Effect of the atmosphere in the ablation of tape wrapped carbonphenolic composites

Orientadores: Elias Basile Tambourgi, Humberto Araújo MachadoTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: Os materiais compósitos ablativos são amplamente utilizados em componentes de tubeira de foguete e como escudo de proteção térmica na indústria aeroespacial. Neste trabalho, é realizado um estudo experimental sobre a influência da pressão de operação no processo de ablação por plasma térmico de compósitos carbono-fenólica. O compósito é produzido pelo processo de bobinagem em fitas e usado na fabricação de proteções térmicas de reentrada. As amostras foram testadas nos seguintes fluxos térmicos: 0,626; 0,903; 1,376 e 1,725 MW/m² nos tempos de exposição de 30, 50, 70 e 90 segundos em em regime de escoamento hipersônico (Mach 5) a pressão rarefeita de 400 Pa e comparados com os resultados obtidos nos mesmos fluxos térmicos e tempos de exposição à pressão atmosférica em regime de escoamento subsônico (Mach 0,4). Os resultados também foram comparados com uma simulação computacional baseada em um modelo simples e confiável que foi proposto para expressar a influência da pressão do ambiente, apresentando boa concordância e coerência física. A taxa de perda de massa específica na pressão rarefeita foi menor que a obtida na pressão atmosférica, mas essa diferença diminui com o aumento do tempo de exposição devido ao processo de densificação da camada carbonizada. A baixa concentração de oxigênio existente na atmosfera rarefeita contribui para desacelerar a reação de pirólise durante o processo de ablaçãoAbstract: Ablative composite materials are vastly employed in rocket nozzle components and as a thermal protection shield in the aerospace industry. In this work, an experimental study on the influence of operating pressure on the ablation of carbon-phenolic composites is performed. The composite is produced by wrapping process and used in the manufacture of thermal re-entry protections. Samples were tested in the following thermal fluxes: 0.626; 0.903; 1.376 and 1.725 MW/m² in the 30, 50, 70 and 90 sec exposure times in a hypersonic flow regime (Mach 5) at a pressure rarefied of 400 Pa and compared to the results obtained in the same thermal fluxes and exposures times at atmospheric pressure under subsonic flow regime (Mach 0,4). The Results were also compared with a computer simulation based on a simple and reliable model that was proposed to express the influence of environment pressure, presenting good agreement and physical coherence. The specific mass loss rate at rarefied pressure was lower than obtained at atmospheric pressure but this difference decreases with the increase of the exposure time due to the process of densification of the carbonized layer. The low concentration of oxygen in the rarefied atmosphere contributes to decelerate the pyrolysis reaction during the ablation processDoutoradoEngenharia QuímicaDoutor em Engenharia Químic