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Actively Cooled Thermal Protections for Future Space Vehicles through Sandwich Structured Ceramic Matrix Composites with Engineered Porous Cores

Ferrari, L. und Barbato, M. und Ortona, A. und Esser, Burkard und Petkov, Ivaylo und Kuhn, Markus und Gianella, S. und Barcena, J. und Jimenez, C. und Francesconi, D. (2016) Actively Cooled Thermal Protections for Future Space Vehicles through Sandwich Structured Ceramic Matrix Composites with Engineered Porous Cores. 8th European Workshop on Thermal Protection Systems and Hot Structures, 2016-04-19 - 2016-04-22, Noordwijk, Niederlande.

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Kurzfassung

Ceramic cellular structures and ceramic matrix composites (CMCs) are promising materials’ configurations for Thermal Protection Systems (TPS) of future space vehicles. This is because of the good thermal and fluid dynamic properties of their cellular cores coupled with a matchless resistance in harsh environments of their CMC skins. Indeed, their high specific surface area, low weight and oxidation resistance makes them ideal materials for gas cooled TPS. In detail, the high temperature active cooling configuration of the TPS investigated in this work consists of a sandwich structure composed of a highly porous Si‐SiC core coupled with SiCf/SiCm or Cf/Si‐SiCm composite skins. These structures, actively cooled exploiting their internal porosity, present several advantages over a similar passively cooled configuration. Compared with their passive Counterparts (previously developed in the FP7 project SMARTEES) they can lower materials’ temperatures on the skin facing the plasma and reduce the thermal shocks aftermaths avoiding the heat flux to go back and forth through them during a typical re‐entry thermal profile. In the frame of the FP7 project THOR, three‐dimensional thermo fluid dynamics analysis was first performed in order to evaluate temperature and pressure drop in the cellular structure and the CMCs during a re‐entry trajectory. The simulations, aiming at optimizing TPS configuration, were performed with the CFD ANSYS‐Fluent software package, analysed several cellular ceramics structures by varying: porosity, the coolant fluid, mass flows, and CMC composition. Sandwich components were separately produced by polymer infiltration and pyrolysis ( for the SiCf/SiCm CMC) and by reactive melt infiltration for both, the Cf/Si‐SiCm composite and the Si‐SiC cellular structures. They were finally joined with preceramic precursors in the case of SiCf/SiCm ‐to‐Si‐SiC lattices, while, due to different CTEs Cf/Si‐SiCm CMC were just held together by fixations Si‐SiC. Plasma wind tunnel tests were performed in a standard re‐entry condition. Cooling was performed with different gases and mass flows. Data are reported and discussed.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/105523/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Actively Cooled Thermal Protections for Future Space Vehicles through Sandwich Structured Ceramic Matrix Composites with Engineered Porous Cores
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ferrari, L.SUPSINICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Barbato, M.SUPSINICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ortona, A.SUPSINICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Esser, BurkardBurkard.Esser (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Petkov, IvayloIvaylo.Petkov (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kuhn, MarkusMarkus.Kuhn (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0633-2327NICHT SPEZIFIZIERT
Gianella, S.ErbicolNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Barcena, J.TecnaliaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jimenez, C.TecnaliaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Francesconi, D.Thales AleniaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Juli 2016
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Ceramic cellular structures, Ceramic Matrix Composite, Thermal protection, Active cooling, Atmospheric entry
Veranstaltungstitel:8th European Workshop on Thermal Protection Systems and Hot Structures
Veranstaltungsort:Noordwijk, Niederlande
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:19 April 2016
Veranstaltungsende:22 April 2016
Veranstalter :ESA/ESTEC
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Raumtransport
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RP - Raumtransport
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Raumfahrzeugsysteme - Rückkehrtechnologie (alt)
Standort: Köln-Porz , Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Über- und Hyperschalltechnologien
Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie > Raumfahrt - System - Integration
Hinterlegt von: Esser, Dr.-Ing. Burkard
Hinterlegt am:31 Aug 2016 07:40
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:10

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