O papel dos refrigeradores nos ensaios ambientais aeroespaciais

Qualquer falha de componente na indústria aeroespacial pode ter consequências graves. Para garantir que sistemas como aviões, satélites e foguetões possam continuar a funcionar de forma estável e fiável em ambientes extremos, os investigadores realizam testes ambientais extensos e rigorosos em amostras durante a fase de I&D. Estes testes simulam condições de trabalho complexas, como frio extremo, calor extremo, mudanças drásticas de temperatura, alta pressão e vibração. Durante os testes ambientais, os chillers desempenham um papel fundamental na simulação de condições de temperatura extremas.

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Ensaios ambientais aeroespaciais

Normas

O equipamento aeroespacial deve cumprir as normas de ensaio ambiental, tais como NASA GEVS, MIL-STD-810, ESA ECSS e GJB. Estas normas definem os itens de teste, os processos e as condições de aprovação. Só passando estes testes é que o produto pode obter a aceitação do projeto e entrar na fase de missão de voo.

Consistência do produto

As naves espaciais do mesmo modelo são frequentemente fabricadas em vários lotes e números de peças. Se existirem diferenças no fabrico ou na montagem de produtos no mesmo lote, isso pode fazer com que um produto não seja capaz de suportar as condições de trabalho reais. Os ensaios ambientais podem verificar a consistência dos produtos em termos de lotes, processos, materiais e outros parâmetros, e ajudar a estabelecer um sistema completo de controlo de qualidade.

Eliminar os riscos

Os ensaios ambientais são um meio importante para eliminar potenciais riscos. As peças são propensas a fadiga estrutural potencial, juntas de soldadura frias, interfaces soltas, fugas de vedação e outros problemas em condições de stress como temperaturas altas e baixas, choque térmico, vácuo, interferência electromagnética e vibração mecânica. Impulsionados pelo stress térmico, os pequenos defeitos podem também transformar-se em pontos de falha. A deteção e resolução antecipada de problemas pode melhorar a segurança do equipamento e reduzir a probabilidade de acidentes.

Gestão de fornecedores

As aeronaves são compostas por várias peças e sistemas, que têm de ser fornecidos por vários fornecedores. O OEM exige que os fornecedores de componentes forneçam relatórios de testes e dados que tenham passado nos testes ambientais, caso contrário não serão aceites ou armazenados. Os ensaios ambientais ajudam os fornecedores de componentes a concluir a certificação do produto e também ajudam os OEM a selecionar e gerir fornecedores qualificados para garantir uma cadeia de fornecimento estável e uma qualidade controlável dos produtos acabados.

Otimização do design

Um grande número de testes e análises de dados fornecem orientações de otimização para a conceção de peças. Por exemplo, nos ensaios de ciclo térmico, se se verificar que a concentração de tensões térmicas conduz a microfissuras, os engenheiros podem ajustar o design em conformidade para melhorar a sua resistência ao calor. Os testes e a otimização são passos essenciais para transformar os projectos em produtos de elevado desempenho.

Acesso ao mercado

Muitos países e regiões têm requisitos claros de certificação e teste para a importação de peças aeroespaciais. Por exemplo, tanto a NASA como a ESA exigem que as empresas parceiras apresentem documentos de teste completos como uma das bases de avaliação. Os produtos que não passarem nos testes ambientais não podem qualificar-se para aquisição pelo cliente ou entrar no mercado global.

Itens de teste suportados por refrigeradores

Ensaios a alta e baixa temperatura

A aeronave experimentará temperaturas extremamente altas e baixas durante a operação. Após a ignição do propulsor, a temperatura local atinge centenas ou mesmo milhares de graus Celsius num curto período de tempo, e o lado escuro da nave espacial cai para menos de -150 ℃ depois de entrar em órbita.

As temperaturas elevadas podem provocar o amolecimento do plástico e o desprendimento das juntas de soldadura, ao passo que as temperaturas baixas podem provocar fissuras no material e falhas de lubrificação. Nos ensaios a altas e baixas temperaturas, são utilizados refrigeradores para simular as temperaturas extremamente altas e baixas que as aeronaves podem registar e testar o desempenho das amostras nesses ambientes.

Ensaio de ciclo térmico

A diferença de temperatura causada pela alternância entre o dia e a noite e a mudança de órbitas de alta altitude fará com que a aeronave seja submetida a um processo de expansão e contração térmicas repetidas. As alterações repetidas de temperatura aceleram a fadiga dos materiais, provocando fissuras nas embalagens e a acumulação de tensões internas.

O ensaio de ciclo térmico pode expor antecipadamente perigos estruturais ocultos ou problemas de falha térmica. Este ensaio utiliza geralmente uma câmara de choque térmico ou uma câmara de mudança de temperatura com duas zonas de temperatura. A amostra circula entre zonas de temperatura alta e baixa várias vezes, com um tempo de permanência fixo em cada uma delas.

Ensaio de choque térmico

O lançamento, a descompressão a grande altitude, a injeção de combustível, etc., fazem com que a aeronave aqueça ou arrefeça instantaneamente. O choque térmico pode facilmente causar problemas como a queda de juntas de soldadura e a falha de vedantes. Os ensaios de choque térmico utilizam geralmente uma caixa de três câmara de choque térmico. A amostra é colocada na zona de alta temperatura para aquecimento e, em seguida, é rapidamente deslocada para a zona de baixa temperatura durante vários ciclos. O teste avalia o desempenho da amostra após mudanças rápidas e extremas de temperatura.

Ensaio de aquecimento sob vácuo

A aeronave funciona num ambiente de vácuo ou de baixa pressão. Alguns materiais desgaseificam-se no vácuo, afectando o desempenho ótico ou eletrónico e provocando mesmo descargas de arco. Durante o ensaio de vácuo, a amostra é colocada numa câmara de vácuo, evacuada para um nível de vácuo especificado e mantida durante um longo período de tempo. O objetivo é avaliar o desempenho das peças em condições semelhantes às do espaço.

Ensaio de calor húmido

Quando a aeronave passa por nuvens de chuva ou nuvens de elevada humidade, entra num ambiente de alta temperatura e elevada humidade. A humidade pode causar falhas no isolamento elétrico, corrosão de metais, falhas nos vedantes e outras falhas. O ensaio de calor húmido simula um ambiente de alta humidade e alta temperatura para detetar a fiabilidade de toda a aeronave e dos seus componentes neste ambiente. Este ensaio é geralmente realizado através de uma câmara de calor húmido.

Ensaio de estanquidade ao ar

A altitude de voo do avião situa-se normalmente entre 9.000 e 12.000 metros, com ar rarefeito no exterior e temperaturas extremamente baixas. Para que os passageiros possam respirar normalmente, a cabina do avião é pressurizada para manter a pressão da cabina semelhante à do solo. Se a cabina tiver fugas, a pressão da cabina diminui, o que pode provocar o mal de altitude, hipoxia, coma ou mesmo a morte dos passageiros.

Há um grande número de instrumentos electrónicos, sistemas de navegação, sistemas de combustível e sistemas hidráulicos na aeronave. Uma pressão anormal pode causar curto-circuitos, fugas de combustível, falhas hidráulicas e outras avarias. Os ensaios de estanquidade ao ar podem revelar problemas como uma vedação deficiente, tolerâncias de montagem excessivas e uma qualidade de vedante inferior. Isto ajuda a melhorar a qualidade e a fiabilidade do produto. Quando a cabina estanque é testada quanto à temperatura e à estanquidade, é utilizado um refrigerador para ajustar a temperatura da cabina.

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