Publicação
High-temperature strength multi-functional multi-material structures for aerospace applications
| Resumo: | O funcionamento de um rocket engine consiste em expelir gás a alta temperatura para produzir impulso e levantá-lo do solo. As temperaturas de combustão são extremamente elevadas, pelo que o arrefecimento destes componentes é crítico para evitar a sua destruição. No entanto, alguns engines são mais difíceis de arrefecer devido à sua grande área superficial, o que leva a uma diminuição da temperatura de funcionamento e, portanto, diminuição da eficiência energética. Um arrefecimento ineficiente e um baixo fluxo de calor não garantem a resistência necessária dos materiais para suportar as tensões impostas (pressão do fluido, gradientes térmicos e outras cargas). Em condições ideais, um motor de foguete deve ter alta resistência em condições extremas de temperatura, alta resistência à corrosão e fluência para suportar condições operacionais severas de temperatura e pressão; alta capacidade de extração de calor para reduzir os gradientes térmicos e, portanto, as tensões térmicas; baixo peso para aumentar a eficiência energética e reduzir o consumo de combustível. Assim, esta tese de doutoramento consiste na conceptualização e desenvolvimento de soluções multi-materiais multi-funcionais para superar todas as preocupações acima mencionadas e aumentar a eficiência e a vida útil do motor de foguete. Técnicas de Metalurgia dos Pós e Manufatura Aditiva , especificamente Prensagem a Quente e Fusão a Laser de camada de pó foram exploradas para fabricar soluções mono-material e multi-materiais multi-funcionais para aplicação em rocket engines. Estas tecnologias permitiram produzir soluções mono-materiais de Inconel 718 e soluções multimateriais constituídas por diferentes pares de materiais como o Inconel 718 - Cobre e o Inconel 718 - Alumínio. Estas abordagens propõem incluir novas funções a estes rocket engines, envolvendo conceitos como condutividade térmica e baixo peso, garantindo resistência mecânica. Estas soluções foram caracterizadas morfológica, metalúrgica e termicamente revelando uma combinação adequada de propriedades para estabelecer uma solução adequada de acordo com componentes exigentes. |
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| Autores principais: | Marques, Ana Cristina Ribeiro |
| Assunto: | Fusão a Laser de camada de pó Prensagem a Quente Inconel 718 Copper Aluminium Rocket Engine Multi-material Laser Powder Bed Fusion Hot Pressing |
| Ano: | 2024 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | O funcionamento de um rocket engine consiste em expelir gás a alta temperatura para produzir impulso e levantá-lo do solo. As temperaturas de combustão são extremamente elevadas, pelo que o arrefecimento destes componentes é crítico para evitar a sua destruição. No entanto, alguns engines são mais difíceis de arrefecer devido à sua grande área superficial, o que leva a uma diminuição da temperatura de funcionamento e, portanto, diminuição da eficiência energética. Um arrefecimento ineficiente e um baixo fluxo de calor não garantem a resistência necessária dos materiais para suportar as tensões impostas (pressão do fluido, gradientes térmicos e outras cargas). Em condições ideais, um motor de foguete deve ter alta resistência em condições extremas de temperatura, alta resistência à corrosão e fluência para suportar condições operacionais severas de temperatura e pressão; alta capacidade de extração de calor para reduzir os gradientes térmicos e, portanto, as tensões térmicas; baixo peso para aumentar a eficiência energética e reduzir o consumo de combustível. Assim, esta tese de doutoramento consiste na conceptualização e desenvolvimento de soluções multi-materiais multi-funcionais para superar todas as preocupações acima mencionadas e aumentar a eficiência e a vida útil do motor de foguete. Técnicas de Metalurgia dos Pós e Manufatura Aditiva , especificamente Prensagem a Quente e Fusão a Laser de camada de pó foram exploradas para fabricar soluções mono-material e multi-materiais multi-funcionais para aplicação em rocket engines. Estas tecnologias permitiram produzir soluções mono-materiais de Inconel 718 e soluções multimateriais constituídas por diferentes pares de materiais como o Inconel 718 - Cobre e o Inconel 718 - Alumínio. Estas abordagens propõem incluir novas funções a estes rocket engines, envolvendo conceitos como condutividade térmica e baixo peso, garantindo resistência mecânica. Estas soluções foram caracterizadas morfológica, metalúrgica e termicamente revelando uma combinação adequada de propriedades para estabelecer uma solução adequada de acordo com componentes exigentes. |
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