Ин таҳқиқот тавассути як озмоиши воқеии парвоз меомӯзад, ки чӣ гуна метавон қисми пеши мушаки зондиро, ки дар парвози тӯлонии гиперсадоӣ дар атрофи Mach 8 ба сарбориҳои хеле баланди аэротермалӣ дучор мешавад, ҳифз кард. Қисми пеши борбари илмӣ бо дарозии 1,5 метр, ки дар доираи лоиҳаи STORT-и DLR таҳия шудааст, бо қисмҳои композитии матритсаи сафолии карбон/карбон–карбиди кремний (C/C-SiC), ки ба ҳарорати баланд тобоваранд, пӯшонида шудааст. Яке аз ҳадафҳои асосии тарҳ ба даст овардани сатҳи аэродинамикии то ҳадди имкон ҳамвор бе сарҳои болт, пайвастҳои тез ва фосилаҳои зиёди панелӣ мебошад, ки метавонанд гармшавии маҳаллиро дар ҷараёни гиперсадоӣ зиёд кунанд.

Аз ҳамин сабаб қисми пеш танҳо ба панҷ қисми асосии C/C-SiC тақсим шудааст: як блоки сахти бинӣ ва чор пӯсти пӯшидаи меҳварсимметрӣ дар паси он, ки A, B, C ва D ном доранд. Чор пӯст бо усули печонидани тарии филаментӣ истеҳсол шуда, барои ғафсии ҳадди ақали девор 5 mm 12 қабати печондан истифода шудааст. Кунҷи миёнаи печонидани нах тақрибан 45° интихоб шуда, кунҷи маҳаллӣ вобаста ба геометрияи ҳар сегмент тағйир дода шудааст. Барои кам кардани шиддатҳое, ки аз фарқи бузурги ҳарорат байни пӯсти C/C-SiC ва сохтори алюминии такягоҳии дохилӣ ба вуҷуд меоянд, пайвасти махсуси “double-L” таҳия шудааст, ки қисмҳои CMC ва Inconel 600-ро мепайвандад.

Дар таҳлили гармиии унсурҳои ниҳоӣ гармшавии аэродинамикӣ вобаста ба траекторияи парвоз моделсозӣ шудааст. Тибқи ҳисобҳо, тақрибан дар 220–230 сония ҷараёни конвективии гармӣ дар нуқтаи боздории бинӣ ба тақрибан 4 MW/m² мерасад, дар ҳоле ки дар сегментҳои дигар тақрибан дар доираи 0,2–0,5 MW/m² мемонад. Пешбинӣ шудааст, ки ҳарорати нӯги бинӣ тақрибан аз сонияи 180 аз сатҳи 1900 K, ки бо гузариши оксидшавии пассив–фаъол барои C/C-SiC алоқаманд аст, мегузарад, дар ҳоле ки пӯстҳои CMC-и қафотар тақрибан дар доираи 1200–1500 K мемонанд. Бо вуҷуди ин, талафоти ҳадди аксари маводи бинӣ, ки муҳаққиқон тахмин кардаанд, танҳо тақрибан 0,06 g аст.

Дар таҳлили сохтории аз ҳама муҳим майдони ҳарорат дар сонияи 217,9 якҷоя бо сарбории асимметрии фишори аэродинамикӣ, ки барои кунҷи ҳамлаи 10° ҳисоб шудааст, татбиқ гардид. Таносуби баландтарини шиддат дар ҷузъҳои C/C-SiC 0,87 муайян шуд; аз ин рӯ, нисбат ба шиддати иҷозашудаи маводи истифодашуда дар ҳамаи ҷузъҳои муҳими CMC зиёда аз %10 захираи бехатарӣ нигоҳ дошта шуд. Ҳангоми муқоиса бо натиҷаҳои термопараҳои дар парвози воқеии STORT насбшуда дида шуд, ки пешгӯиҳои ададӣ дар минтақаи бинӣ махсусан ба маълумоти парвоз хуб наздик шудаанд, аммо дар сегментҳои пӯст фарқҳо аз сабаби таъсирҳое, аз қабили гузариши қабати сарҳадӣ аз ламинарӣ ба турбулентӣ, ки дар модели соддакардашуда пурра ифода нашудаанд, зиёд шудаанд.

