Summary
हम ठोस रॉकेट प्रणोदक के लिए एक प्रयोगशाला पैमाने पर धीमी गति से कुक-ऑफ परीक्षण के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं जिसे धीरे-धीरे गर्म प्रणोदक (क्रैश-पी) परीक्षण का दहन दर विश्लेषण कहा जाता है। सीमित रॉकेट प्रणोदक धीरे-धीरे ऑटोग्निशन तक गर्म होते हैं, और कुक-ऑफ तापमान और प्रतिक्रिया की हिंसा दोनों को गतिशील दबाव सेंसर के साथ मापा जाता है।
Abstract
ठोस रॉकेट प्रणोदक व्यापक रूप से सैन्य और अंतरिक्ष एजेंसियों द्वारा प्रणोदन अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है। हालांकि अत्यधिक प्रभावी, वे कुछ शर्तों के तहत कर्मियों और उपकरणों के लिए खतरनाक हो सकता है, सीमित परिस्थितियों में धीमी गति से हीटिंग के साथ एक विशेष खतरा जा रहा है । यह कागज एक अधिक किफायती प्रयोगशाला परीक्षण का वर्णन करता है जिसे स्थापित करना आसान है और रॉकेट प्रणोदक अवयवों की स्क्रीनिंग के लिए विकसित किया गया था। रॉकेट प्रणोदक नमूना धारकों में डाली गई हैं जिन्हें मानक रॉकेट मोटर्स (कंटेनर में कुल मात्रा में प्रणोदक मात्रा) के समान कारावास के लिए डिज़ाइन किया गया है और यह सुनिश्चित करें कि प्रणोदक आसानी से निकाल नहीं है। प्रतिक्रिया हिंसा को ऑटोग्निशन के बाद अधिकतम दबाव के 90% तक पहुंचने में लगने वाले समय तक मात्रा निर्धारित की जाती है, जो पूर्ण पैमाने पर परीक्षण में हिंसा को मापने के लिए उपयोग किए जाने वाले ओवरप्रेशर गेज को विस्फोट करने के अनुरूप है। प्रतिक्रिया से उत्पादित गति और दबाव और प्रतिक्रिया के दौरान रॉकेट प्रणोदक द्वारा उत्पादित शक्ति के बीच एक सकारात्मक संबंध देखा गया था ।
Introduction
ठोस रॉकेट प्रणोदक रक्षा, अंतरिक्ष, और गैस पैदा अनुप्रयोगों में बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है। वे अपेक्षाकृत विश्वसनीय ईंधन हैं जो कई कार्यों को बहुत अच्छी तरह से करते हैं। हालांकि, कई रॉकेट प्रणोदकों में अमोनियम परक्लोरेट (एपी) जैसे खतरनाक तत्व होते हैं । इन ऑक्सीडाइजर के साथ रॉकेट प्रणोदक 1 ,2,3धीरे - धीरे गर्म होने पर हिंसक रूप से विस्फोट करसकतेहैं । रॉकेट प्रणोदक या रॉकेट प्रणोदक अवयवों की धीमी हीटिंग के साथ कई हाई-प्रोफाइल दुर्घटनाएं हुई हैं जिन्होंने यूएसएस फॉरेस्टल4 और पेप्कॉन विस्फोट1पर हथियारों की आग और बाद में कुक-ऑफ जैसे इन मुद्दों की ओर ध्यान खींचा है । हालांकि ये शुक्र दुर्लभ घटनाओं रहे हैं, वे क्योंकि कर्मियों और उपकरणों के नुकसान होते है की विनाशकारी हो सकता है । इसलिए, इन प्रतिक्रियाओं की हिंसा को समझने और जब भी संभव हो उन्हें नीचे ड्राइव करने के लिए प्रेरणा है । रॉकेट प्रणोदक के साथ हिंसक कुक-ऑफ घटनाओं के मुख्य कारणों में से एक यह है कि कई सामग्री आंशिक रूप से विघटित होती है, जिससे प्रतिक्रियाशील उत्पाद गैसों को एक उन्नत प्रतिक्रियाशील सतह क्षेत्र के साथ ऑक्सीडाइजर के साथ पीछे छोड़ दिया जाता है।
