¿Qué es Material de ablación?

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Un material sólido a prueba de calor, utilizado principalmente para cabezas de misiles, superficies exteriores de cabinas de reentrada de naves espaciales y superficies interiores de motores de cohetes. Este material puede sufrir cambios físicos y químicos como descomposición, fusión, evaporación, sublimación, erosión, etc. bajo la acción del flujo de calor.

La calidad de la superficie del material se utiliza para eliminar una gran cantidad de calor para evitar la reentrada en el atmósfera (ver Tecnología de retorno de naves espaciales) El propósito del flujo de calor hacia la aeronave y enfriar la cámara de combustión y la boquilla del motor del cohete.

La denominada ablación es el fenómeno de migración de calidad (consumo de material) sobre la superficie sólida provocado por procesos termoquímicos y mecánicos bajo la acción del flujo de calor cuando los misiles y aviones reingresan a la atmósfera.

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Cuando los misiles y las naves espaciales vuelven a entrar en la atmósfera, quedan expuestos a un fuerte calentamiento aerodinámico y su temperatura aumenta bruscamente. Si un misil intercontinental vuelve a entrar en la atmósfera con un número de Mach de 20 a 25, la temperatura del punto de estancamiento de la cabeza puede ser tan alta como 8000 a 12000 ° C.

Si no se toman medidas especiales para superar la "barrera térmica" causada por la aerodinámica. calentamiento, la ojiva arderá en el aire. Resolver el problema de la protección contra el calor durante la reentrada es una tecnología extremadamente importante para el desarrollo de misiles de mediano y largo alcance.

Debido al desarrollo y la aplicación de materiales ablativos, la ojiva del misil intercontinental puede volver a entrar en la atmósfera y golpear el objetivo, y la nave espacial tripulada y el transbordador espacial pueden regresar al suelo en una órbita predeterminada.

Clasificación y composición:Según el mecanismo de ablación , los materiales de ablación se dividen en tres tipos: tipo de sublimación, tipo de fusión y tipo de carbonización.

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Los materiales compuestos de politetrafluoroetileno (teflón), grafito y carbono-carbono son materiales de ablación por sublimación. El material compuesto carbono-carbono es un material compuesto hecho de fibra o tela de carbono (grafito) como material de refuerzo y carbono depositado o carbono impregnado como matriz.

El carbono se sublima a altas temperaturas y absorbe calor, y el carbono también es un material con alta emisividad, por lo que tiene buena resistencia a la ablación. Los materiales de cuarzo y vidrio son materiales de ablación fundidos y su componente principal es el dióxido de silicio. Por ejemplo, el vidrio con alto contenido de sílice contiene entre el 96% y el 99% de dióxido de silicio.

La sílice tiene una viscosidad muy alta a altas temperaturas y la película líquida fundida tiene la capacidad de resistir el flujo de aire a alta velocidad y puede derretirse y evaporarse después de absorber el calor aerodinámico. El plástico fenólico reforzado con fibra es un material de ablación carbonizado. Es un material compuesto hecho de fibra o tela como material de refuerzo e impregnado con resina fenólica como matriz.

La resina fenólica se elige como matriz porque tiene las ventajas de resistencia a la ablación, alta resistencia de la capa de carbono, alto contenido de carbono y buen rendimiento del proceso. Según la densidad, los materiales de ablación se dividen en dos tipos: alta densidad y baja densidad. La densidad del material ablativo de alta densidad es generalmente superior a 1,0 g / cm 3 .

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Varios plásticos reforzados con fibra, materiales compuestos de carbono-carbono y grafito son todos materiales de ablación de alta densidad. Los materiales ablativos de baja densidad se refieren a materiales compuestos que utilizan rellenos ligeros como rellenos, fibras como materiales de refuerzo y resina fenólica, resina epoxi o caucho de silicona como matriz.

Por lo general, la densidad de estos materiales se puede ajustar según las necesidades, en el rango de 0,2 a 0,9 g / cm 3 entre. El material de ablación de baja densidad se utiliza como relleno y se rellena en el panal de abejas de plástico reforzado con fibra de vidrio para formar una estructura compuesta, que puede mejorar el rendimiento de la capa de carbono.

Aplicación y desarrolloLas características ambientales de los misiles balísticos cuando vuelven a entrar en la atmósfera son alta entalpía, alto flujo de calor, alta presión en el punto de estancamiento y el tiempo de reingreso es muy corto.

Los principales factores que causan una ablación severa en la superficie de la ojiva son la ablación termoquímica, la ablación mecánica, el impacto de la nube de partículas y el daño por estrés térmico.

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Por lo tanto, se utilizan materiales de ablación de alta densidad para la cabeza del misil: el grafito se utiliza como material final para el misil superficie-superficie; el material de ablación utilizado para el misil superficie-superficie se ha desarrollado gradualmente a partir de fenólico reforzado con asbesto plástico, plástico fenólico reforzado con vidrio y plástico fenólico reforzado con nailon Plástico fenólico reforzado con alto contenido de sílice.