Маънои он барои Туркия: Таҳқиқот тарҳи тайёри C/C-SiC-ро, ки бевосита ба як низоми мушакии мушаххаси Туркия татбиқ шавад, пешниҳод намекунад. Аммо он қавӣ нишон медиҳад, ки ҳангоми таҳияи зинаҳои аз нав истифодашавандаи мушакӣ, дастгоҳҳои таҷрибавии гиперсадоӣ ва системаҳои бозгашт ба атмосфера танҳо интихоби маводи ба ҳарорати баланд тобовар кофӣ нест; геометрияи сатҳи аэродинамикӣ, усули истеҳсоли композит, номувофиқии тавсеаи гармӣ, унсурҳои пайвасткунанда, изолятсия, сарбориҳои CFD/FEM ва ченкуниҳои воқеии парвоз бояд якҷоя баррасӣ шаванд. Агар дар Туркия низоми монанд таҳия шавад, барои геометрияи дастгоҳ, траекторияи воқеӣ, усули истеҳсоли мавод, тарҳи пайваст ва шартҳои сарҳадии гармӣ ҳисобҳои мустақил ва тасдиқи таҷрибавӣ/парвозӣ лозим аст.

Чаро барои мушаки гиперсадоӣ муҳофизати махсуси гармӣ лозим аст?

Дар парвози гиперсадоӣ дар атрофи дастгоҳ мавҷҳои пурқуввати зарбавӣ ба вуҷуд меоянд. Табдили энергияи кинетикии ҷараён ба энергияи дохилӣ дар масофаҳои хеле кӯтоҳ метавонад дар минтақаҳое чун қисми пеш ва канорҳои пеши стабилизаторҳо ҷараёнҳои ниҳоят баланди гармиро ба вуҷуд оварад. Ҳамзамон сарбориҳои фишори аэродинамикӣ ва химияи ҳарорати баланд низ ба сохтор таъсир мекунанд.

Дар системаҳои классикии аблятсионии муҳофизати гармӣ маводи рӯйпӯш ба таври идорашаванда сарф мешавад ва энергия хориҷ мегардад. Аммо вақте нигоҳ доштани шакли аэродинамикӣ ё истифодаи такрорӣ лозим аст, равиши бар талафоти мавод асосёфта ҳамеша мувофиқ нест. Аз ҳамин сабаб таҳқиқоти STORT ба композитҳои матритсаи сафолии C/C-SiC тамаркуз мекунад, ки метавонанд дар ҳароратҳои хеле баланд якпорчагии сохтории худро нигоҳ доранд.

Дар кори манбаъ барои C/C-SiC зичии паст дар ҳудуди тақрибан 2 g/cm³, тобоварии ҳароратии баланд ва имкони гузариш аз оксидшавии пассив ба оксидшавии фаъол дар болотар аз тақрибан 1900 K таъкид мешавад.

STORT чӣ гуна дастгоҳи парвозӣ аст?

Дастгоҳи таҷрибавии STORT як мушаки зондии се-зинагӣ аст. Зинаи якум аз S31, зинаи дуюм аз S30 ва зинаи сеюм аз муҳаррики Improved Orion иборат аст. Бори илмӣ дар пеши зинаи сеюм ҷойгир аст ва қисми пеши C/C-SiC, ки дар ин таҳқиқот баррасӣ мешавад, сохтори аз ҳама пеши муҳофизати гармии ҳамин бори илмӣ мебошад.

Дар миссияи банақшагирифташуда марҳилаҳои тӯлонии парвози озод байни сӯхтани зинаҳо барои иҷрои гардишҳои гравитатсионӣ, ки кунҷи роҳи парвозро кам мекунанд, ва барои муддати бештар дар режими гиперсадоӣ мондани дастгоҳ истифода шудаанд. Дар бахши траекторияи банақшагирифташуда барои дастгоҳ дар шароити Mach тақрибан 8 давомнокии тақрибан 110 s нишон дода мешавад. Дар муқаддимаи таҳқиқот бошад гуфта мешавад, ки лоиҳа ҳадаф дошт зиёда аз ду дақиқа дар болотар аз Mach 8 бимонад; ин ду ифодаи вақти дохили манбаъ бояд бе табдил додан ба ҳамдигар нигоҳ дошта шаванд.

Чаро парвози воқеӣ аз нақша фарқ кард?

