Effect of Fibre Orientation on the Properties and Functional Performance of Ablative Materials for Solid Rocket Motors

Kumar, Lav; Usha, K.; Anandapadmanabhan, E.N.; Chakravarthy, P.

doi:10.1007/s12666-017-1102-1

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“…La cámara de combustión del cohete, propulsores y/o boquillas deben diseñarse para soportar temperaturas de operación superiores a los 1600-2000°C en un ambiente ablativo severo [1]. Normalmente, el motor-cohete es fabricado por mecanizado de aleaciones de acero, aluminio o titanio (zona estructural) y recubierto internamente con sistemas de protección térmica (zona ablativa) [2]. Dentro de los materiales ablativos comúnmente utilizados, se incluyen los metales de alto punto de fusión (tungsteno, renio y molibdeno) y compuestos cerámicos refractarios (carburos de silicio (SiC), circonio (ZrC), boro (B4C) o hafnio (HfC)) [3].…”

Section: Introductionunclassified

“…Aun considerando las propiedades ablativas de esta capa, el residuo carbonizado puede erosionarse y sufrir delaminación tras tiempos de exposición prolongados, afectando el desempeño y rendimiento ablativo del material. Al respecto, las fibras cortas de asbesto y vidrio se han incorporado con éxito, logrando mantener la integridad de los compuestos en el ambiente ablativo severo [2][3]. A pesar del excelente comportamiento ablativo que poseen los PACMs, sus desempeños mecánicos no logran resistir las cargas de alta presión generadas durante la propulsión de un motor-cohete [16].…”

Section: Introductionunclassified

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Materiales compuestos ablativos de matriz polimérica y su aplicación en la fabricación de componentes de propulsión aeroespacial

Robayo-Salazar¹,

Hermann²,

Padrón

et al. 2020

Rev. Fac. Ing.

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El desarrollo de sistemas de protección térmica y materiales compuestos de alta temperatura para la fabricación de componentes de propulsión de bajo peso representa un reto importante para la industria aeroespacial, especialmente en el campo de la cohetería. La cámara de combustión del cohete, propulsores y boquillas deben diseñarse para soportar temperaturas de trabajo superiores a los 1600-2000 °C en un ambiente ablativo severo. Esta investigación se enfoca en la obtención y caracterización de materiales compuestos ablativos basados en una matriz de resina poliéster (30%) reforzada con materiales particulados (fillers) (67%) y fibras cortas de vidrio (3%); destacando que los fillers corresponden a residuos o subproductos industriales tipo escoria siderúrgica, escoria de aluminio, escoria de fundición y residuo cerámico. Los compuestos fueron caracterizados físico-mecánicamente y sometidos a un ensayo ablativo de llama directa (~1600-2000 °C, 120 segundos), reportando niveles de aislamiento térmico de entre 72.6-92.9%, con temperaturas máximas en la cara opuesta a la llama de entre 141.6-548.8 °C, y pérdidas de peso posteriores al ensayo ablativo de entre 8.5-13.2%. Con base en los resultados obtenidos, se eligieron los compuestos óptimos y su aplicación fue validada en la fabricación de componentes de propulsión tipo toberas de motor-cohete, las cuales fueron sometidas a una prueba estática de combustión real utilizando un propelente sólido tipo Candy KNSu (65%KNO3-35%Sucrosa). Los resultados obtenidos demostraron la posibilidad de producir compuestos ablativos y sistemas de protección térmica a partir de materiales de fácil adquisición y altos contenidos de subproductos industriales; aplicaciones que se consideran de suma importancia para desarrollar el campo aeroespacial colombiano en la construcción de cohetes de sondeo con fines científicos, tecnológicos y militares.

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Section: Introductionunclassified

Materiales compuestos ablativos de matriz polimérica y su aplicación en la fabricación de componentes de propulsión aeroespacial

Robayo-Salazar¹,

Hermann²,

Padrón

et al. 2020

Rev. Fac. Ing.

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“…Aun considerando las propiedades ablativas de esta capa, el residuo carbonizado y los rellenos pueden erosionarse mecánicamente (delaminación) o eliminarse por fricción, afectando el desempeño y rendimiento del TPS. Para este propósito, las fibras cortas se han incorporado con éxito, logrando mantener la integridad del compuesto ablativo, aumentando su resistencia a la erosión y a los esfuerzos térmicos [5,13].…”

Section: Introductionunclassified

Compuestos ablativos de matriz polimérica (resina poliéster) reforzada con materiales de desecho industrial y fibra de vidrio

Hermann¹,

Osorio²,

Robayo-Salazar³

2019

rev.ing.univ.Medellin

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Los materiales ablativos son la base de los sistemas de protección térmica de equipos o elementos recuperables que, en servicio, son expuestos a elevadas temperaturas. Generalmente, estos materiales son de difícil adquisición y alto costo, lo que dificulta su aplicación en países como Colombia. Esta investigación describe la obtención y caracterización de materiales compuestos de tipo ablativo basados en una matriz de resina poliéster reforzada con materiales particulados (60-70 % en peso) y fibra de vidrio corta (5 % en peso). Como particulados, se utilizaron residuos cerámicos y escoria de aluminio finamente molidos (˂75 μm), destacando que ambos materiales son subproductos industriales. Los compuestos desarrollados fueron sometidos al ensayo de llama directa con el fin de evaluar su desempeño ablativo. De esta manera, se simularon las condiciones térmicas (1.600-2.000 °C) a las cuales se expone la tobera de un cohete de órbita baja (tipo sonda). Complementariamente, se evaluó el efecto del ensayo ablativo sobre el nivel de agrietamiento y erosión (pérdida de peso) de los compuestos desarrollados. Como medida indirecta del desempeño mecánico residual de los compuestos, fue determinada la dureza de la zona térmicamente afectada. Los resultados obtenidos son considerados de suma importancia para la producción de sistemas de protección térmica o componentes de propulsión con materias primas de fácil adquisición y bajo costo en Colombia.

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Investigative studies on the critical prepreg variables influencing the functional performance of ablative composites for extreme environments in launch vehicles and re-entry missions

Kumar

Anandapadmanabhan

Chakravarthy

2019

Mater. Res. Express

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Effect of Fibre Orientation on the Properties and Functional Performance of Ablative Materials for Solid Rocket Motors

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Materiales compuestos ablativos de matriz polimérica y su aplicación en la fabricación de componentes de propulsión aeroespacial

Materiales compuestos ablativos de matriz polimérica y su aplicación en la fabricación de componentes de propulsión aeroespacial

Compuestos ablativos de matriz polimérica (resina poliéster) reforzada con materiales de desecho industrial y fibra de vidrio

Investigative studies on the critical prepreg variables influencing the functional performance of ablative composites for extreme environments in launch vehicles and re-entry missions

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