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Modellizzazione dei fenomeni di ablazione superficiale di scudi termici per veicoli di rientro

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Politecnico di Torino – Facoltà di Ingegneria Aerospaziale ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Capitolo 1 – Introduzione 14 Le caratteristiche dell’ablativo, e delle protezioni termiche in generale, devono essere compatibili con le condizioni dell’ambiente di missione. L’ablativo deve resistere alle sollecitazioni aerodinamiche e di collegamento alla struttura. La temperatura sul lato interno governa la scelta di metodo e materiali di collegamento; una temperatura eccessiva a causa di inadeguato isolamento può indebolire la struttura portante. L’espansione termica differenziale, l’erosione da parte di pioggia e grandine, o particelle di propellente solido incombusto nel caso di ugelli, devono essere presi in considerazione. Inoltre, nel caso di permanenza in bassa orbita per lunghi periodi come in missioni satellitari, l’erosione da ossigeno atomico accompagnata da temperatura atmosferica elevata può essere un fattore significativo. Si è valutato, ad esempio, un tasso di erosione di circa 70 μm / 5 anni nel caso di CFRP (Carbon- fiber-reinforced polymer). Il processo di ablazione comporta diversi fenomeni: - Rapido aumento di temperatura superficiale; - Trasformazione di fase dell’ablativo per effetto di fusione, evaporazione, sublimazione e/o degradazione; - Conduzione e accumulo di calore nel materiale sotto la superficie; - Emissione di sostanze volatili (gas di decomposizione e/o evaporazione) con eventuali reazioni; - Assorbimento di calore da parte dei gas mentre permeano verso la superficie; - Convezione in uno strato di materiale liquido; - Traspirazione di gas e liquido e conseguente trasmissione di calore dalla superficie allo strato limite; - Reazioni chimiche endo/esotermiche; - Irraggiamento verso l’esterno (e verso l’interno). La depolimerizzazione comporta la rottura delle molecole con generazione di frazioni a basso punto di fusione/evaporazione. La decomposizione termica può poi procedere con le reazioni di reticolazione. All’aumentare della temperatura, la pirolisi e l’ossidazione generano gas volatili e, contemporaneamente, residui carboniosi (char) che formano uno strato poroso
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Modellizzazione dei fenomeni di ablazione superficiale di scudi termici per veicoli di rientro

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Informazioni tesi

  Autore: Edoardo Pizzorno
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2011-12
  Università: Politecnico di Torino
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria aerospaziale e astronautica
  Relatore: Giuseppe Ruscica
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 127

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Parole chiave

ablazione
scudi termici
heat shield
rientro atmosferico
termochimica
multicomponent

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