Ҳангоми муқоисаи маълумоти парвоз бо траекторияи банақшагирифташуда маълум шуд, ки давомнокии воқеии гиперсадоӣ кӯтоҳтар буд. Муҳаққиқон сабабро дар оташгирии тасодуфан дермондаи зинаи сеюм шарҳ медиҳанд. Ин таъхир боис шуд, ки дастгоҳ дар баландии пасттар парвоз кунад, муқовимати аэродинамикии бештар бинад ва сахттар суст шавад.

Ин ҳодиса барои таҳқиқот махсусан арзишманд аст, зеро модели ададии гармӣ на танҳо бо траекторияи идеалии банақшагирифташуда, балки баъдан бо траекторияи воқеии парвоз низ иҷро шуда, бо ҳароратҳои ченшуда муқоиса гардид.

Чаро қисми пеш танҳо ба панҷ қисми CMC тақсим шуд?

Қисми пеши STORT тақрибан 1,5 m дарозӣ дорад. Дар таҷрибаи қаблии SHEFEX II мушоҳида шудани афзоиши маҳаллии ҳарорат дар минтақаҳои канории сохтори бисёрсатҳии TPS сабаб шуд, ки дар тарҳи STORT ба геометрияи берунии ҳамвортар гузаранд.

Аз ҳамин сабаб сохтори муҳофизатии C/C-SiC аз инҳо иборат аст:

• як блоки сахти якпорчаи бинӣ,
• Segment A,
• Segment B,
• Segment C,
• Segment D

ва ҳамагӣ ба панҷ қисм ҷудо шудааст.

Дар нӯги бинӣ радиуси геометрияи курашакл танҳо 2,5 mmаст. Массаи назарраси блоки сахти бинӣ ҳамзамон дар минтақаи боздорӣ ҳамчун гармогир хизмат мекунад.

Барои ҷуброн кардани тавсеаи гармӣ байни пӯстҳо тақрибан 1–1,5 mm фосила гузошта шудааст, аммо барои ҳамвор нигоҳ доштани сатҳи берунӣ ин фосилаҳо бо хамираи мулоими графитӣ, ки ба ҳарорати баланд тобовар аст, пӯшида шудаанд.

Пӯстҳои C/C-SiC чӣ гуна истеҳсол мешаванд?

Муҳаққиқон барои истеҳсоли пӯстҳои даврзананда-симметрӣ печонидани тарии филаментиро бо раванди истеҳсоли C/C-SiC дар асоси инфилтратсияи кремнийи моеъ (LSI) якҷоя кардаанд.

Verianla Live: Ин намоиш танҳо аз ҷадвали намоёни маълумоти боло сохта мешавад; ҷадвал ҳамчун scientific source-of-truth нигоҳ дошта мешавад.

Чаро кунҷҳои печонидани нах доимӣ нестанд?

Дар пӯсти композитӣ самти нахҳо ба рафтори механикӣ бевосита таъсир мекунад. Дар таҳқиқот барои ба даст овардани тавозун байни сарбориҳои радиалӣ ва меҳварӣ кунҷи миёнаи тақрибан 45° печондан интихоб шудааст. Аммо аз сабаби геометрия кунҷи воқеии печондан дар ҳар сегмент тағйир меёбад.

Барномаҳои печондан бо CADWIND таҳия шудаанд. Нахи карбонии T800 ва қатрони фенолии DLR бо номи JK60 истифода шудааст. Барои ба даст овардани ҳадди ақали 5 mm ғафсии девор дар ҳамаи пӯстҳо 12 қабати печондан татбиқ шудааст.

Чаро пайвасти “double-L” таҳия шуд?

Яке аз мушкилоти асосии тарҳ пайваст кардани пӯсти хеле гарми C/C-SiC дар берун бо сохтори металлии такягоҳиест, ки бояд дар ҳарорати хеле пасттар бимонад. Агар пайвасти мустақими хеле сахт истифода шавад, тавсеаи гармии гуногуни ду мавод метавонад дар ҷузъи сафолӣ шиддатҳои баланд ба вуҷуд орад.

Аз тарафи дигар, мавҷудияти сарҳои болт ё парчин дар сатҳи берунӣ метавонад ҷараёни гиперсадоиро халалдор карда, ҷараёни маҳаллии гармиро зиёд кунад. Аз ҳамин сабаб пайваст пурра дар пушти сатҳи берунӣ ҷойгир шудааст.

