Name: 실험실 스케일 느린 쿡 오프 로켓 추진제 테스트: 천천히 가열된 추진제(CRASH-P) 테스트의 연소 속도 분석 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-02-06T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 52 s
Description: 배우세요 CRASH-P 테스트를 활용한 고체 로켓 추진제의 느린 쿡 오프 반응 폭력성 정량 평가 방법입니다. 이 실험실 규모 기법은 조기 단계에서 추진제 화학 반응 속도학을 효율적으로 분석할 수 있습니다.

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저자는 공동 강화 탄약 기술 프로그램에 감사드립니다. 앤서니 디스타시오와 제프리 브록은 이 작업이 완료되었는지 확인하는 데 중요한 역할을 했습니다.

1. 추진제 샘플 준비
<ol><li>프로펠로제 성분(폴리머 수지, 가소제 및 고체 연료 및 산화제 입자)을 회전하는 행성 믹서에 조심스럽게 혼합하여 정해진 지속 시간을 제공합니다. 참고: 혼합 기간은 특정 제형에 따라 다르지만 대부분의 혼합은 적어도 2h를 취합니다.</li>
	<li>경화되지 않은 로켓 추진제를 특수 제작된 CRASH-P 샘플 홀더로 캐스팅합니다. 시료 홀더의 중앙에 폴리테트라플루오로틸렌 만드렐을 놓아 주조하여 추진제가 치료할 때 중심 천공을 생성합니다. 맨드렐홀더(도 1)를사용하여 추진제의 중심 천포가 직선적이고 일관적일 수 있도록 합니다. 참고: CRASH-P 샘플 홀더는 실제 로켓 모터와 동일한 추진제 부피를 내부 챔버 볼륨으로 조정하여 본격적인 로켓 모터의 추진제 구속을 모방해야 합니다. CRASH-P 샘플 홀더는 폴레터 에테르 케톤(PEEK) 또는 알루미늄으로 만들어집니다. 금속 연료가 없는 로켓 제형은 PEEK를 사용할 수 있지만, 금속 제형은 알루미늄 홀더를 사용하여 자가 화기 중에 조기에 녹지 않도록 해야 합니다.</li>
	<li>CRASH-P 샘플을 오븐에 배치하여 추진제를 치료하는 데 필요한 폴리우레탄 반응 또는 기타 화학작용을 가속화합니다. 우레탄 치료를 위해 오븐 온도를 60°C로 유지하고 로켓 추진제 성분에 따라 온도를 높이거나 줄입니다.</li>
	<li>추진제가 경화된 후, 과잉 추진제가 샘플 홀더 표면에서 튀어나와 O-링 페이스 씰을 방해하지 않도록 다듬습니다. 각 제형에서 만드렐을 부드럽게 잡아당기면 안전하게 제거합니다. 참고: 추진제는 추진제 표면에 대한 마찰 마모를 최소화하기 위해 면도날 이나 기타 날카로운 물체로 트리밍되어야 합니다.</li>
	<li>적절한 압력씰(도 1)을위해 CRASH-P 샘플 홀더 면 내부에 실리콘 O-링을 놓습니다. 참고: O-링 크기는 CRASH-P 샘플 홀더의 크기에 따라 달라집니다. 예를 들어, 025 크기의 O-링은 25g 테스트에 사용되며 50 g 테스트에 128 크기의 O 링이 사용됩니다.</li>
	<li>덮개를 CRASH-P 샘플 홀더에 볼트로 표시하고 알렌 렌치로 조입니다. 별 모양의 볼트를 조여 밀봉 력을 보다 균등하게 분배합니다.</li>
</ol>2. CRASH-P 챔버 준비
<ol><li>CRASH-P 챔버에 부착된 배기 밸브를 열어 CRASH-P 챔버가 가압되지 않도록 하십시오. CRASH-P 본체에서 챔버 커버, 캡 및 추력 와셔를 제거합니다. CRASH-P 샘플을 보관하기 위해 CRASH-P 캡에 판자식을 부착합니다.</li>
	<li>CRASH-P 챔버를 청소하여 마지막 테스트의 흔적을 제거합니다. 와이어 브러시로 모든 연소 잔류물을 스크럽하고 에탄올, 이소프로판올, 아세톤 또는 메틸 에틸 케톤과 같은 유기 용매로 챔버를 청소하십시오. 지역 및 국가 규정에 따라 일회용 청소 재료를 유해 폐기물로 폐기하십시오. 참고: 눈 보호, 적절한 실험실 코트 또는 화학적 장갑과 같은 나열된 용매로 청소할 때 개인 보호 장비를 사용해야 합니다.</li>
	<li>CRASH-P 동적 압력 센서를 검사하여 비정상적인 마모와 마모를 방지합니다. 참고: 센서는 CRASH-P 챔버를 사용하여 오목한 마운팅을 사용했는데, 이는 내부 전자 장치의 손상을 방지하기 위해 204°C의 최대 온도만 처리할 수 있기 때문입니다. 이러한 고온, 충전 증폭 센서는 다운스트림 컨버터(재료 표참조)를 사용하여 신호를 집적 회로 압전(ICP) 신호로 변경합니다.</li>