इसका एक विशिष्ट उदाहरण आयनिक नमक, अमोनियम परक्लोरेट है। अमोनियम परक्लोरेट का कम तापमान अपघटन बाहर निकाला जाता है और अधूरा होता है, जिससे प्रतिक्रियाशील मध्यवर्ती उत्पादों को प्रणोदक ढांचे के भीतर छोड़ दिया जाता है, जिसमें पर्याप्त पोरोसिटी और सतह क्षेत्र बाद की प्रतिक्रियाओं के लिए उपलब्ध होता है5,6,7,8, 9। इसके अलावा, रॉकेट प्रणोदक जिनमें अमोनियम नाइट्रेट और विस्फोटक नाइट्रामाइन यौगिक होते हैं , धीरे - धीरे गर्म होने पर बहुत हिंसक प्रतिक्रियाएं हो सकती हैं10,11,12. धीमी गति से कुक-ऑफ हिंसा एक महत्वपूर्ण असंवेदनशील युद्ध मीट्रिक है क्योंकि इन परीक्षणों को पारित करने के लिए कानून द्वारा कई रॉकेट की आवश्यकता होती है13। वर्तमान में, सबसे अच्छा तरीका है निर्धारित करने के लिए कि क्या एक रॉकेट प्रणोदक निर्माण धीमी हीटिंग शर्तों के तहत भी हिंसक प्रतिक्रिया के लिए एक पूर्ण पैमाने पर रॉकेट मोटर पर एक धीमी गति से कुक बंद (एससीओ) परीक्षण चलाना है । इन परीक्षणों में एक पूर्ण आकार की रॉकेट मोटर लेना और इसे डिस्पोजेबल संवहन ओवन में धीरे-धीरे गर्म करना शामिल है।
तापमान निशान कई स्थानों में प्रतिक्रिया तक प्रदान की जाती है जहां हिंसा तो कंटेनर क्षति और विखंडन से सरल ओवरप्रेशर गेज और विस्फोट दबाव को मापने के लिए गतिशील दबाव सेंसर से लेकर विभिन्न संकेतकों के आधार पर मूल्यांकन किया जाता है । ये पूर्ण पैमाने पर परीक्षण अक्सर महंगे होते हैं और प्रणोदक अवयवों में मामूली परिवर्तनों की जांच के लिए व्यावहारिक नहीं होते हैं14। कुछ प्रयोगशाला-पैमाने पर परीक्षण विकसित किए गए हैं जिनमें विभिन्न प्रकार के विन्यासों में प्रणोदक या विस्फोटकों को गर्म करना और ऑटोग्निशन घटना के बाद कंटेनर क्षति का आकलन करना शामिल है। हालांकि वर्तमान प्रयोगशाला-पैमाने के परीक्षणों से अच्छी तरह से पकाने के समय की भविष्यवाणी की जाती है और कभी-कभी ऑटोग्निशन तापमान15,16,17 होताहै, वे हिंसा की भविष्यवाणी करने में कम सक्षम होते हैं।
एक आमतौर पर इस्तेमाल किया परीक्षण चर कारावास कुक-ऑफ परीक्षण18 है कि धीरे से प्रणोदक के एक सिलेंडर तपता है जब तक यह प्रज्वलित है । प्रतिक्रिया की हिंसा एक्सोथर्मिक ऑटोग्नेशन प्रतिक्रिया के दौरान कक्ष और बोल्ट के विखंडन से निर्धारित होती है। सबसे आम प्रयोगशाला परीक्षण प्रतिक्रिया हिंसा रैंक करने के लिए चैंबर की अंतिम स्थिति का उपयोग करें, और मूल्यांकन के लिए व्यक्तिपरकता की एक डिग्री है । प्रतिक्रिया हिंसा में छोटे मतभेदों को निर्धारित करने के लिए मुश्किल है । हिंसा का यह आकलन प्रकृति में गुणात्मक है, और यह आकलन करना मुश्किल हो सकता है कि क्या एक निर्माण घटक में बदलाव ने एससीओ हिंसा को बदल दिया । इसके अलावा, एक वास्तविक रॉकेट मोटर के विपरीत, वर्तमान प्रयोगशाला परीक्षण एक मामले के अंदर प्रणोदक को सीमित नहीं करते हैं। उत्पाद गैसें आसानी से बच सकती हैं, और यह महत्वपूर्ण है क्योंकि गैसें प्रणोदक विषमता से प्रतिक्रिया कर सकती हैं या खुद को प्रतिक्रियाशील कर सकती हैं, जैसा कि अमोनिया और परक्लोरिक एसिड के मामले में यदि अमोनियम परक्लोरेट का उपयोग किया जाता है।