Ҳал аз ду қисми L-шакл иборат аст:

• кронштейни CMC, ки ҳангоми истеҳсол ба сатҳи дохилии пӯсти C/C-SiC ҳамгиро мешавад,
• кронштейни бориктар ва чандиртари Inconel 600, ки кронштейни CMC-ро ба сохтори алюминии дохилӣ мепайвандад.

Чандирии қисми металлии L қисми назарраси тавсеаи гармиро тавассути деформатсия қабул карда, шиддатро дар кронштейни нисбатан шиканандаи CMC кам мекунад. Пайваст ҳамчунин барои танзими таҳаммулҳои истеҳсол ва васлкунӣ кӯмак мекунад.

Дар Segment B, C ва D шумораи зиёди пайвастҳои double-L дар атрофи пеш ва қафои пӯст тақсим шудаанд. Дар пайвасти Segment A бо бинӣ бошад ҳалли дигар истифода шудааст; диски CMC бо чор винти сафолии M10 ва пинҳо ба блоки бинӣ пайваст шудааст.

Сохтори алюминии дохилӣ аз гармӣ чӣ гуна ҳифз мешавад?

Байни пӯсти C/C-SiC ва сохтори алюминии дохилӣ изолятсияи гармии пашми поликристаллӣ ҷойгир шудааст. Дар модели гармӣ барои изолятсияи фишурдашуда зичии 120 kg/m³ истифода шудааст.

Тибқи ҳисобҳо, сатҳи дохилии изолятсия, ки ба сохтори алюминӣ рӯ меорад, дар қисми зиёди парвоз дар ҳарорати паст мемонад. Аммо дар минтақаи пештарини Segment A тақрибан дар сонияи 240 ҳарорат метавонад аз 450 K боло равад. Манбаъ ин ҳароратро бо сатҳи истинодӣ алоқаманд мекунад, ки дар он мустаҳкамии механикии хӯлаи алюминии истифодашуда тақрибан %25 коҳиш ёфтанро оғоз мекунад.

Сарбории гармӣ чӣ гуна ҳисоб карда шуд?

Таҳлили гармӣ дар муҳити ANSYS Mechanical бо усули гузарои унсурҳои ниҳоӣ анҷом дода шуд. Ҷараёни конвективии гармӣ дар сатҳи берунӣ:

\[ \dot q_c=h(T_r-T_w) \]

бо ин ифода муайян шудааст. Дар ин ҷо \(h\) коэффициенти интиқоли гармӣ, \(T_r\) ҳарорати барқароршавии қабати сарҳадӣ ва \(T_w\) ҳарорати деворро ифода мекунад.

Радиатсия аз сатҳи берунӣ ба муҳит низ ба ҳисоб гирифта шуда, барои CMC эмиссивияти миёна 0,85 қабул шудааст.

Барои зуд ҳисобшаванда нигоҳ доштани майдони ҷараён қисми пеш ба минтақаҳои гуногун ҷудо шуда, барои ҳар минтақа равиши таҳлилии якандозаи ҷараён истифода шудааст. Шароити атмосфера бо атмосфераи стандартии COESA76 ҳисоб карда шуда, дар минтақаҳои мавҷи зарба ва васеъшавӣ аз равишҳои классикии динамикаи газ истифода шудааст.

Дар сатҳҳои пӯст қабати сарҳадии ламинарӣ фарз карда шудааст. Муҳаққиқон ошкоро мегӯянд, ки ин соддасозии ҷиддӣ аст, аммо бинобар ададҳои Reynolds дар қисми зиёди парвози гиперсадоии банақшагирифташуда онро барои марҳилаи тарҳ қобили қабул мешуморанд.

Ҷараёни гармӣ чӣ қадар баланд аст?

Ҷараёнҳои гармии ҳисобшуда дар тӯли парвоз доимӣ нестанд. Ҳангоми сӯхтани зинаҳои якум ва дуюм зиёдшавӣ, дар марҳилаҳои парвози озод коҳиш дида мешавад. Дар қисми фуруд бо суръати баланд коэффициенти интиқоли гармӣ боз босуръат меафзояд.