	<li>CRASH-P 본체에 압력 센서를 부착하는 1/8 인치 미국 국립 파이프 스레드 (NPT) 피팅을 제거합니다. 주걱 또는 유기 용매로 연소 잔류물을 청소하십시오. NPT 커플링에서 압력 센서의 스레드를 해제합니다.</li>
	<li>NPT 커플링을 실온 가전 실리콘 실란트로 채웁니다. 압력 센서를 다시 내부에 스레드하여 일부 실란트가 압출되었는지 확인합니다. 실란트를 닦아 1/8 인치 NPT 피팅으로 플러시되도록합니다.</li>
	<li>실란트를 적어도 12 시간 동안 치료하게하십시오. NPT 결합 압력 센서를 다시 설치하여 동적 압력 판독값에서 폭발로 인한 온도 오류로부터 센서를 보호합니다.</li>
	<li>온도 진단을 위해 전기 공급을 준비합니다. 절연의 열전대 와이어를 제거하고 피드스루 절연 슬리브를 통해 베어 와이어를 실행합니다. 참고: 전기 피드스루의 모델과 유형은 와이어 게이지 및 필요한 피드스루량에 따라 달라집니다. CRASH-P 챔버에 사용되는 전기 공급에 대한 재료 표를 참조하십시오.</li>
	<li>시험의 온도 및 샘플링 속도가 상당히 표준이기 때문에 CRASH-P 테스트에 표준 K형 열전대를 사용합니다. 피드스루의 다른 쪽 끝에 짝짓기 연결을 설치합니다. 참고: 생산성상의 이유로 여러 개의 전기 피드스루를 만드는 것이 좋습니다.</li>
	<li>두 개의 전기 피드스루를 챔버 캡을 통해 스레드합니다. 챔버 내부의 각 피드스루에 대해 최소 0.3m의 열전대를 남겨 둡니다. 열전대의 구슬이 있는 면이 CRASH-P 챔버 내부에 있는지 확인합니다.</li>
</ol>3. 추진제 샘플 설치
<ol><li>밀봉된 CRASH-P 샘플을 챔버 의 중간에 보관하기 위해 CRASH-P 시험의 챔버 캡에 부착된 강철 판자(도2B)에볼트. 참고: 샘플이 혈관 벽을 건드리지 않고 챔버 의 중간에 있는지 확인하면 전도 대신 대류에 의해 시료가 가열되도록 합니다.</li>
	<li>추진제 샘플 홀더 내부에 전기 공급에서 열전대 중 하나를 배치하여 다른 반응을 포착합니다. 또 다른 열전대를 강철 판자 위에 놓고, CRASH-P 챔버 내부의 공기 온도를 샘플링하도록 가리킨다(그림2). 공기 온도를 샘플링하는 열전대가 온도 컨트롤러의 제어 열전대인지 확인합니다.</li>
	<li>크래시-P 챔버에 링과 같은 들여쓰기에 밀봉 링을 놓습니다. 밀봉 링이 이물질 파편이 깨끗한지 확인합니다.</li>
	<li>시료가 판자 위에 제대로 고정되고 열전대를 제대로 배치하면 챔버 캡을 챔버 본체로 밀어 넣습니다. 챔버 캡을 표시하여 챔버 캡을 회전하지 않도록주의하십시오.</li>
	<li>원통형 막대를 사용하여 추력 와셔를 삽입하고 완전히 스레드를 삽입하고 유지 헤드를 챔버에 조입니다.</li>
	<li>챔버 헤드에 7/8"-9 세트 나사 육석 볼트를 설치합니다. 챔버가 균등하게 조여되도록 별 모양으로 조입니다. 균일한 밀봉을 보장하기 위해 최종 챔버 조임에 토크 렌치를 사용합니다. 참고: 일반적으로 169.48 N∙m은 균일한 밀봉에 충분합니다.</li>
	<li>챔버 리테이너 클램프를 설치하고 다웰 핀으로 제자리에 고정합니다. 필요한 경우 고무 망치를 사용하여 조개에 꼭 맞는지 확인하고 챔버에서 수직 이동을 방지하십시오.</li>
	<li>점화 이벤트 중 축 이동에서 CRASH-P 테스트를 방지하기 위해 이를 테스트 테이블에 볼트로 하여 챔버 엔드 플레이트를 설치합니다.</li>
	<li>동적 압력 센서 동시 축 케이블을 신호 컨디셔너에 연결합니다. 전기 밴드히터(도 2D)를온도 컨트롤러에 연결하는 콘센트 소켓에 연결하여 히터에 220VAC 전력을 공급하는 온도 컨트롤러에 의해 밴드 히터를 제어할 수 있도록 합니다.</li>
</ol>4. 테스트 계측 설정 및 확인
<ol><li>온도 제어기(120VAC 전원 필요)를 프로그래밍하여 24V 신호를 고체 릴레이-스위치로 전송하여 가열 전력이 켜지거나 꺼지는 시기를 결정합니다. 참고: 쿡오프 테스트와 마찬가지로 온도 컨트롤러프로그래밍은 신뢰할 수 있는 테스트를 실행하는 데 매우 중요합니다.</li>
	<li>적절한 가열 특성을 얻기 위해 테스트 전에 온도 컨트롤러를 조정합니다. 참고: 비례 이득, 일체형 특성 및 속도는 모두 진동과 오버슈트를 최소화하기 위해 설정되어야 합니다.</li>
