Essais de cuisson lente à l’échelle du laboratoire des propergols de fusée : analyse du taux de combustion d’un essai de propergol chauffé lentement (CRASH-P)

L’essai CRASH-P peut être utilisé pour évaluer quantitativement la violence de réaction à cuisson lente des propergols de fusée à une échelle beaucoup plus petite que les méthodes d’essai actuelles. Il s’agit d’une méthode moins coûteuse et plus rapide pour filtrer les propergols des fusées pour leur violence à cuisson lente que les essais à grande échelle actuels. Il est difficile d’effectuer des essais de cuisson lente à grande échelle dans les premiers stades du développement du propergol de fusée.

Le test CRASH-P peut fournir une grande partie de ces informations critiques au début du processus de formulation. L’essai est suffisamment rapide et peu coûteux pour que bon nombre des questions sous-jacentes concernant la cinétique chimique des ingrédients du propergol de fusée pendant la cuisson lente puissent être explorées plus en détail que jamais. Le test CRASH-P nécessite une expérience dans l’instrumentation des fluides thermiques, ainsi que dans la mise en place d’une acquisition de données à grande vitesse pour les mesures de température et de pression.

Une démonstration visuelle de cette méthode peut être utile, car la configuration de l’équipement de diagnostic et le positionnement de l’échantillon peuvent être difficiles avec des instructions écrites seules. Scott Sumner, un ingénieur de recherche de notre laboratoire, démontre la procédure avec Christopher Gray. Pour l’installation dans l’échantillon de propergol, boulonnez le couvercle du porte-échantillon sur le porte-échantillon CRASH-P pour sceller l’échantillon, puis boulonnez l’échantillon scellé sur la planche d’acier fixée au capuchon de la chambre de l’essai CRASH-P pour maintenir l’échantillon au milieu de la chambre.

Placez l’un des couples thermiques des passages d’alimentation électrique à l’intérieur du porte-échantillon de propergol pour capturer toute réaction exothermique. Placez un autre couple Thermo sur la planche d’acier pointée vers le haut pour enregistrer la température de l’air à l’intérieur de la chambre CRASH-P. Placez une petite quantité de RTV à l’endroit où le couple thermique pénètre dans le porte-échantillon de propergol pour sceller l’orifice.

Une fois l’échantillon fixé, faites glisser le capuchon de la chambre dans le corps de la chambre. Utilisez une tige cylindrique pour filer complètement et serrer la tête de retenue sur la chambre et utilisez un pas de neuf filetages par pouce de boulon hexagonal de vis de réglage pour installer les vis de 7/8 de pouce de diamètre dans la tête de la chambre. Serrez les boulons pour vous assurer que la chambre est uniformément fixée et utilisez une clé dynamométrique pour assurer une étanchéité uniforme.

Installez les pinces de retenue de la chambre, en maintenant les pinces en place avec des goupilles. Pour installer la plaque d’extrémité de la chambre, boulonner la plaque à la table d’essai afin d’empêcher le mouvement axial de l’essai CRASH-P pendant un événement d’allumage. Branchez ensuite les câbles coaxiaux du capteur de pression dynamique dans les capteurs de pression dynamiques avant de brancher les radiateurs électriques dans les prises de courant qui se connectent aux contrôleurs de température.

Allumez le panneau de contrôle de la température et le régulateur de température. Parcourez les menus pour vous assurer que tout est dans son paramètre par défaut. Assurez-vous que les fils d’entrée et de sortie sont branchés sur le conditionneur de signal de pression dynamique et allumez le conditionneur.

Définissez les valeurs de température sur le régulateur de température selon les besoins pour les 16 intervalles de temps à l’aide des trois premiers intervalles pour configurer une rampe et une période de trempage à 50 degrés Celsius pendant deux heures. Entrez les intervalles restants pour fournir les points de données pour le test afin d’obtenir un profil de chauffage linéaire qui ne change pas de pente pendant le test et de régler la température finale à 350 degrés Celsius. Mettez l’alimentation électrique des radiateurs sur la console de commande et allumez le régulateur de température pour exécuter le test à distance.

À partir de la page de contrôle du régulateur de température, activez le RSEN. Appuyez ensuite sur le bouton auxiliaire pour changer l’état d’essai de veille à courir pour commencer à chauffer la chambre. Pour l’acquisition de données, dans le logiciel du système d’acquisition de données, définissez une région de collecte de données de test pour permettre la mesure de la pression par la carte principale qui mesure la pression dynamique et une autre pour permettre la mesure des températures par l’amplificateur à couple thermique.

Réglez le système pour qu’il fonctionne sur un mécanisme de suite déclenchée de sorte qu’une fois qu’une tension de seuil est atteinte, le taux d’échantillonnage de pression passe d’un échantillon par seconde à 50 000 échantillons par seconde. Comme l’acquisition de données ne s’arrête pas d’elle-même, vérifiez périodiquement le test d’exothermie de température ou de réponses de pression déclenchées. Si l’une ou l’autre réponse est observée, arrêtez manuellement l’enregistrement et éteignez les pouvoirs du chauffage, de la vidéo et du régulateur de température.

À la fin de l’expérience, exportez manuellement les données de température et de pression dans des fichiers texte délimités par des tabulations individuelles vers un ordinateur approprié pour leur analyse en aval. Laisser refroidir la chambre d’essai pendant au moins 12 heures avant la mise à l’air libre. La chambre est soigneusement démontée pour libérer tout gaz de produit de la réaction exothermique.

Capturez tous les fragments de récipient d’échantillon du porte-échantillon avant de nettoyer la chambre Ici, des traces de température pour l’air de la chambre intérieure et la température interne du propergol acquises par le système d’acquisition de données peuvent être observées. Des réactions exothermiques mineures avant l’allumage ont été mesurées, ainsi que la réaction exothermique principale. Les lectures de pression dynamiques pour la réaction sont généralement enregistrées pour les manomètres dynamiques avant, arrière et arrière.

Comme la plupart des événements de cuisson en laboratoire, l’état du contenant de l’échantillon peut être évalué pour les dommages après la réaction. On observe couramment un degré assez élevé de variation mesurée de la violence de réaction de différents échantillons de propergol, ce qui permet de quantifier et de comparer la violence pour les différentes réactions. En général, les réactions de pressurisation plus rapides présentent plus de dispersion ou de bruit dans les données de pression, ce qui est compatible avec la plus grande oscillation de la chambre en raison d’une réponse plus violente.

Assurez-vous de placer les thermocouples au même endroit à chaque fois pour un profil chauffant lisse et cohérent. Assurez-vous également de nettoyer les surfaces du capteur de pression pour réduire le bruit dans les mesures de violence de réaction. Après l’analyse, inspectez le résidu de propergol et le contenant d’échantillon pour le produit chimique final, et vérifiez le degré de dommage au contenant de l’échantillon par la réaction de cuisson lente.

Sur une note finale, rappelez-vous que certains ingrédients de propergol de fusée peuvent réagir très différemment que prévu tout en étant chauffés dans des conditions confinées. Merci d’avoir regardé.