Сарбории гармии ҳадди аксар тақрибан 220–230 s рух медиҳад:

Гармшавии нуқтаи боздорӣ бешубҳа минтақаи аз ҳама муҳим аст. Бо вуҷуди ин, ба шарофати қобилияти C/C-SiC дар ҳарорати баланд, пӯст тавре тарҳрезӣ шудааст, ки қисми зиёди гармиро дар ҳарорати баланд тавассути радиатсия ба муҳит баргардонад.

Оё дар нӯги бинӣ хатари оксидшавӣ ба вуҷуд меояд?

Модел пешбинӣ мекунад, ки ҳарорати бинӣ тақрибан дар сонияи 180 аз 1900 K мегузарад. Дар манбаъ ин ҳарорат ҳамчун минтақае баррасӣ мешавад, ки вобаста ба фишор дар маводи C/C-SiC гузариш аз оксидшавии пассив ба фаъол имконпазир аст.

Азбаски дар оксидшавии фаъол талафоти мавод метавонад афзоиш ёбад, геометрияи бинӣ эҳтимолан тағйир меёбад. Бо вуҷуди ин, муҳаққиқон бо истифода аз суръати эрозияи тақрибан \(10^{-2}\) kg/(m²·s), ки аз озмоишҳои қаблии ҳамин мавод гирифта шудааст, барои майдони тақрибан 1 cm² ва давомнокии ҳадди аксар 60 s ҳисоб кардаанд:

талафоти ҳадди аксари мавод тақрибан 0,06 g

ва онро барои парвози STORT ночиз арзёбӣ кардаанд.

Ҳарорати пӯстҳои CMC дар қафои бинӣ бошад тақрибан дар 1200–1500 K мемонад.

Ҳолати аз ҳама критикии сарбории механикӣ кадом буд?

Тавсеаи гармӣ ва фишори аэродинамикӣ ҳамзамон ба сохтор таъсир мекунанд. Муҳаққиқон барои вақтҳои гуногуни парвоз ва кунҷҳои ҳамла ҳолатҳои сарбориро ҳисоб карда, ҳамчун мисоли аз ҳама критикӣ:

t = 217,9 s ва кунҷи ҳамла = 10°

-ро интихоб кардаанд.

Дар ин нуқта фишори асимметрии сатҳӣ, ки аз CFD гирифта шудааст, якҷоя бо тақсимоти ҳарорат аз таҳлили гармии ҳамон лаҳзаи парвоз ба модели механикии унсурҳои ниҳоӣ интиқол дода шудааст.

Пӯстҳои CMC ҳамчун маводи ортотропӣ моделсозӣ шудаанд; дар пайвастҳои болтдор коэффициенти соиш 0,2 ва пешбори винт 4500 N гирифта шудааст.

Оё сохтор сарбориҳои ҳисобшударо бардошт?

Дар пайвасти махсуси бинии Segment A қисмҳои гуногуни CMC алоҳида арзёбӣ шудаанд. Шиддатҳои максималии ҳисобшуда барои кронштейни CMC 110,1 MPa, барои диски CMC 137,0 MPa ва барои винти сафолӣ 156,7 MPa буданд. Баландтарин таносуби шиддат дар винти сафолӣ 0,87 буд.

Дар кронштейнҳои CMC-и Segment B, C ва D шиддатҳои максималии ҳисобшуда мутаносибан 127,9 MPa, 147,5 MPa ва 121,4 MPa буданд.

Бо назардошти қувваи хамшавии тахминии 180 MPa барои C/C-SiC, ки таҳқиқот истифода мекунад, ҳатто дар ҷузъи аз ҳама критикии CMC шиддат аз ҳадди иҷозашуда поён монд. Муҳаққиқон мегӯянд, ки дар ҳамаи унсурҳои CMC захираи бехатарӣ зиёда аз %10 аст.

Оё ҳарорат воқеан ҳангоми парвоз чен карда шуд?

Бале. Яке аз ҷиҳатҳои қавии таҳқиқот ин аст, ки ҳароратҳои воқеии парвоз аз термопараҳои дар қисми пеш насбшуда гирифта шудаанд. Дар блоки бинӣ ду термопараи Type S ва ду Type K ҷойгир карда шуданд. Сенсори TS001 эҳтимол ҳангоми интегратсия осеб дидааст ва бинобар ин маълумоти парвоз надодааст.