	<li>온도 컨트롤러의 16시간 간격에 필요한 온도 값을 설정합니다. 처음 세 간격을 사용하여 경사로를 설정하고 온도가 최소 2 시간 동안 50 °C로 유지되는 기간을 흡수하십시오. 이어서, 시험 시 경사를 변경하지 않는 선형 가열 프로파일을 갖는 테스트에 대한 데이터 포인트를 공급하는 간격을 입력하고(15°C/h가 목표이며), 최종 온도를 300°C로 설정한다.</li>
	<li>입구와 콘센트 와이어가 동적 압력 신호 컨디셔너에 연결되어 있는지 확인합니다. 동적 압력 신호 컨디셔너를 켭니다. 표시된 반바지가 없는 경우 다음 단계로 진행합니다. 참고: 단락된 센서의 경우 빨간색 표시등이 켜집니다.</li>
	<li>열전대 앰프 내부에서 종료되는 K형 열전대 3대를 사용하고 증폭기가 켜져 있는지 확인합니다. 테스트용 모니터링 카메라를 켜서 비디오로 CRASH-P 테스트를 녹화하여 작업자가 원격으로 챔버에 발생하는지 확인할 수 있습니다. 제어콘솔(그림 3)의히터에 전력을 켜고 온도 컨트롤러를 켜서 원격으로 테스트를 실행합니다.</li>
	<li>온도 컨트롤러의 CTRL 페이지에서 RSEN을 켭니다. 온도 컨트롤러의 보조 버튼을 눌러 테스트 상태가 대기에서 실행되도록 변경하여 테스트가 챔버가열을 시작합니다.</li>
</ol>5. 데이터 수집 및 테스트 정리
<ol><li>데이터 수집 시스템 소프트웨어에서 워크벤치를 구성하여 테스트 데이터 수집을 위해 두 개의 서로 다른 영역을 설정합니다: 하나는 메인 보드에서 측정해야 하는 압력과 열전형 증폭기에 대해 취해야 할 온도에 대한 다른영역(그림 3).</li>
	<li>데이터 수집 시스템을 확인하여 샘플이 외설적인 반응을 경험하고 중지할 수 있음을 의미하는 트리거된 이벤트가 있는지 확인합니다. 임계값 전압에 도달한 후 압력 샘플링 속도가 한 샘플에서 50,000 샘플/s로 이동하여 자동 화음 중에 반응하는 샘플에 의해 수행된 작업을 정확하게 해결할 수 있도록 트리거된 스윕 메커니즘에서 실행되는 시스템을 설정합니다. 참고: 불활성 테스트는 가열 속도를 제어하는 방법을 조사하기 위해 사전에 실행되어야 합니다. 전하 증폭 센서는 최대 500,000개의 샘플/s 속도로 샘플링할 수 있지만 이 테스트에는 일반적으로 해당 속도는 필요하지 않습니다.</li>
	<li>외동트리거 반응이 관찰되면 데이터 수집 소프트웨어의 정지 버튼을 누릅니다. 데이터 수집이 자체적으로 끝나지 않으므로 주기적으로 테스트를 확인하여 온도 외열또는 트리거된 압력 응답을 확인합니다. 이들 중 하나가 관찰되면 수동으로 레코딩을 중지하고 히터 전원, 비디오 및 온도 컨트롤러를 끕니다.</li>
	<li>온도 및 압력 데이터를 탭 구분된 텍스트 파일로 수동으로 내보내 다른 샘플링 속도 로 인해 압력 및 온도 데이터가 별도로 내보낼 수 있습니다. 텍스트 파일을 다른 컴퓨터로 전송하여 결과에 대한 데이터 분석을 수행합니다.</li>
	<li>테스트 챔버를 분해하기 전에 테스트가 냉각될 때까지 최소 12시간 이상 기다립니다. 챔버를 환기하여 외동 반응에서 모든 제품 가스를 방출합니다. 조심스럽게 테스트 챔버를 분해합니다. 참고: 개인 보호 장비-화학/방성 실험실 코트, 적절한 장갑 및 호흡보호구를 로켓 추진제로 착용하는 것은 위험할 수 있습니다.</li>
	<li>챔버 및 모든 구성 요소를 청소하고 샘플 홀더의 샘플 컨테이너 조각을 캡처합니다.</li>
</ol>6. CRASH-P 데이터 분석
참고: 데이터 분석은 실제 온도 추적 및 트리거된 동적 압력 데이터로 구성됩니다. 데이터 수집 시스템은 트리거의 위치를 표시하며 사용자는 이 일이 발생한 시간을 확인할 수 있습니다. 트리거는 기준선보다 5% 높은 동적 압력 값에 해당합니다.
<ol><li>소프트웨어에서 레코딩을 중지하고 온도 및 압력 데이터를 내보내 제한되지 텍스트 파일을 탭합니다.</li>
	<li>그래프 소프트웨어로 텍스트 파일을 엽니다. 점화 온도를 결정할 수 있는 온도 외량에 대한 데이터를 확인하고 챔버가 얼마나 빨리 가압되는지 확인합니다.</li>
	<li>CRASH-P 결과를 테스트 중인 제형에 대한 본격적인 SCO 테스트 데이터와 비교합니다. 자동 화온 온도와 반응 폭력을 비교합니다.</li>
</ol>