प्रयोगशाला पैमाने पर परीक्षण को इंस्ट्रूमेंट करने के सर्वोत्तम प्रयासों में से एक में छोटे पैमाने पर कुक-ऑफ बम19पर एक गतिशील दबाव सेंसर का उपयोग शामिल था। यह उच्च संकल्प के लिए अनुमति दी, प्रतिक्रिया हिंसा में मात्रात्मक मतभेद रॉकेट प्रणोदक निर्माण में अपेक्षाकृत मामूली परिवर्तन के लिए निर्धारित किया जाना है । हालांकि, इस परीक्षण के साथ एक महत्वपूर्ण समस्या यह है कि यह एक वास्तविक रॉकेट मोटर के रूप में एक ही तरीके से रॉकेट प्रणोदक सीमित नहीं था, और कई मॉडलिंग और उपस्केल प्रयोगों यह विचार20के लिए एक महत्वपूर्ण कारक होने के लिए दिखाया गया है । इसके अलावा, प्रणोदक में आमतौर पर उजागर सतह क्षेत्र या समान मुक्त मात्रा की समान मात्रा नहीं होती है और यह ज्यामितीय रूप से पूर्ण पैमाने पर परीक्षण के समान ही सीमित नहीं होता है। इन पिछले परीक्षणों में सुधार करने के लिए धीरे-धीरे गर्म प्रणोदक (क्रैश-पी) परीक्षण के दहन दर विश्लेषण की कल्पना की गई थी। 25 ग्राम और 100 ग्राम के बीच के नमूनों का परीक्षण पूर्ण स्तरीय परीक्षण21के रूप में समान प्रणोदक कारावास की स्थिति के तहत किया जा सकता है। यह गतिशील दबाव सेंसर माप के माध्यम से मात्रात्मक रूप से प्रतिक्रिया घटना से उत्पादित शक्ति को मापने का एक साधन भी प्रदान करता है, जो कुछ वर्तमान उपस्केल परीक्षण प्रदान नहीं करते हैं। परिणाम पूर्ण पैमाने पर एससीओ परीक्षणों के साथ अच्छी तरह से सहसंबंधित पाए गए हैं ।
Protocol
1. प्रणोदक नमूना तैयारी
- एक निर्धारित अवधि के लिए घूर्णन ग्रहों के मिक्सर में प्रणोदक सामग्री (पॉलीमेरिक राल, प्लास्टिसाइजर, और ठोस ईंधन और ऑक्सीडाइजर कण) को एक साथ मिलाएं।
नोट: मिश्रण की अवधि विशिष्ट सूत्रीकरण पर निर्भर करती है, लेकिन अधिकांश घोला जा सकता है कम से कम 2 घंटे लेते हैं। - एक विशेष रूप से बनाया क्रैश-पी नमूना धारक में असुरक्षित रॉकेट प्रणोदक डाली । प्रणोदक इलाज होने पर एक केंद्र छिद्र बनाने के लिए कास्टिंग करते समय नमूना धारक के केंद्र में एक पॉलीटीट्राफ्लोरोएथिलीन मैंड्रेल रखें। प्रणोदक में केंद्र छिद्र सुनिश्चित करने के लिए एक मैंड्रेल धारक(चित्रा 1)का उपयोग करें।
नोट: क्रैश-पी नमूना धारकों को एक पूर्ण पैमाने पर रॉकेट मोटर के प्रणोदक कारावास की नकल करने के लिए एक वास्तविक रॉकेट मोटर के रूप में आंतरिक कक्ष मात्रा के लिए एक ही प्रणोदक मात्रा के लिए पैमाने पर होना चाहिए । क्रैश-पी नमूना धारक पॉलीथर ईथर कीटोन (तिरछी) या एल्यूमीनियम से बने होते हैं। हालांकि धातु ईंधन के बिना रॉकेट फॉर्मूलेशन PEEK का उपयोग कर सकते हैं, धातुकृत योगों एल्यूमीनियम धारकों का उपयोग करना चाहिए ताकि वे ऑटोइग्नेशन के दौरान समय से पहले पिघल न जाएं। - प्रणोदक को ठीक करने के लिए आवश्यक किसी भी पॉलीयूरेथेन प्रतिक्रियाओं या अन्य रसायन शास्त्र में तेजी लाने के लिए क्रैश-पी नमूने ओवन में रखें। यूरिथेन इलाज के लिए ओवन का तापमान 60 डिग्री सेल्सियस पर रखें, और रॉकेट प्रणोदक अवयवों के आधार पर तापमान में वृद्धि या कमी करें।
- प्रणोदक ठीक होने के बाद, उन्हें ट्रिम करें ताकि अतिरिक्त प्रणोदक नमूना धारक सतह से नहीं निकलता है और ओ-रिंग फेस सील के साथ हस्तक्षेप करता है। धीरे-धीरे इसे बाहर खींचकर प्रत्येक फॉर्मूल से मैंड्रेल को सुरक्षित रूप से हटा दें।
नोट: प्रणोदक को प्रणोदक सतह के खिलाफ घर्षण घर्षण को कम करने के लिए रेजर ब्लेड या अन्य तेज वस्तु के साथ छंटनी की जानी चाहिए। - एक उचित दबाव सील(चित्रा 1)के लिए क्रैश-पी नमूना धारक चेहरे के अंदर एक सिलिकॉन ओ-रिंग रखें।