Дар сегментҳои пӯст бошад дар ҷойҳои гуногуни меҳварӣ ва бо фосилаи 90° дар гирд термопараҳои Type K истифода шуда, масофаи номиналии сенсорҳо то сатҳи берунӣ 2 mm муайян шудааст. Пас аз васлкунӣ барои муайян кардани ҷойгиршавии воқеии сенсорҳо сканкунии томографияи компютерӣ низ анҷом дода шудааст.

Модели ададӣ парвози воқеиро то чӣ андоза хуб пешгӯӣ кард?

Фарқи байни маълумоти парвоз ва модел бо истифода аз инҳирофи нормализатсияшудаи решаи миёнаи квадратӣ, NRMS, арзёбӣ шуд:

\[ NRMS= \frac{ \sqrt{ \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} (T_{num,i}-T_{exp,i})^2 } }{ T_{exp,max}-T_{exp,min} } \]

Verianla Live: Муқоиса танҳо қиматҳои NRMS-и ченкунӣ–моделро аз Ҷадвал 3-и кори манбаъ истифода мебарад.

Беҳтарин мутобиқат дар сенсори TS002-и бинӣ бо NRMS = 0,06 ба даст омад. Дар ҳамаи сенсорҳои бинӣ фарқ нисбатан кам буд. Дар пӯстҳо беҳтарин натиҷа дар Segment C 0,19 ва баландтарин инҳироф дар Segment A 0,28 буд.

Муҳаққиқон яке аз сабабҳои асосии фарқҳои бештар дар пӯстҳоро гузариши қабати сарҳадӣ аз ламинарӣ ба турбулентӣ мешуморанд. Маълумоти парвоз нишон дод, ки ҳангоми аз тақрибан \(5\times10^6\ 1/m\) гузаштани адади Reynolds ба воҳиди дарозӣ таъсири турбулентӣ равшантар мешавад.

Таъсирҳое чун номувозинии гармӣ, тағйирёбии эмиссивияти сатҳ дар натиҷаи оксидшавии пассив ва тағйири рафтори тамоси термопара, ки дар модел нестанд, низ метавонанд ба фарқи ченкунӣ–модел саҳм гузоранд.

Бо вуҷуди ин, муҳаққиқон пешгӯиҳои ададии ҳароратро умуман муҳофизакорона арзёбӣ мекунанд ва моделро барои ҳисобҳои зудтари тарҳӣ қобили истифода медонанд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад ва дастгирӣ намекунад

Натиҷае, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад: Комбинатсияи пӯсти C/C-SiC, изолятсияи ҳарорати баланд ва пайвасти CMC–Inconel double-L барои шароити баррасишудаи парвози гиперсадоии STORT меъмории TPS-и қисми пешро ҳам аз ҷиҳати гармӣ ва ҳам механикӣ қобили татбиқ гардонд. Муқоисаи ҳароратҳои воқеии парвоз бо пешгӯиҳои ададӣ, махсусан дар бинӣ, қобили истифода будани модели гармиро дастгирӣ мекунад.

Натиҷае, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад: Нишон дода нашудааст, ки тарҳро метавон бевосита дар ҳамаи мушакҳои гиперсадоӣ ё аз нав истифодашаванда истифода бурд. Таҳқиқот умри беохири истифодаи такрории сохтори C/C-SiC-ро исбот намекунад; ҳамаи режимҳои қабати сарҳадиро бо дақиқии баланд ҳал намекунад; ҳамаи ҳолатҳои сарбории механикиро бо озмоишҳои физикии шикаст тасдиқ намекунад; рафтори дарозмуддати оксидшавӣ дар болотар аз 1900 K-ро дар ҳамин парвоз ҳамаҷониба тавсиф намекунад. Натиҷаҳо бояд дар доираи геометрия, мавод, тарҳи пайваст ва шароити парвози STORT арзёбӣ шаванд.

Усул ва натиҷаҳо

Мавод ва сохтор

Модели гармӣ

Дар муҳити ANSYS Mechanical таҳлили гузарои гармии FEM анҷом дода шудааст. Барои C/C-SiC хосиятҳои термофизикии ортотропӣ ва вобаста ба ҳарорат истифода шуданд. Дар модел зичии C/C-SiC 1900 kg/m³ ва зичии изолятсия 120 kg/m³ гирифта шудааст.