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CRASH-P 테스트를 수립하는 데 있어 가장 중요한 부분 중 하나는 로켓 추진제 제제의 반응 폭력을 정량화하는 데 가장 적합한 메트릭을 결정하는 것이었습니다. 반응에서 생성된 압력의 속도와 양은 반응시 로켓 추진체에 의해 생성된 전력에 직접적으로 비례한다. 또한 본격적인 SCO 테스트에 사용되는 폭발 과압 게이지와 직접 유사합니다. 처음에는 가압 속도(dP/dt)가 사용되었지만, 이러한 데이터는 다른 제형이 다양한 양의 연료와 산화제를 포함하고 다양한 조성물로 다양한 양의 가스를 생산하기 때문에 오해의 소지가 있었습니다. 제형 성분의 변화 효과로부터 이러한 편견을 최소화하기 위해, 90%의 피크 압력으로의 시간이 대신 사용되었고, 본격적인 SCO 테스트 폭력과 상관관계가 있었다.
중요한 것으로 밝혀진 또 다른 테스트 작업은 감금입니다. 초기 샘플 홀더는 시험의 고온을 처리하도록 설계된 열가소성 재료로 만들어졌습니다. 불행히도, 이러한 샘플은 녹지 않았지만 금속 샘플 홀더와 동일한 감금을 제공하지 않았습니다. 이 견본에 대한 반응 폭력은 금속 견본 홀더를 위한 반응 폭력 보다는 눈에 띄게 적이었습니다. 테스트에 대한 또 다른 주요 발견은 일부 로켓 추진제 제형이 안정적으로 자동 점화하는 데 중요한 크기를 가지고 있다는 것이었습니다. 명루화된 제형은 50g 미만이면 요리하고 자동화하는 데 어려움을 겪었습니다. 이것은 폭력적인 반응에 필요한 암모늄 과염소산염의 임계 값 양의 요구 사항에 기인했다. 또한 열가소성 볼트가 작동하지 않는다는 또 다른 통찰력도 있었습니다. 원래 CRASH-P 샘플 홀더 볼트는 PEEK에서 만들어졌으며 스테인리스 스틸로 변경해야 했습니다. 추진제 자가화가 발생하기 전에 열적으로 팽창하는 PEEK 물질 때문에 감금은 충분히 강하지 않았다.
높은 온도에서 점화하는 일부 제형의 경우 주로 알루미네이트 제형, 알루미늄 추진제 홀더 케이스를 사용하는 것은 더 높은 온도에서 부드러워지지 않기 때문에 바람직하다. 마지막으로 ICP 동적 압력 센서는 원래 사용된 압력 센서였습니다. 그러나 ~ 10 개의 테스트 후, 결과는 아마도 너무 높은 온도에 노출되는 것에서 점점 더 시들해졌습니다. 동적 압력 센서는 ICP 센서에서 앰프 센서를 충전하도록 전환했습니다. 그러나 충전 증폭기 센서는 너무 오래 방치하면 충전을 잃게 됩니다. 이러한 효과를 최소화하기 위해 인라인 충전 앰프-ICP 컨버터가 안전한 온도 영역에서 다운스트림으로 사용되었습니다. 압력 센서의 최대 샘플링 속도는 500,000 개의 샘플 /s이기 때문에 샘플링 속도가 50,000 샘플 / s보다 빠릅니다. 그러나 이벤트가 그렇게 빠르지 않았기 때문에 이에 대한 필요가 없었습니다.