Para obtener una mayor velocidad de reentrada, el diseño de la cabeza del misil balístico se ha vuelto más delgado y el material de ablación también ha cambiado de una base de silicio a una de carbono. El plástico fenólico reforzado con tela de carbono tiene menor densidad y mejor resistencia a la ablación que el plástico fenólico reforzado con alto contenido de sílice.

Los misiles ofensivos estratégicos desarrollados en la década de 1960 adoptaron múltiples ojivas con una fuerte capacidad de penetración y alta precisión, que requirieron una pequeña cantidad de ablación y simetría del material, y mantuvieron una buena forma aerodinámica para garantizar la precisión del punto de aterrizaje.

Por lo tanto, se han desarrollado nuevos materiales ablativos como los compuestos carbono-carbono y el grafito de alta deformación. Bajo una alta presión en el punto de estancamiento, el extremo del material compuesto de carbono-carbono (ver imagen) no solo tiene una pequeña cantidad de ablación, tiene una apariencia simétrica, sino que también tiene una superficie lisa.

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Modelo de extremo de material compuesto de carbono-carbono de tres vías

Los materiales ablativos utilizados en los misiles se desarrollaron antes. Los materiales de ablación de alta densidad utilizados en los misiles se utilizaron para los materiales de ablación utilizados en las cápsulas de reentrada de las primeras naves espaciales.

Sin embargo, la reentrada de la nave espacial se caracteriza por un bajo flujo de calor, alta entalpía, baja presión en el punto de estancamiento y un largo tiempo de reentrada. En estas condiciones, las propiedades de aislamiento térmico y la densidad del material son particularmente importantes.

Los materiales ablativos utilizados en los misiles ya no pueden cumplir con los requisitos de reentrada de naves espaciales. Desde la década de 1960, los materiales de ablación de baja densidad se han desarrollado en gran medida.

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Con el desarrollo de la tecnología de misiles y naves espaciales, algunas cámaras de combustión y boquillas de motores de cohetes también han adoptado esquemas de ablación y protección contra el calor. Los materiales de ablación utilizados son grafito pirolítico, plástico fenólico reforzado con alto contenido de sílice, plástico fenólico reforzado con tela de carbono (tela de grafito).

Desde la década de 1980, los materiales compuestos de carbono-carbono se han utilizado con éxito en boquillas de motores de cohetes sólidos.

El material de ablación también se puede utilizar para resolver el problema de protección contra el calor de la parte inferior del motor del cohete, la sección entre etapas de la caja, el cono de la nariz del transbordador espacial y el borde de ataque del ala.

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Un material sólido a prueba de calor, utilizado principalmente para cabezas de misiles, superficies exteriores de cabinas de reentrada de naves espaciales y superficies interiores de motores de cohetes. Este material puede sufrir cambios físicos y químicos como descomposición, fusión, evaporación, sublimación, erosión, etc. bajo la acción del flujo de calor.

La calidad de la superficie del material se utiliza para eliminar una gran cantidad de calor para evitar la reentrada en el atmósfera (ver Tecnología de retorno de naves espaciales) El propósito del flujo de calor hacia la aeronave y enfriar la cámara de combustión y la boquilla del motor del cohete.

La denominada ablación es el fenómeno de migración de calidad (consumo de material) sobre la superficie sólida provocado por procesos termoquímicos y mecánicos bajo la acción del flujo de calor cuando los misiles y aviones reingresan a la atmósfera.

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Cuando los misiles y las naves espaciales vuelven a entrar en la atmósfera, quedan expuestos a un fuerte calentamiento aerodinámico y su temperatura aumenta bruscamente. Si un misil intercontinental vuelve a entrar en la atmósfera con un número de Mach de 20 a 25, la temperatura del punto de estancamiento de la cabeza puede ser tan alta como 8000 a 12000 ° C.

Si no se toman medidas especiales para superar la "barrera térmica" causada por la aerodinámica. calentamiento, la ojiva arderá en el aire. Resolver el problema de la protección contra el calor durante la reentrada es una tecnología extremadamente importante para el desarrollo de misiles de mediano y largo alcance.

Debido al desarrollo y la aplicación de materiales ablativos, la ojiva del misil intercontinental puede volver a entrar en la atmósfera y golpear el objetivo, y la nave espacial tripulada y el transbordador espacial pueden regresar al suelo en una órbita predeterminada.

Clasificación y composición:Según el mecanismo de ablación , los materiales de ablación se dividen en tres tipos: tipo de sublimación, tipo de fusión y tipo de carbonización.

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Los materiales compuestos de politetrafluoroetileno (teflón), grafito y carbono-carbono son materiales de ablación por sublimación. El material compuesto carbono-carbono es un material compuesto hecho de fibra o tela de carbono (grafito) como material de refuerzo y carbono depositado o carbono impregnado como matriz.