Дар шартҳои сарҳадии сатҳи берунӣ:

• ҷараёни конвективии гармӣ,
• талафоти радиатсионии гармӣ бо эмиссивияти 0,85,
• тамоси гармии CMC–изолятсия

ба ҳисоб гирифта шуданд. Дар сатҳҳои дохилӣ ва паҳлуии изолятсия шартҳои сарҳадии адиабатӣ татбиқ шуданд.

Соддасозиҳои модели аэротермалӣ

Майдони ҷараён ба ҷойи CFD-и баланддақиқи вақтӣ бо модели таҳлилии якандоза ҳисоб карда шуд, ки геометрияи қисми пеш ба қисмҳо ҷудо шудааст. Дар режими супersonic ҳалли зарбаи конусӣ ва васеъшавии Prandtl–Meyer, дар минтақаи боздорӣ модели зарбаи нормалӣ истифода шуд.

Коэффициенти интиқоли гармӣ дар пӯстҳо бо мутобиқ кардани коррелятсияи пластинаи ҳамвори ламинарӣ ба ҷисми меҳварсимметрӣ тавассути табдили Mangler ҳисоб шуд. Ин равиш барои марҳилаи тарҳ зуд аст, аммо азбаски гузариши турбулентиро мустақим ҳал намекунад, метавонад бо маълумоти парвоз фарқ ба вуҷуд орад.

Натиҷаҳои асосии гармӣ

Модели механикӣ

Таҳлили статикӣ-механикии FEM бо ANSYS Mechanical 2020 R2 анҷом дода шудааст. Сегментҳо бо фарзияи маҳдуд будани таъсири механикии байниҳамдигарӣ алоҳида моделсозӣ шудаанд. Дар пайвастҳои CMC–металл тамоси муфассали соишдор муайян шуда, коэффициенти соиш 0,2 ва пешбори винт 4500 N истифода шудааст.

Ҳолати аз ҳама критикии сарборӣ омезиши фишори аэродинамикӣ + сарбории ҳарорат дар 217,9 s ва кунҷи ҳамлаи 10° муайян шудааст.

Натиҷаҳои асосии механикӣ

Баландтарин таносуби ҳисобшуда 0,87 аст; аз ин рӯ таҳқиқот хабар медиҳад, ки дар ҳамаи ҷузъҳои пайвасти CMC зиёда аз %10 захираи бехатарӣ мавҷуд аст.

Тасдиқи парвозӣ

Траекторияи воқеии парвоз боз ба модели гармӣ татбиқ шуда, натиҷаҳо бо термопараҳои дар сохтори CMC ҷойгиршуда муқоиса шуданд. Пасттарин NRMS барои TS002 дар бинӣ 0,06 ва баландтарин NRMS-и арзёбишуда барои TK005 дар Segment A 0,28 буд.

Мутобиқати умумии каҷҳои ададӣ ва таҷрибавии ҳарорат дар бинӣ қаноатбахш дониста шуд. Фарқҳои бештар дар сегментҳои пӯст махсусан маҳдудиятҳои модели якандозаи ҷараён ва фарзияи пурраи қабати сарҳадии ламинариро нишон медиҳанд.

Ёддошт оид ба манбаъ ва усул

Номи пурраи кори аслӣ: Thermo-Mechanical Design of the C/C-SiC-Based Thermal Protection Structure for the Forebody of the Hypersonic Sounding Rocket STORT

Муаллифон ва тартиби аслӣ: Giuseppe Daniele Di Martino; Thomas Reimer; Luis Baier; Lucas Dauth; Dorian Hargarten; Ali Gülhan.

Муаллифи масъул: Giuseppe Daniele Di Martino.

Саҳми баробар/муаллифи якуми баробар: Дар манбаъ чунин баёния вуҷуд надорад.

Муассисаҳо: DLR Institute of Structures and Design, Stuttgart, Germany; DLR Space Operations and Astronaut Training, Weßling, Germany; DLR Institute of Aerodynamics and Flow Technology, Cologne, Germany.

Маҷалла: Aerospace.

Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.

Ҷилд / шумора / мақола: 13 / 3 / 278.

DOI: 10.3390/aerospace13030278.

Раванди нашр: 6 Феврал 2026 қабул, 13 Март 2026 бозбинӣ, ҳамон рӯз пазируфта ва 16 Март 2026 нашр шудааст.