고체 로켓 추진제는 방어, 우주 및 가스 생성 응용 제품에 광범위하게 사용됩니다. 그들은 매우 잘 많은 기능을 수행하는 상대적으로 신뢰할 수있는 연료입니다. 그러나, 많은 로켓 추진제는 암모늄 과염소산염 (AP)와 같은 위험한 성분을 포함합니다. 이러한 산화제를 가진 로켓 추진제는 천천히가열 할때 격렬하게 폭발 할 수 있습니다1,2,3. USS Forrestal4 및 PEPCON 폭발1에탄약의 화재 및 후속 조리 오프와 같은 문제에 관심을 끌고있다 로켓 추진제 또는 로켓 추진제 성분의 느린 가열과 여러 가지 높은 프로필 사고가 있었다. 다행히 드문 사건이지만, 발생하는 인력과 장비 손실로 인해 치명적일 수 있습니다. 따라서 이러한 반응의 폭력을 이해하고 가능하면 그들을 몰아 내려갈 동기가 있습니다. 로켓 추진제로 격렬한 조리-오프 이벤트의 주요 원인 중 하나는 많은 성분이 부분적으로 분해되어 반응성이 있는 제품 가스와 산화기와 함께 반응성 표면적이 향상된다는 것입니다.
이것의 한 특정 보기는 이온염, 암모늄 과염소산염입니다. 과염소암모늄의 저온 분해는 그려지고 불완전하며, 후속반응5,6,7,8,9에사용할 수 있는 실질적인 다공성 및 표면적을 가진 추진제 프레임 워크 내에서 반응성 중간 제품을 남깁니다. 또한, 질산암모늄과 폭발성 니트라민 화합물을 함유한 로켓 추진제는10,11,12를천천히 가열할 때 매우 격렬한 반응을 가질 수 있다. 느린 요리 -off 폭력은 많은 로켓이 시험을 통과하기 위해 법에 의해 요구되기 때문에 중요한 무감각 군수 메트릭입니다13. 현재, 로켓 추진제 제형이 느린 가열 조건에서 너무 격렬하게 반응하는지 여부를 결정하는 가장 좋은 방법은 본격적인 로켓 모터에서 느린 쿡 오프 (SCO) 테스트를 실행하는 것입니다. 이러한 테스트는 풀 사이즈 로켓 모터를 복용하고 일회용 대류 오븐에서 천천히 가열하는 것을 포함합니다.
온도 추적은 컨테이너 손상 및 단편화에서부터 간단한 과압 게이지 및 폭발 압력을 측정하기 위한 동적 압력 센서에 이르기까지 다양한 지표에 따라 폭력을 평가하는 반응까지 여러 위치에서 제공됩니다. 이러한 본격적인 테스트는 종종 비싸며 추진제성분(14)의사소한 변화를 조사하기위한 실용적이지 않습니다. 다양한 구성으로 추진제 나 폭발물을 가열하고 자가 화기 사건 후 컨테이너 손상을 평가하는 몇 가지 실험실 규모의 테스트가 개발되었습니다. 현재 실험실 규모 테스트는 잘 요리할 시간을 예측하고 때로는 자동 온도15,16,17을예측할 수 있지만 폭력을 예측할 수 없습니다.
일반적으로 사용되는 테스트 중 하나는 가변 감금 쿡 오프 테스트18으로, 프로프제 실린더가 점화될 때까지 천천히 가열됩니다. 반응의 폭력은 외래적 자가화 반응 중에 챔버와 볼트의 단편화에 의해 결정된다. 가장 일반적인 실험실 테스트는 반응 폭력을 순위 챔버의 최종 조건을 사용, 평가에 주관성의 정도가있다. 반응 폭력의 작은 차이는 결정하기 어렵다. 이러한 폭력 평가는 본질적으로 질적이며, 제형 성분의 변화가 SCO 폭력을 변화시켰는지 여부를 평가하기어려울 수 있습니다. 또한 실제 로켓 모터와 달리 현재 실험실 테스트는 케이스 내부의 추진제를 제한하지 않습니다. 제품 가스는 쉽게 빠져나설 수 있으며, 이는 가스가 이질적으로 추진제와 반응하거나 반응성이 있을 수 있기 때문에, 암모니아 및 과염소산이 사용되는 경우와 같이 매우 중요하다.
실험실 스케일 테스트를 계측하는 데 가장 좋은 노력 중 하나는 소규모 쿡 오프 폭탄19에동적 압력 센서를 사용하는 것과 관련이 있습니다. 이를 통해 로켓 추진제 제제의 비교적 사소한 변화에 대해 반응 폭력의 더 높은 해상도, 정량화 가능한 차이를 결정할 수 있었습니다. 그러나 이 시험의 중요한 문제점은 실제 로켓 모터와 동일한 방식으로 로켓 추진제를 제한하지 않았으며 수많은 모델링 및 서브스케일 실험이고려 20을위한 중요한 요소임을 보여주었다는 것입니다. 또한, 추진제는 일반적으로 동일한 양의 노출 된 표면적 또는 동일한 자유 부피를 갖지 않으며 전체 스케일 테스트와 동일한 방식으로 기하학적으로 제한되지 않습니다. 천천히 가열된 추진제(CRASH-P) 테스트의 연소 속도 분석은 이러한 이전 테스트를 개선하기 위해 고안되었습니다. 25g에서 100g 사이의 샘플은 본격적인시험(21)과유사한 추진제 감금 조건하에서 테스트될 수 있다. 또한 동적 압력 센서 측정을 통해 반응 이벤트에서 생성된 전력을 정량적으로 측정하는 수단을 제공하며, 이는 현재 의 하위 스케일 테스트가 제공하지 않는 것입니다. 결과는 본격적인 SCO 테스트와 잘 상관 관계를 발견 되었습니다.