नोट: ओ-रिंग का आकार क्रैश-पी नमूना धारक के आकार के आधार पर भिन्न होगा। उदाहरण के लिए, 25 जी परीक्षण के लिए 025 आकार के ओ-रिंग का उपयोग किया जाता है और 50 ग्राम परीक्षण के लिए 128 आकार के ओ-रिंग का उपयोग किया जाता है। - क्रैश-पी नमूना धारक पर कवर बोल्ट, और यह एक एलन रिंच के साथ कस । सीलिंग बल को अधिक समान रूप से वितरित करने के लिए बोल्ट को स्टार पैटर्न में कस लें।
2. क्रैश-पी चैंबर की तैयारी
- सुनिश्चित करें कि क्रैश-पी चैंबर से जुड़े निकास वाल्व को खोलकर क्रैश-पी चैंबर पर दबाव न बनाया जाए। क्रैश-पी बॉडी से चैंबर कवर, कैप और थ्रस्ट वॉशर निकालें । क्रैश-पी नमूनों को रखने के लिए क्रैश-पी कैप के लिए एक तख्ते संलग्न करें।
- पिछले परीक्षण के निशान को दूर करने के लिए क्रैश-पी कक्ष को साफ करें। एक तार ब्रश के साथ सभी दहन अवशेषों को साफ़ करें, और चेंबर को इथेनॉल, आइसोप्रोपेनॉल, एसीटोन या मिथाइल एथिल कीटोन जैसे कार्बनिक सॉल्वेंट के साथ साफ करें। स्थानीय और राष्ट्रीय विनियमों के अनुसार खतरनाक कचरे के रूप में किसी भी एकल उपयोग सफाई सामग्री का निपटान करें।
नोट: सूचीबद्ध सॉल्वैंट्स के साथ सफाई करते समय व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण का उपयोग किया जाना चाहिए, जैसे कि आंखों की सुरक्षा, एक उपयुक्त प्रयोगशाला कोट, या रासायनिक रूप से प्रतिरोधी दस्ताने। - किसी भी असामान्य पहनने और आंसू के लिए क्रैश-पी गतिशील दबाव सेंसर का निरीक्षण करें।
नोट: सेंसर क्रैश-पी चैंबर के साथ एक अवकाश बढ़ते का उपयोग करते हैं क्योंकि वे अपने आंतरिक इलेक्ट्रॉनिक्स को नुकसान को रोकने के लिए केवल 204 डिग्री सेल्सियस के अधिकतम तापमान को संभाल सकते हैं। ये उच्च तापमान, चार्ज-एम्पलीफायर सेंसर एक एकीकृत सर्किट पीजोइलेक्ट्रिक (आईसीपी) सिग्नल में सिग्नल बदलने के लिए डाउनस्ट्रीम कनवर्टर (सामग्री की तालिकादेखें) का उपयोग करते हैं। - क्रैश-पी मुख्य शरीर के लिए दबाव सेंसर देते हैं कि 1/8 इंच अमेरिकी राष्ट्रीय पाइप धागा (एनपीटी) फिटिंग निकालें। किसी भी दहन अवशेष को स्पैटुला या ऑर्गेनिक सॉल्वेंट के साथ साफ करें। एनपीटी कपलिंग से प्रेशर सेंसर को अनथ्रेड किया।
- कमरे के तापमान के साथ एनपीटी युग्मन भरें सिलिकॉन सीलेंट को वल्कनाइज करें। दबाव सेंसर वापस अंदर धागा, सुनिश्चित करें कि सीलेंट के कुछ बाहर निकाला है । सीलेंट को मिटा दें इसलिए यह 1/8 इंच एनपीटी फिटिंग के साथ फ्लश होता है।
- कम से कम 12 घंटे के लिए सीलेंट इलाज करते हैं। गतिशील दबाव रीडिंग में विस्फोट-प्रेरित तापमान त्रुटियों से सेंसर की रक्षा के लिए एनपीटी-युग्मित दबाव सेंसर को फिर से स्थापित करें।
- तापमान निदान के लिए विद्युत आहार तैयार करें। उनके इन्सुलेशन के थर्मोकपल तारों को पट्टी करें, और इन्सुलेट आस्तीन के माध्यम से फीडथ्रू के माध्यम से नंगे तारों को चलाएं।
नोट: मॉडल और विद्युत फीडथ्रू के प्रकार तार गेज और आवश्यक feedthroughs की मात्रा के आधार पर भिन्न होंगे। क्रैश-पी चैंबर में उपयोग किए जाने वाले विद्युत फीडथ्रू के लिए सामग्री की तालिका देखें। - क्रैश-पी परीक्षण के लिए मानक K-प्रकार थर्मोकपल का उपयोग करें क्योंकि परीक्षण की तापमान और नमूना दरें काफी मानक हैं। फीडथ्रू के दूसरे छोर पर एक संभोग कनेक्शन स्थापित करें।