Навъи манбаъ ва ҳолати ҳамтоёбӣ: Мақолаи таҳқиқотии ҳамтоёбишуда мебошад. Он тарҳ, истеҳсол, таҳлили унсурҳои ниҳоӣ ва ченкунии ҳарорат дар парвози воқеии STORT-ро бо тасдиқи қисмии модели гармӣ якҷо дар бар мегирад.

Муносибат бо кори қаблӣ: Мақола версияи бозбинӣ ва васеъшудаи кори “Structure Design of a Sounding Rocket Fairing with a Segmented Filament Winding-Ceramic Matrix Composite Thermal Protection System” мебошад, ки 11–15 Сентябр 2022 дар 2nd International Conference on High-Speed Vehicle Science Technology дар Brugge, Белгия пешниҳод шуда буд.

Пайванди расмӣ:https://doi.org/10.3390/aerospace13030278

Литсензия: Литсензияи дастрасии кушодаи Creative Commons Attribution (CC BY).

Маблағгузорӣ: Лоиҳаи таҳқиқотии STORT ва озмоиши парвозӣ аз ҷониби DLR Program Directorate for Space Research and Development маблағгузорӣ шудаанд.

Дастрасии додаҳо: Муҳаққиқон мегӯянд, ки саҳмҳои аслии таҳқиқот дар дохили мақола ҳастанд ва саволҳои иловагӣ метавонанд ба муаллифи масъул ирсол шаванд.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон бархӯрди манфиатҳоро гузориш накардаанд.

Ҳудуди усули илмӣ: Гарчанде таҳқиқот озмоиши воқеии парвози гиперсадоиро дар бар мегирад, ҳамаи натиҷаҳои сохторӣ ҳангоми парвоз мустақим чен карда нашудаанд. Арзёбии бехатарии механикӣ асосан ба натиҷаҳои FEM такя мекунад. Ченкуниҳои воқеии парвоз асосан барои арзёбии рафтори ҳароратии ҷузъҳои C/C-SiC ва тасдиқи қисмии модели гармӣ хизмат мекунанд.

Ҳудуди модели аэротермалӣ: Ҷараёни берунӣ дар тамоми парвоз бо CFD-и баланддақиқи вақтӣ ҳал нашудааст; равиши босуръати таҳлилии 1D истифода шудааст. Фарқҳо, махсусан дар гузариши ламинарӣ–турбулентӣ, ҳангоми муқоиса бо ченкуниҳои парвоз дида мешаванд.

Ҳудуди оксидшавӣ: Талафоти маводи бинӣ болотар аз 1900 K бо ченкунии мустақими масса дар парвоз муайян нашудааст; он бо татбиқи суръатҳои эрозияи озмоишҳои қаблии мавод ба шароити ин миссия тақрибан 0,06 g арзёбӣ шудааст.

Ёддошти вақти дохили манбаъ: Дар муқаддимаи таҳқиқот ҳадафи зиёда аз ду дақиқа дар болотар аз Mach 8 мондани STORT зикр мешавад, дар ҳоле ки дар бахши траекторияи банақшагирифташуда дар шароити Mach тақрибан 8, 110 s нишон дода мешавад. Ин матни Verianla ин ду ифодаро ба як қимати нав муттаҳид накардааст.

Ёддошти парвози воқеӣ: Аз сабаби оташгирии дермондаи зинаи сеюм давомнокии воқеии парвози баланд-Mach аз нақша кӯтоҳтар буд. Ин инҳироф имкон дод, ки модели гармӣ бо траекторияи воқеии парвоз алоҳида иҷро карда шавад.

Ҳудуди сенсор: Термопараи TS001 дар бинӣ осеб дида буд ва маълумоти парвоз надод. Муқоисаи парвоз–модел бо маълумоти сенсорҳои коркунанда анҷом дода шуд.

Натиҷаҳои илмии ин шарҳи Verianla танҳо ба таҳқиқоти баррасишуда асос ёфтаанд. Санҷиши беруна танҳо барои тасдиқи шахсияти библиографӣ, DOI ва мақоми нашри ҳамтоёбишудаи маҷалла истифода шуд; ба таҳқиқот аз манбаъҳои беруна натиҷаи нави иҷроиш ё бозёфти мавод илова нашуд.