<table><tbody><tr><td>&frac12; x 24 x 12' Ceramic Insulative Blanket</td><td>Cotronics Corporation</td><td>370-3</td><td>CRASH-P 챔버용 단열재</td></tr><tr><td>20 게이지 K-타입 열전대</td><td>Omega Engineering</td><td>EXPP-K-20-SLE-500</td><td>온도 측정용 열전대 와이어</td></tr><tr><td>동적 압력 신호 컨디셔너</td><td>PCB Piezotronics</td><td>482C16</td><td>ICP 신호를 전압으로 변환 데이터 수집 시스템용</td></tr><tr><td>전기 피드스루 CRASH-P 챔버</td><td>Conax</td><td></td><td></td></tr><tr><td>GC-35 반응 챔버</td><td>고압 장비 회사</td><td>GC-35</td><td>CRASH-P 테스트</td></tr><tr><td>Gen 3i 및 인식 소프트웨어의</td> 주요 반응 챔버 <td>HBM Inc.</td><td></td><td>CRASH-P 데이터용 Gen3i 주요 데이터 수집 시스템</td></tr><tr><td>고온 전하 증폭 압력 센서</td><td>PCB Piezotronics</td><td>113B03</td><td>CRASH-P 테스트에 사용되는 동적 압력 센서</td></tr><tr><td>인라인 충전 Amp-to-ICP 컨버터</td><td>PCB Piezotronics</td><td>422E53</td><td>컨버터 압력 센서 충전 앰프 신호에서 ICP 신호로</td></tr> 운<tr><td>모 밴드 히터</td><td>Omega Engineering</td><td>MBH00295</td><td>CRASH-P 테스트 가열용 저항 소자</td></tr><tr><td>Quantum X 열전대 증폭기</td><td>HBM Inc.</td><td>1-MX1609KB</td><td>온도 측정에 사용</td></tr><tr><td>테프론 절연 K형 열전대(직경 0.02인치)</td><td>Omega Engineering</td><td>5TC-TT-K-24-36</td><td>K형 열전대</td></tr><tr><td>온도 컨트롤러</td><td>Omega Engineering</td><td>CN3251</td><td>PID 온도 컨트롤러</td></tr></tbody></table>

