektrometreler tarafından kaydedileceği istenen tekrarlama oranına ayarlayın.

Ardından, spektrometre toplama yazılımını kurun. Optik sistemin doğru şekilde konumlandırıldığını onayladıktan sonra, her cihazla bir arka plan resmi çekin ve kaydedin. Bunu takiben plazma tesisini başlatın ve istenen test durumuna getirin.

Ardından HD kameranın kaydına başlayın. Ardından pirometrelerin kaydına başlayın. Kalibrasyon karşılaştırması için tüm spektrometrelerle ücretsiz bir akış spektrumu alın.

İşiniz bittiğinde, doygunluğu önlemek için entegrasyon süresini 200 milisaniyeden 50 milisaniyeye düşürün. Trig'e basarak ve modu dıştan içeriye ayarlayarak HSC'yi ve spektrometreleri DDG aracılığıyla tetikleyin. Daha sonra test örneğini plazma akışına enjekte edin.

Test tamamlandıktan sonra DDG'yi durdurun. HSC görüntülerini kaydettikten sonra, pirometre alımını durdurun. Bunu takiben, spektrometre tarafı fiber optik ucun spektrometre tarafından bir lazer noktası gönderin.

HSC ile lazer odağını gözlemleyin ve spektrometrenin konumunu işaretlemek için bu görüntüyü kaydedin. Her spektrometre ile önceki adımı tekrarladıktan sonra, test numunesinin konumuna bir satranç tahtası yerleştirin ve görüntüyü kalibrasyon için HSC ile kaydedin. Test numunesi çıkarıldıktan sonra ağırlığını kaydedin.

Numunenin fotoğraflarını çektikten sonra, oksitlenmiş liflerden oluşan kırılgan kömürleşmiş tabakayı korumak için numune deposunda saklayın. Bu noktada, test odasının içindeki her bir toplama optiğinin odağına bir tungsten şerit lamba yerleştirerek her bir optik sistemin yoğunluk kalibrasyonunu gerçekleştirin. Kalibrasyon lambasının spektrumunu kaydedin.

Ardından, doğru test süresi tahmini için HSC video dosyasındaki numune enjeksiyon ve çıkarma sürelerini gözlemleyin. HSC video dosyasından enjeksiyonda test numunesi durgunluk noktasının piksel konumunu gözlemleyin. Daha önce çekilmiş görüntüleri dışa aktarın ve spektrometrenin piksellerini, görüntü üzerinde X ve Y konumlarını gösteren parlak noktalar olarak yoklama konumlarını bulun.

Bunu takiben, kalibre edilmiş spektrumların dalga boyu vektörünü içeren dosyayı açın ve ilgili dalga boylarına karşılık gelen satır indekslerini tanımlayın ve tanımlayın. Spektrometrenin yüzeyden olan mesafelerinin bir fonksiyonu olarak her bir spektrometrenin spektral olarak entegre emisyonunu çizin. Sonuçların daha iyi yorumlanması için, verilerin polinom uyumunu gerçekleştirin ve sonuçları çizin.

SEM analizi için, SEM sistemi ile iyi gözlemlenebilir tek bir fiber seçin. Üreticinin talimatlarına göre SEM sistem yazılımı tarafından sağlanan araçlarla işlenmemiş karbon fiber kalınlığını ve fiber uzunluğunu tahmin edin. Kırılgan malzemeyi bir neşter kullanarak kesin.

Ardından, ablasyonlu liflerin kalınlığını işlenmemiş lif kalınlığıyla karşılaştırarak liflerin inceldiği derinliği tahmin edin. Sonuçlar, kaliper merdanesi durgunluk ölçümünün genellikle HSC görüntüleme ile gerçekleştirilenlerden daha büyük değerlerle sonuçlandığını göstermektedir. HSC, hava plazmasındaki resesyon oranlarının, muhtemelen difüzyon kontrollü bir ablasyon rejimi nedeniyle çok farklı olmadığını belirledi.

Ablasyon yüzeyinden uzaklık boyunca çizilen entegre CN kabul yoğunlukları, birbirine göre iyi bir uyum gösterir. Düşük ve yüksek basınçta CN menekşe deneysel spektrumları, gaz sıcaklıklarını elde etmek için simüle edilmiş spektrumlarla karşılaştırıldı. Tahmini sıcaklıklar, düşük basınçta termal dengeden yüksek bir sapma verdi.

Düşük basınçta elde edilen sıcaklıklar, dönme sıcaklığının çevirisi için 8200 Kelvin ve duvara yakın titreşimsel elektronik sıcaklık için 21.000 kelvin idi ve ikincisi sınır tabakası boyunca azalıyordu. Bu, daha yüksek basınçta sınır tabakası boyunca denge koşulunun tersidir. Mikro grafikler, hava plazmasındaki karbon oksidasyonunun, yaklaşık 0.2 milimetrelik bir oksidasyon derinliği ile ablasyonlu liflerin buz saçağı şekline yol açtığını gösterdi.

Bazı ablasyon testleri sırasında, yüzeyden ayrılan sıcak lif kümelerinin neden olabileceği parlak kıvılcımlar gözlendi. Azot plazmasındaki ablasyon, yüzeyleri boyunca yüksek oranda bozulmuş liflere yol açtı ve bu da malzemenin nitrürleme yoluyla yavaş bir şekilde çekilmesine yol açtı. Katılım olumlu olsa da, plazma jetlerinin sayısal hesaplaması üzerine deneysel çalışmaların her ikisinin de elde edilen verilerin anlaşılması için gerekli olduğunu hatırlamak önemlidir.

Bu yöntem, diğer dren-sen piroliz gibi ek soruları yanıtlamak için piroliz malzemeleri üzerinde de kolayca gerçekleştirilebilir: gaz çıkışı zamanla değişir ve zaman ölçeğinin yüzey ablasyon işlemlerinden nasıl farklı olduğu. Geliştirilmesinden sonra, bu teknik, havacılık ve uzay mühendisliğindeki araştırmacıların kompozit malzemelerin ablasyonu için modeller geliştirmesinin yolunu açtı. Gaz fazındaki malzeme tepkisi ile ilgili deneysel verileri kullanın.

Lazerler ve karbon fiber malzemelerle çalışmanın tehlikeli olabileceğini ve bu işlemi gerçekleştirirken laboratuvar önlüğü, eldiven, gözlük gibi önlemlerin alınması gerektiğini unutmayın.