नोट: उत्पादकता कारणों से, इसे कई विद्युत फीडथ्रू बनाने के लिए प्रोत्साहित किया जाता है। - चैंबर कैप के माध्यम से दो विद्युत फीडथ्रू को थ्रेड करें। कक्ष के अंदर प्रत्येक फीडथ्रू के लिए कम से कम 0.3 मीटर थर्मोकपल छोड़ दें। सुनिश्चित करें कि थर्मोकपल के मनके पक्ष क्रैश-पी कक्ष के अंदर है।
3. प्रणोदक नमूना स्थापना
- बोल्ट स्टील प्लैंक(चित्रा 2B)को सील क्रैश-पी नमूना क्रैश-पी परीक्षण के चैंबर कैप से जुड़ा हुआ है ताकि नमूने को चैंबर के बीच में रखा जा सके।
नोट: यह सुनिश्चित करना कि नमूना पोत की दीवार को छूने के बिना कक्ष के बीच में है यह सुनिश्चित करता है कि नमूना चालन के बजाय संवहन द्वारा गर्म किया जाता है। - किसी भी एक्सोथर्मिक प्रतिक्रियाओं को पकड़ने के लिए प्रणोदक नमूना धारक के अंदर विद्युत फीडथ्रू से थर्मोकपल में से एक रखें। स्टील के तख्ते पर एक और थर्मोकपल रखें, जो क्रैश-पी चैंबर(चित्रा 2)के अंदर हवा के तापमान का नमूना लेने के लिए इशारा करता है। सुनिश्चित करें कि थर्मोकपल हवा के तापमान का नमूना तापमान नियंत्रक के लिए नियंत्रित थर्मोकपल है।
- क्रैश-पी चैंबर पर रिंग जैसे इंडेंट में सीलिंग रिंग रखें। सुनिश्चित करें कि सीलिंग रिंग किसी भी विदेशी वस्तु मलबे से साफ है।
- एक बार जब नमूना तख्ते पर ठीक से सुरक्षित हो जाता है और थर्मोकपल ठीक से रखे जाते हैं, तो चैंबर कैप को चैंबर के शरीर में स्लाइड करें। चैंबर कैप को चिह्नित कर चैंबर कैप न घुमाएं, इसका ध्यान रखें।
- जोर वॉशर और पूरी तरह से धागा डालने के लिए एक बेलनाकार रॉड का उपयोग करें और कक्ष पर बनाए रखने के सिर को कस लें।
- 7/8 "-9 सेट शिकंजा हेक्स बोल्ट चैंबर सिर में स्थापित करें । उन्हें एक स्टार पैटर्न में कसना सुनिश्चित करने के लिए कि चैंबर समान रूप से कड़ा है। वर्दी सीलिंग सुनिश्चित करने के लिए अंतिम कक्ष कस के लिए एक टोक़ रिंच का उपयोग करें।
नोट: आम तौर पर, 169.48 एन∙ मीटर एक समान सीलिंग के लिए पर्याप्त हैं। - चैंबर रिटेनर क्लैंप स्थापित करें, और उन्हें डोवेल पिन के साथ जगह में रखें। यदि आवश्यक हो, तो क्लैम के लिए एक सुखद फिट सुनिश्चित करने और कक्ष से ऊर्ध्वाधर आंदोलन को रोकने के लिए रबर मैलेट का उपयोग करें।
- एक इग्निशन इवेंट के दौरान अक्षीय आंदोलन से क्रैश-पी परीक्षण को रोकने के लिए परीक्षण तालिका में इसे बोल्ट करके चैंबर एंड प्लेट स्थापित करें।
- सिग्नल कंडीशनर में गतिशील दबाव सेंसर सह-अक्षीय केबल प्लग करें। इलेक्ट्रिकल बैंड हीटर(चित्रा 2डी)को आउटलेट सॉकेट में प्लग करें जो तापमान नियंत्रकों से कनेक्ट होते हैं ताकि बैंड हीटर को तापमान नियंत्रक द्वारा नियंत्रित किया जा सके जो हीटर को 220 वीएसी पावर की आपूर्ति करता है।
4. सेटिंग और जांच परीक्षण इंस्ट्रूमेंटेशन
- तापमान नियंत्रक (120 VAC शक्ति की आवश्यकता) कार्यक्रम ताकि यह एक ठोस राज्य रिले के लिए एक 24 वी संकेत पहुंचाता है-एक स्विच है कि निर्धारित करता है जब हीटिंग पावर चालू या बंद है ।