실험실 스케일 느린 쿡 오프 로켓 추진제 테스트: 천천히 가열된 추진제(crash-p) 테스트의 연소 속도 분석

Laboratory Scale Slow Cook-Off Testing of Rocket Propellants: The Combustion Rate Analysis of a Slowly Heated Propellant (CRASH-P) Test

고체 로켓 추진제는 군사 및 우주 기관의 추진 응용 분야에 널리 사용됩니다. 매우 효과적이지만 특정 조건에서 인력과 장비에 위험할 수 있으며 제한된 조건에서 느린 난방이 특정 위험입니다. 이 논문은 설치가 더 쉽고 로켓 추진제 성분을 선별하기 위해 개발된 보다 저렴한 실험실 테스트를 설명합니다. 로켓 추진체는 표준 로켓 모터(컨테이너내 총 부피의 추진제 부피)와 동일한 감금을 하고 추진제가 쉽게 배출되지 않도록 설계된 샘플 홀더로 캐스팅됩니다. 반응 폭력은 자율화 후 최대 압력의 90 %에 도달하는 데 걸리는 시간으로 정량화되며, 이는 본격적인 테스트에서 폭력을 측정하는 데 사용되는 과압 게이지폭발과 유사합니다. 반응 중 로켓 추진체에 의해 생성된 반응과 전력으로부터 생성된 속도와 압력 사이에서 긍정적인 상관관계가 관찰되었다.

리더가 CRASH-P 테스트의 하위 시스템이 서로 상호 작용하는 방식을 시각화할 수 있도록 도 4에실험 회로도가 표시됩니다. CRASH-P 챔버 내부의 열전대는 열전대 증폭기를 통해 데이터 수집 시스템에 피드 데이터를 제어합니다. 온도 컨트롤러는 전기 밴드 히터를 켜고 끄는 전기 릴레이를 작동합니다. 이를 통해 로켓 추진제 시료에 대해 올바른 가열 프로파일을 얻을 수 있습니다. 샘플의 자동 화가 발생하면 데이터 수집 시스템은 50,000개의 샘플/s에서 고속 동적 압력 데이터 수집을 트리거합니다. 그런 다음 테스트가 종료되고 데이터가 저장되고 온도 제어 시스템이 꺼져 있습니다. 적어도 12 시간 후에, CRASH-P 챔버는 실온에 있어야 하며 모든 제품 가스를 소모할 수 있습니다.
일반적인 대표적인 결과는 그림 5에서볼 수 있습니다. 온도 추적은 데이터 수집 시스템에 의해 실내 챔버 공기 및 내부 추진제 온도에 대해 제공됩니다. 점화 하기 전에 사소한 exothermic 반응은 종종 주요 exothermic 반응과 함께 측정. 일반적으로, 외설적인 반응은 열전대 비드를 깰 만큼 폭력적이지 않으므로 전체 이벤트를 캡처 할 수 있습니다. 또한, 반응에 대한 동적 압력 판독값은 전면, 후면 동적 압력 게이지에 대해 기록됩니다. 대부분의 실험실 조리-오프 이벤트와 마찬가지로, 반응 후 샘플 용기의 상태는손상(도 5C)에대해 평가될 수 있다. 마지막으로, 도 5D는 상이한 추진제 샘플의 반응 폭력에 상당한 수준의 측정된 변화가 있을 수 있음을 나타내며, 폭력을 정량화하고 상이한 반응에 비해 정량화될 수 있다. 일반적으로, 더 빠른 가압 반응은 압력데이터(도 5D)에서더 많은 산란 또는 잡음이 있었으며, 이는 더 격렬한 반응으로 인해 챔버의 진동이 더 큰 것과 일치한다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62216/62216fig01.jpg"> 도 1: CRASH-P 샘플의 제조 및 밀봉. (A)로켓 추진제 성분은 행성 믹서에 혼합된다. (B)로켓 추진제는 폴리테트라플루오로틸렌 만드렐을 사용하여 샘플 홀더로 캐스팅된다. (C)추진제 샘플은 다듬어지고, O-링은 밀봉 목적으로 용기에 배치된다. (D)샘플 용기는 밀봉되고 볼트로 볼트됩니다. 샘플 감금은 실제 로켓 모터와 동일합니다. 약어: CRASH-P = 천천히 가열된 추진제의 연소속도 분석. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62216/62216fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62216/62216fig02.jpg"> 그림 2: CRASH-P 테스트의 샘플 로딩 및 준비. 샘플 배치는 매우 중요합니다. (A)샘플은 판자에 배치되고 테스트 중에 자연 대류에 의해 중앙에서 가열됩니다. (B)샘플은 판자 위에 볼트로 붙이고 제자리에 보관됩니다. (C)열전대는 온도 조절 및 진단 목적을 위해 판자 및 추진제 샘플 내부에 배치됩니다. (D)CRASH-P 챔버는 밀봉되고, 밴드 히터는 온도 제어기에 의해 제어되는 220 VAC 전원 공급 장치에 연결됩니다. 약어: CRASH-P = 천천히 가열된 추진제의 연소속도 분석. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62216/62216fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62216/62216fig03.jpg"> 그림 3: CRASH-P 테스트에 대한 계측 및 데이터 수집. (A)동적 압력 신호 컨디셔너,(B)열전형 증폭기,(C)테스트 가열 제어,(D)시험 중 데이터 수집. . 약어: CRASH-P = 천천히 가열된 추진제의 연소속도 분석. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62216/62216fig03large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62216/62216fig04.jpg"> 그림 4: CRASH-P 테스트의 실험 회로도. 온도 모니터링 시스템은 가열 속도를 제어합니다. 동적 압력 센서는 자동 화환 이벤트의 반응 폭력을 정량화하고, 데이터 수집 시스템은 실험을 위한 이러한 모든 테스트 데이터를 기록합니다. CRASH-P = 천천히 가열된 추진제의 연소 속도 분석. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62216/62216fig04large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62216/62216fig05.jpg"> 그림 5: CRASH-P 테스트 실행에 대한 대표적인 테스트 데이터. (A)시험 중 온도 추적. (B)후면, 등, 전방 동적 압력 판독값. (C)시험 후 크래시-P 샘플 용기. (D)6개의 다른 로켓 추진제 제형에 대한 전면 동적 압력 판독값 비교. CRASH-P = 천천히 가열된 추진제의 연소 속도 분석. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62216/62216fig05large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