El carbono se sublima a altas temperaturas y absorbe calor, y el carbono también es un material con alta emisividad, por lo que tiene buena resistencia a la ablación. Los materiales de cuarzo y vidrio son materiales de ablación fundidos y su componente principal es el dióxido de silicio. Por ejemplo, el vidrio con alto contenido de sílice contiene entre el 96% y el 99% de dióxido de silicio.

La sílice tiene una viscosidad muy alta a altas temperaturas y la película líquida fundida tiene la capacidad de resistir el flujo de aire a alta velocidad y puede derretirse y evaporarse después de absorber el calor aerodinámico. El plástico fenólico reforzado con fibra es un material de ablación carbonizado. Es un material compuesto hecho de fibra o tela como material de refuerzo e impregnado con resina fenólica como matriz.

La resina fenólica se elige como matriz porque tiene las ventajas de resistencia a la ablación, alta resistencia de la capa de carbono, alto contenido de carbono y buen rendimiento del proceso. Según la densidad, los materiales de ablación se dividen en dos tipos: alta densidad y baja densidad. La densidad del material ablativo de alta densidad es generalmente superior a 1,0 g / cm 3 .

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Varios plásticos reforzados con fibra, materiales compuestos de carbono-carbono y grafito son todos materiales de ablación de alta densidad. Los materiales ablativos de baja densidad se refieren a materiales compuestos que utilizan rellenos ligeros como rellenos, fibras como materiales de refuerzo y resina fenólica, resina epoxi o caucho de silicona como matriz.

Por lo general, la densidad de estos materiales se puede ajustar según las necesidades, en el rango de 0,2 a 0,9 g / cm 3 entre. El material de ablación de baja densidad se utiliza como relleno y se rellena en el panal de abejas de plástico reforzado con fibra de vidrio para formar una estructura compuesta, que puede mejorar el rendimiento de la capa de carbono.

Aplicación y desarrolloLas características ambientales de los misiles balísticos cuando vuelven a entrar en la atmósfera son alta entalpía, alto flujo de calor, alta presión en el punto de estancamiento y el tiempo de reingreso es muy corto.

Los principales factores que causan una ablación severa en la superficie de la ojiva son la ablación termoquímica, la ablación mecánica, el impacto de la nube de partículas y el daño por estrés térmico.

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Por lo tanto, se utilizan materiales de ablación de alta densidad para la cabeza del misil: el grafito se utiliza como material final para el misil superficie-superficie; el material de ablación utilizado para el misil superficie-superficie se ha desarrollado gradualmente a partir de fenólico reforzado con asbesto plástico, plástico fenólico reforzado con vidrio y plástico fenólico reforzado con nailon Plástico fenólico reforzado con alto contenido de sílice.

Para obtener una mayor velocidad de reentrada, el diseño de la cabeza del misil balístico se ha vuelto más delgado y el material de ablación también ha cambiado de una base de silicio a una de carbono. El plástico fenólico reforzado con tela de carbono tiene menor densidad y mejor resistencia a la ablación que el plástico fenólico reforzado con alto contenido de sílice.

Los misiles ofensivos estratégicos desarrollados en la década de 1960 adoptaron múltiples ojivas con una fuerte capacidad de penetración y alta precisión, que requirieron una pequeña cantidad de ablación y simetría del material, y mantuvieron una buena forma aerodinámica para garantizar la precisión del punto de aterrizaje.

Por lo tanto, se han desarrollado nuevos materiales ablativos como los compuestos carbono-carbono y el grafito de alta deformación. Bajo una alta presión en el punto de estancamiento, el extremo del material compuesto de carbono-carbono (ver imagen) no solo tiene una pequeña cantidad de ablación, tiene una apariencia simétrica, sino que también tiene una superficie lisa.

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Los materiales ablativos utilizados en los misiles se desarrollaron antes. Los materiales de ablación de alta densidad utilizados en los misiles se utilizaron para los materiales de ablación utilizados en las cápsulas de reentrada de las primeras naves espaciales.

Sin embargo, la reentrada de la nave espacial se caracteriza por un bajo flujo de calor, alta entalpía, baja presión en el punto de estancamiento y un largo tiempo de reentrada. En estas condiciones, las propiedades de aislamiento térmico y la densidad del material son particularmente importantes.

Los materiales ablativos utilizados en los misiles ya no pueden cumplir con los requisitos de reentrada de naves espaciales. Desde la década de 1960, los materiales de ablación de baja densidad se han desarrollado en gran medida.

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Con el desarrollo de la tecnología de misiles y naves espaciales, algunas cámaras de combustión y boquillas de motores de cohetes también han adoptado esquemas de ablación y protección contra el calor. Los materiales de ablación utilizados son grafito pirolítico, plástico fenólico reforzado con alto contenido de sílice, plástico fenólico reforzado con tela de carbono (tela de grafito).

Desde la década de 1980, los materiales compuestos de carbono-carbono se han utilizado con éxito en boquillas de motores de cohetes sólidos.

El material de ablación también se puede utilizar para resolver el problema de protección contra el calor de la parte inferior del motor del cohete, la sección entre etapas de la caja, el cono de la nariz del transbordador espacial y el borde de ataque del ala.

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