नोट: किसी भी कुक-ऑफ परीक्षण की तरह, प्रोग्रामिंग तापमान नियंत्रक विश्वसनीय परीक्षण चलाने के लिए महत्वपूर्ण है। - उचित हीटिंग विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए परीक्षण से पहले तापमान नियंत्रक ट्यून करें।
नोट: आनुपातिक लाभ, अभिन्न विशेषताओं, और दर सभी दोलनों को कम करने और ओवरशूट करने के लिए सेट किया जाना चाहिए । - तापमान नियंत्रक पर 16 समय अंतराल के लिए आवश्यक तापमान मूल्यों को सेट करें। रैंप स्थापित करने के लिए पहले तीन अंतराल का उपयोग करें और अवधि को सोख लें जहां तापमान कम से कम 2 घंटे के लिए 50 डिग्री सेल्सियस रखा जाता है। फिर, परीक्षण के लिए डेटा अंक की आपूर्ति करने के लिए अंतराल दर्ज करें एक रैखिक हीटिंग प्रोफाइल है जो परीक्षण के दौरान ढलान नहीं बदलता है (15 डिग्री सेल्सियस/घंटा लक्ष्य है), और अंतिम तापमान को 300 डिग्री सेल्सियस तक सेट करें।
- सुनिश्चित करें कि इनलेट और आउटलेट तारों गतिशील दबाव संकेत कंडीशनर में खामियों को दूर कर रहे हैं । डायनेमिक प्रेशर सिग्नल कंडीशनर चालू करें। यदि कोई शॉर्ट्स इंगित नहीं हैं, तो अगले चरण पर आगे बढ़ें।
नोट: एक लाल बत्ती एक शॉर्टेड सेंसर के लिए रोशन करती है। - तीन कश्मीर-प्रकार थर्मोकपल का उपयोग करें जिनके सिरों एक थर्मोकपल एम्पलीफायर के अंदर समाप्त हो जाता है, और सुनिश्चित करें कि एम्पलीफायर चालू है। परीक्षण के लिए निगरानी कैमरे को चालू करने के लिए वीडियो द्वारा क्रैश-पी परीक्षण रिकॉर्ड तो ऑपरेटरों अगर कुछ भी दूर से चैंबर के लिए होता है देख सकते हैं । नियंत्रण कंसोल(चित्र 3)पर हीटर के लिए विद्युत शक्ति चालू करें, और दूर से परीक्षण चलाने के लिए तापमान नियंत्रक चालू करें।
- तापमान नियंत्रक के सीटीआरएल पृष्ठ पर, आरएसईएन को चालू करें। स्टैंडबाय से लेकर चलने तक टेस्ट कंडीशन बदलने के लिए टेम्परेचर कंट्रोलर पर ऑक्स बटन दबाएं ताकि टेस्ट चैंबर को गर्म करने लगे ।
5. डेटा अधिग्रहण और परीक्षण सफाई
- परीक्षण डेटा संग्रह के लिए दो अलग क्षेत्रों की स्थापना के लिए डेटा अधिग्रहण प्रणाली सॉफ्टवेयर में एक कार्यक्षेत्र का निर्माण: एक दबाव के लिए मुख्य बोर्ड द्वारा मापा जा करने के लिए और तापमान के लिए एक और थर्मोकपल एम्पलीफायर(चित्रा 3)के लिए लिया जाएगा ।
- यह देखने के लिए डेटा अधिग्रहण प्रणाली की जांच करें कि क्या कोई ट्रिगर घटना थी, जिसका तात्पर्य है कि नमूना एक एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया का अनुभव करता है और इसे रोका जा सकता है। एक ट्रिगर स्वीप तंत्र पर चलाने के लिए प्रणाली निर्धारित करें ताकि एक सीमा वोल्टेज तक पहुंचने के बाद, दबाव नमूना दर एक दूसरे से ५०,००० नमूनों के लिए एक दूसरे के लिए चला जाता है/ऑटोग्नेशन के दौरान प्रतिक्रिया नमूने द्वारा किए गए काम को सही ढंग से हल करने के लिए ।
नोट: हीटिंग दर को नियंत्रित करने के तरीके की जांच करने के लिए निष्क्रिय परीक्षणों को पहले से चलाया जाना चाहिए। चार्ज प्रवर्धित सेंसर 500,000 नमूनों/एस तक की दर से नमूना ले सकते हैं, लेकिन यह गति आमतौर पर इस परीक्षण के लिए आवश्यक नहीं है। - यदि एक्सोथर्मिक ट्रिगर प्रतिक्रिया देखी जाती है, तो डेटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर पर स्टॉप बटन दबाएं। चूंकि डेटा अधिग्रहण अपने आप समाप्त नहीं होता है, समय-समय पर परीक्षण की जांच करें ताकि तापमान एक्सोथर्म या ट्रिगर दबाव प्रतिक्रिया की जांच की जा सके। यदि इनमें से किसी को भी मनाया जाता है, तो मैन्युअल रूप से रिकॉर्डिंग बंद कर दें, और हीटर पावर, वीडियो और तापमान नियंत्रक को बंद कर दें।