우리는 천천히 가열 된 추진제 (CRASH-P) 테스트의 연소 속도 분석이라고 하는 고체 로켓 추진제에 대한 실험실 규모의 느린 쿡 오프 테스트를위한 프로토콜을 제시합니다. 제한된 로켓 추진제는 자가화될 때까지 천천히 가열되며, 쿡오프 온도와 반응의 폭력은 동적 압력 센서로 측정됩니다.

실험실 스케일 느린 쿡 오프 로켓 추진제 테스트: 천천히 가열된 추진제(CRASH-P) 테스트의 연소 속도 분석

Solid rocket propellants are widely used for propulsion applications by military and space agencies. Although highly effective, they can be dangerous to ...

CRASH-P 테스트는 현재 테스트 방법보다 훨씬 작은 규모로 로켓 추진제의 느린 조리 오프 반응 폭력을 정량적으로 평가하는 데 사용할 수 있습니다. 이 테스트는 현재의 본격적인 테스트보다 느린 조리 오프 폭력에 대한 로켓 추진제를 선별하는 비용이 저렴하고 빠른 방법입니다. 로켓 추진제 개발 초기 단계에서 본격적인 느린 쿡 오프 테스트를 수행하기가 어렵습니다.CRASH-P 테스트는 제형 공정 초기에 이러한 중요한 정보의 대부분을 제공할 수 있습니다. 이 테스트는 느리고 저렴한 시기에 로켓 추진제 성분의 화학 적 역학과 관련된 많은 근본적인 질문을 그 어느 때보다 자세히 탐구 할 수 있습니다. CRASH-P 테스트는 열유체 계측에 대한 경험과 온도 및 압력 측정을 위한 고속 데이터 수집을 설정해야 합니다.이 방법의 시각적 데모는 진단 장비를 설정하고 샘플의 위치를 지정하는 것이 서면 지시만으로는 어려울 수 있기 때문에 도움이 될 수 있습니다. 크리스토퍼 그레이와 함께 절차를 시연하는 것은 스콧 섬너, 우리의 실험실에서 연구 엔지니어입니다. 추진제 시료에 설치하기 위해 시료 홀더 커버를 CRASH-P 샘플 홀더에 볼트하여 시료를 밀봉한 다음, 밀봉된 샘플을 CRASH-P 테스트의 챔버 캡에 부착된 강철 판자에 볼트하여 챔버 중간에 샘플을 유지합니다.추진제 샘플 홀더 내부에 전기 사료를 통해 열 커플 중 하나를 배치하여 다른 반응을 포착하십시오. 또 다른 열 부부를 강판에 올려 놓고 CRASH-P 챔버 내부의 공기 온도를 기록합니다. 소량의 RTV를 배치하여 열 커플이 추진체 샘플 홀더에 들어가 오리피스를 밀봉합니다.샘플이 고정되면 챔버 캡을 챔버 본체로 밀어 넣습니다. 원통형 막대를 사용하여 유지 헤드를 챔버에 완전히 조이고 인치 세트 나사 각질 볼트당 9개의 나사피치를 사용하여 7/8 인치 직경 나사를 챔버 헤드에 설치합니다. 볼트를 조여 챔버가 균일하게 고정되도록 하고 토크 렌치를 사용하여 균일한 밀봉을 보장합니다.챔버 리테이너 클램프를 설치하고 다웰 핀으로 클램프를 제자리에 고정시하십시오. 챔버 엔드 플레이트를 설치하려면 점화 이벤트 중 CRASH-P 테스트의 축 이동을 방지하기 위해 플레이트를 테스트 테이블에 볼트로 보입니다. 그런 다음 동적 압력 센서 동축 케이블을 동적 압력 센서에 연결한 다음 전기 밴드 히터를 온도 컨트롤러에 연결하는 콘센트 소켓에 연결합니다.온도 제어판과 온도 컨트롤러를 켭니다. 메뉴를 순환하여 모든 것이 기본 설정에 있는지 확인합니다. 입구와 콘센트 와이어가 동적 압력 신호 컨디셔너에 연결되어 있는지 확인하고 컨디셔너를 켭니다.처음 세 번의 간격을 사용하여 16시간 간격에 필요에 따라 온도 컨트롤러의 온도 값을 설정하여 경사로를 설정하고 2시간 동안 섭씨 50도에서 기간을 흡수합니다. 테스트 중에 경사를 변경하지 않는 선형 가열 프로파일을 얻고 최종 온도를 섭씨 350도로 설정하는 선형 가열 프로파일을 얻기 위해 테스트에 대한 데이터 포인트를 공급하기 위해 나머지 간격을 입력합니다. 제어 콘솔의 히터에 전력을 켜고 온도 컨트롤러를 켜서 원격으로 테스트를 실행합니다.온도 컨트롤러의 제어 페이지에서 RSEN을 설정합니다. 그런 다음 보조 버튼을 눌러 테스트 상태를 대기에서 실행하여 챔버 가열을 시작합니다. 데이터 수집 시스템 소프트웨어에서 한 테스트 데이터 수집 영역을 설정하여 동적 압력을 측정하는 메인 보드의 압력을 측정할 수 있도록 하고 다른 하나는 열 커플 증폭기로 온도를 측정할 수 있도록 합니다.임계값 전압에 도달하면 압력 샘플링 속도가 초당 1샘플에서 50, 초당 000 샘플로 변경되도록 트리거된 제품군 메커니즘에서 실행하도록 시스템을 설정합니다. 데이터 수집이 자체적으로 중단되지 않으므로 주기적으로 온도 외열또는 트리거된 압력 응답에 대한 테스트를 확인합니다. 어느 응답이 관찰되면 수동으로 레코딩을 중지하고 히터, 비디오 및 온도 컨트롤러 전원을 끕니다.실험이 끝나면 온도 및 압력 데이터를 개별 탭에 수동으로 내보내 텍스트 파일을 다운스트림 분석을 위한 적절한 컴퓨터로 제한합니다. 시험 챔버가 환기되기 전에 적어도 12 시간 동안 식힙니다. 챔버는 신중하게 분해되어 퇴외 반응에서 모든 제품 가스를 방출합니다.챔버를 청소하기 전에 샘플 홀더의 샘플 컨테이너 조각을 캡처하여 여기에서, 데이터 수집 시스템에 의해 획득된 내부 챔버 공기 및 내부 추진제 온도에 대한 온도 추적을 관찰할 수 있다. 발화 전에 사소한 흥분 반응을 측정하였고, 주요 외신 반응과 함께 측정되었다. 반응에 대한 동적 압력 판독값은 일반적으로 전면, 후면 및 후방 동적 압력 게이지에 대해 기록됩니다.대부분의 실험실 조리-오프 이벤트처럼, 샘플 용기의 상태는 반응 후 손상을 평가 할 수있다. 상이한 추진제 샘플의 반응 폭력에 대한 측정된 변이의 상당히 큰 정도는 일반적으로 관찰되어 폭력을 정량화하고 상이한 반응에 비해 허용한다. 일반적으로, 더 빠른 가압 반응은 압력 데이터에 더 많은 산란 또는 소음을 나타내며, 이는 더 폭력적인 반응으로 인해 챔버의 진동이 더 커진다.부드럽고 일관된 가열 프로파일을 위해 매번 동일한 위치에 열전대를 배치해야합니다. 또한 반응 폭력 측정의 소음을 줄이기 위해 압력 센서 표면을 청소해야 합니다. 분석 후, 최종 화학 제품에 대한 추진제 잔류물 및 샘플 용기를 검사하고 느린 조리 반응으로부터 샘플 용기에 대한 손상 정도를 확인합니다.마지막 노트에, 특정 로켓 추진제 성분은 제한된 조건에서 가열되는 동안 예상보다 훨씬 다르게 반응 할 수 있음을 기억하십시오. 시청해 주셔서 감사합니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

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연료의 연소 화학: 양적 Speciation 데이터와 대기 고 열 흐름 반응 기에서 얻은 결합 분자 빔 질량 분석기

여기 우리는 표면에 대 한 충돌 또는 고정된 침대에서 압축 압출된 촉매의 파열 했다 촉매 extrudates의 파손의 계수를 측정 하는 프로토콜을 제시.

파열 모듈러스를 기반으로 하는 예측 촉매 한다 파손

여기, 선물이 동시에 가연성 및 현장에서 불타는 바다에 대 한 작업을 시뮬레이션 하는 조건 하에서 신선 하 고 풍 화 원유의 레코딩 효율성 연구 프로토콜.

현장에서 불타의 실험실 연구에 대 한 실험 절차: 가연성 및 원유의 점화 효율성

하이브리드 로켓 엔진의 연소 성능을 향상시키기 위해 새로운 중첩 헬리칼 구조로 고체 연료 곡물을 활용하는 기술이 제시됩니다.

중첩 헬리칼 구조의 새로운 연료 입자를 사용하여 하이브리드 로켓 엔진의 연소 성능 향상

배우세요 CRASH-P 테스트를 활용한 고체 로켓 추진제의 느린 쿡 오프 반응 폭력성 정량 평가 방법입니다. 이 실험실 규모 기법은 조기 단계에서 추진제 화학 반응 속도학을 효율적으로 분석할 수 있습니다.

실험실 스케일 느린 쿡 오프 로켓 추진제 테스트: 천천히 가열된 추진제(CRASH-P) 테스트의 연소 속도 분석

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