60 лет компании NETZSCH-Gerätebau: LFA в космическом применении

"ÖGI" аккредитована в качестве испытательного центра для 26 методов испытаний в соответствии с EN ISO/IEC 17025. В теплофизической лаборатории определяются такие параметры материалов, как теплопроводность, тепловое расширение и теплоемкость, вплоть до очень высоких температур. Эти данные имеют большое значение для разработки любых материалов, а также служат важными входными параметрами для компьютерного моделирования.

Однако спектр материалов в теплофизической лаборатории не ограничивается металлическими сплавами, характеризуемыми в твердом и жидком состоянии. К ним относятся формовочные материалы на основе песка, используемые в литейной промышленности, строительные материалы, такие как гипс, различные породы дерева или древесные материалы, стекло и керамические материалы.

Необходимым условием для охвата такого широкого спектра материалов является наличие особо надежных измерительных приборов. Для этого компания ÖGI уже несколько десятилетий сотрудничает с NETZSCH-Gerätebau. Все приборы в теплофизической лаборатории ÖGI зарекомендовали себя в течение чрезвычайно длительного периода времени, обычно около 20 лет. Среди них - две системы LFA 427, первая из которых работает с 2003 года, а вторая - с 2015 года. Еще одним преимуществом систем NETZSCH-Gerätebau является долгосрочная доступность запасных частей в сочетании с отличным и быстрым обслуживанием.

Материалы для космического применения

Материалы для космического применения также стали важной частью спектра материалов ÖGI.arcÖGI участвует в различных международных проектах и коллаборациях. Испытывается широкий спектр материалов, включая металлические сплавы и армированные углеродным волокном пластмассы, используемые в спутниках и ракетных ступенях. Каждую неделю в атмосферу Земли попадает несколько тонн материалов с покинутых космических аппаратов. Проблема заключается в неконтролируемой дезинтеграции таких обломков космических аппаратов. В настоящее время международные соглашения требуют либо контролируемого входа в атмосферу, либо оценки риска неконтролируемых аварий для каждого нового взлета на низкую околоземную орбиту. Для оценки риска проводится численное моделирование тепловых и механических нагрузок или выгорания при входе в атмосферу. Для улучшения возможности прогнозирования необходимы достоверные данные о материалах вплоть до очень высоких температур или до расплавленной фазы. ÖGI удалось внести значительный вклад в определение характеристик этих материалов.

Однако особенно сложными для определения характеристик являются керамические ткани и графитовые пенопласты. Они используются в качестве слоистых композитов для надувных теплозащитных экранов (Advanced Inflatable Thermal Protection Systems) для земных и будущих марсианских миссий.

Поскольку знание характеристик материала необходимо для температур, значительно превышающих 1000°C, можно использовать только метод лазерной вспышки; это единственный прибор, способный определить теплопроводность в высокотемпературном диапазоне. В ÖGI для этого используются две системы LFA 427 фирмы NETZSCH-Gerätebau. Преимущество метода лазерной вспышки заключается не только в широком диапазоне температур, но и в возможности измерения значений для тканей и графитовых пенопластов при различных давлениях и газовых атмосферах.

Методология измерений и оценка должны соответствовать не только требованиям, предъявляемым такими проблемами, как изготовление подходящих образцов, трудноопределимая толщина тканей и графитовых пенопластов, частичная неоднородность, но и требованиям, предъявляемым пористостью материалов. В следующем примере графитовая пена и аэрогель были испытаны в атмосфере аргона. На рисунке 3a) показан измерительный сигнал (синий) с течением времени для графитовой пены; на рисунке 3b) - для аэрогеля. Из-за пористой структуры этих двух материалов лазерный импульс уже не полностью поглощается на поверхности. Чтобы учесть поглощение лазерного импульса в пористой структуре, используется модель проникновения из программы NETZSCH Proteus^®Ò LFA используется в обоих случаях. Для минимизации паразитных эффектов теплового потока конец диапазона подгонки кривой (красный цвет) находится selected вскоре после максимума. В случае радиопрозрачных материалов, таких как аэрогели, начальный сигнал не учитывается при оценке.

Наряду с теплофизическими характеристиками различных тканей и графитовых пенопластов, теплофизические измерения дополняются испытаниями, связанными с применением. Для проверки теплоемкости слоистых композитов они подвергаются термической нагрузке в литейном цехе ÖGI при температурах свыше 1000°C, как это планируется при посадке на Марс. В системе термозащитных слоев между отдельными слоями встроены термопары. С помощью графитового тигля с расплавом меди композит термозащитных слоев может быть внезапно подвергнут термической нагрузке при температуре около 1100°C (рис. 4a). При этом измеряется температура между слоями, что позволяет определить тепловой поток через систему слоев. Для теплоизоляции от окружающей среды система слоев во время эксперимента помещается в форму, состоящую из керамического каркаса для фиксации и формовочного материала на основе песка с низкой теплопроводностью, изготовленного на собственном 3-D принтере (рис. 4b)). Результаты измерений в ходе экспериментов очень хорошо согласуются с численным моделированием, в котором реализованы результаты измерений LFA для отдельных теплозащитных слоев (рис. 5)."

Большое спасибо Австрийскому институту литейного производства в Леобене за этот очень интересный отчет.

Мы надеемся на еще много лет успешного сотрудничества!

Узнайте больше о модели LFA 427:

• 

  LFA 427