- मैन्युअल रूप से तापमान और दबाव डेटा को टेक्स्ट फ़ाइलों में निर्यात करें जो टैब डी सीमित हैं, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि विभिन्न नमूना दरों के कारण दबाव और तापमान डेटा अलग-अलग निर्यात किए जाते हैं। परिणामों पर डेटा विश्लेषण करने के लिए टेक्स्ट फ़ाइलों को दूसरे कंप्यूटर पर स्थानांतरित करें।
- परीक्षण कक्ष को अलग करने से पहले परीक्षण को ठंडा करने के लिए कम से कम 12 घंटे की प्रतीक्षा करें। एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया से किसी भी उत्पाद गैसों को जारी करने के लिए कक्ष को वेंट करें। ध्यान से परीक्षण कक्ष जुदा।
नोट: व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण पहनें-रासायनिक/लौ प्रतिरोधी प्रयोगशाला कोट, उपयुक्त दस्ताने, और एक श्वसन यंत्र के रूप में रॉकेट प्रणोदक उत्पादों खतरनाक हो सकता है । - कक्ष और सभी घटकों को साफ करें, और नमूना धारक के नमूना कंटेनर टुकड़ों को कैप्चर करें।
6. क्रैश-पी डेटा विश्लेषण
नोट: डेटा विश्लेषण में वास्तविक तापमान निशान और ट्रिगर गतिशील दबाव डेटा होते हैं। डेटा अधिग्रहण प्रणाली ट्रिगर के स्थान को चिह्नित करता है, और उपयोगकर्ता उस समय को देख सकता है जब यह हुआ था। ट्रिगर एक गतिशील दबाव मूल्य से मेल खाता है जो बेसलाइन की तुलना में 5% अधिक है।
- सॉफ्टवेयर में रिकॉर्डिंग बंद करो, और टैब delimited पाठ फ़ाइलों के लिए तापमान और दबाव डेटा निर्यात।
- ग्राफिंग सॉफ्टवेयर के साथ टेक्स्ट फाइल्स खोलें। तापमान exotherms के लिए डेटा की जांच करें जिसमें से इग्निशन तापमान निर्धारित किया जा सकता है, और जांचें कि चैंबर कितनी जल्दी दबाव बनाता है।
- क्रैश-पी परिणामों की तुलना पूर्ण पैमाने पर एससीओ परीक्षण डेटा से करें, यदि ये उपलब्ध हैं। ऑटोइग्नेशन तापमान और प्रतिक्रिया हिंसा की तुलना करें।
Representative Results
पाठक को यह कल्पना करने में मदद करने के लिए कि क्रैश-पी परीक्षण के उप-सभीक्षक एक दूसरे के साथ कैसे बातचीत करते हैं, चित्र 4में एक प्रयोगात्मक योजनाबद्ध दिखाया गया है। क्रैश-पी चैंबर के अंदर थर्मोकपल थर्मोकपल एम्पलीफायर के जरिए डेटा एक्विजिशन सिस्टम में फीड डेटा को कंट्रोल करते हैं । तापमान नियंत्रक एक इलेक्ट्रिक रिले संचालित करता है, जो इलेक्ट्रिक बैंड हीटर को चालू और बंद कर देता है। यह सुनिश्चित करता है कि रॉकेट प्रणोदक नमूने के लिए सही हीटिंग प्रोफाइल हासिल की जाती है। जब नमूने का ऑटोइग्नेशन होता है, तो डेटा अधिग्रहण प्रणाली 50,000 नमूनों/एस पर उच्च गति गतिशील दबाव डेटा के संग्रह को ट्रिगर करती है। इसके बाद टेस्ट खत्म हो जाता है, डेटा सेव हो जाता है और तापमान को नियंत्रित करने वाला सिस्टम बंद हो जाता है । कम से कम 12 घंटे के बाद, क्रैश-पी चैंबर कमरे के तापमान पर होना चाहिए, और किसी भी उत्पाद गैसों को समाप्त किया जा सकता है।
