Um esforço foi realizado para investigar os mecanismos responsáveis pelo aumento da pressão interna nos materiais do sistema de proteção térmica (TPS) submetidos a ambientes de alta entalpia. Compreender como os gases evoluem, migram e interagem com a microestrutura de um TPS é essencial para prever a degradação e os modos de falha, como a fragmentação. Para este fim, foram empregadas abordagens experimentais complementares que forneceram informações químicas e mecânicas sobre os processos subterrâneos.
A evolução química e o aumento da pressão interna foram identificados usando os processos ilustrados na Figura 1. Na parte A, medições de pressão profundas obtidas durante os testes no Sistema de Teste Ambiental de Materiais Hipersônicos (HyMETS) quantificaram o aumento dinâmico da pressão subterrânea à medida que os gases evoluíam. Na parte B, a espectrometria de massa foi aplicada para caracterizar espécies voláteis liberadas à medida que o TPS se decompunha sob aquecimento. Esta análise distinguiu entre espécies que dessorvem a temperaturas mais baixas, tais como a libertação de água antes de alterações significativas na permeabilidade, e aquelas produzidas durante a quebra da estrutura do polímero através de pirólise a alta temperatura. Juntos, esses conjuntos de dados estabeleceram uma ligação quantitativa entre a decomposição química e a resposta mecânica, formando uma base para a interpretação de como os processos químicos em microescala se manifestam como instabilidade de material em macroescala.
As lições aprendidas com a espectrometria de massa e os testes HyMETS levaram a uma melhor compreensão dos mecanismos de espalação do TPS, conforme ilustrado na Figura 1. O aquecimento inicial do TPS induz a liberação de água absorvida dos microbalões e da matriz circundante antes da pirólise extensa (I). Esta liberação precoce de água exígua pode gerar tensões localizadas quando o material está em um estado de baixa permeabilidade e pode resultar na formação de fissuras localizadas antes da pirólise. À medida que o aquecimento continua, a frente de pirólise avança, liberando uma quantidade significativa de gás e ocorre um rápido aumento de pressão (II). Se a pressão interna ultrapassar a resistência local do material, ocorre a ejeção repentina de fragmentos, marcando um evento de espalação (III). Esta sequência destaca a provável interação entre a liberação de voláteis em estágio inicial, a evolução do gás de pirólise e a geração de estresse, todos os quais governam a estabilidade do material TPS sob condições de entrada.
Para obter informações, entre em contato com o Dr. Brody K. Bessire. brody.k.bessire@nasa.gov
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