विशिष्ट प्रतिनिधि परिणाम चित्रा 5में देखे जाते हैं । डेटा अधिग्रहण प्रणाली द्वारा अंदर कक्ष हवा और आंतरिक प्रणोदक तापमान के लिए तापमान निशान प्रदान किए जाते हैं। इग्निशन से पहले मामूली एक्सोथर्मिक प्रतिक्रियाओं को अक्सर मुख्य एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया के साथ मापा जाता है। आमतौर पर, एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया थर्मोकपल मनका को तोड़ने के लिए पर्याप्त हिंसक नहीं होती है, इसलिए पूरी घटना को कैप्चर किया जा सकता है। इसके अलावा, प्रतिक्रिया के लिए गतिशील दबाव रीडिंग सामने, पीछे, और रियर गतिशील दबाव गेज के लिए दर्ज की गई हैं। अधिकांश प्रयोगशाला कुक-ऑफ घटनाओं की तरह, प्रतिक्रिया के बाद नमूना कंटेनर की स्थिति को नुकसान(चित्रा 5C)के लिए मूल्यांकन किया जा सकता है। अंत में, चित्रा 5 डी से पता चलता है कि विभिन्न प्रणोदक नमूनों की प्रतिक्रिया हिंसा में मापा भिन्नता की काफी हद तक हो सकता है, हिंसा की मात्रा निर्धारित करने की अनुमति और विभिन्न प्रतिक्रियाओं के लिए तुलना में । सामान्य तौर पर, तेजी से दबाव प्रतिक्रियाओं में दबाव डेटा(चित्रा 5 डी)में अधिक बिखराव या शोर होता था, जो अधिक हिंसक प्रतिक्रिया के कारण कक्ष के अधिक दोलन के अनुरूप होता है।
चित्रा 1:क्रैश-पी नमूनों की तैयारी और सीलिंग। (A)रॉकेट प्रणोदक सामग्री को ग्रहों के मिक्सर में मिलाया जाता है । (ख)रॉकेट प्रणोदक को पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन मैंड्रेल के साथ एक नमूना धारक में डाला जाता है । (ग)प्रणोदक नमूनों की छंटनी की जाती है, और सीलिंग उद्देश्यों के लिए कंटेनर में एक ओ-रिंग रखा जाता है। (घ)नमूना कंटेनर को सील और बोल्ड किया जाता है। नमूना कारावास वास्तविक रॉकेट मोटर्स के समान है। संक्षिप्त नाम: क्रैश-पी = दहन दर विश्लेषण धीरे-धीरे गर्म प्रणोदक का। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 2:क्रैश-पी परीक्षण का नमूना लोड करना और तैयार करना। नमूना प्लेसमेंट महत्वपूर्ण है। (क)नमूनों को एक तख्ते पर रखा जाता है और परीक्षण के दौरान प्राकृतिक संवहन द्वारा केंद्रीय रूप से गर्म किया जाता है। (ख)नमूना बोल्ट और तख्ते पर जगह में आयोजित किया जाता है । (ग)थर्मोकपल्स को तापमान नियंत्रण और नैदानिक उद्देश्यों के लिए प्रणोदक नमूने के अंदर रखा जाता है। (घ)क्रैश-पी चैंबर सील कर दिया गया है, और बैंड हीटर तापमान नियंत्रक द्वारा नियंत्रित 220 VAC बिजली आपूर्ति से जुड़े होते हैं। संक्षिप्त नाम: क्रैश-पी = दहन दर विश्लेषण धीरे-धीरे गर्म प्रणोदक का। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र 3-क्रैश-पी टेस्ट के लिए इंस्ट्रूमेंटेशन और डेटा एक्विजिशन। (ए)डायनेमिक प्रेशर सिग्नल कंडीशनर,(बी)थर्मोकपल एम्पलीफायर,(सी)टेस्ट हीटिंग कंट्रोल्स, और टेस्ट के दौरान(D)डेटा एक्विजिशन । . संक्षिप्त नाम: क्रैश-पी = दहन दर विश्लेषण धीरे-धीरे गर्म प्रणोदक का। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 4:क्रैश-पी परीक्षण का प्रायोगिक योजनाबद्ध। तापमान-निगरानी प्रणाली हीटिंग दर को नियंत्रित करती है। गतिशील दबाव सेंसर ऑटोग्निशन इवेंट की प्रतिक्रिया हिंसा की मात्रा निर्धारित करते हैं, और एक डेटा अधिग्रहण प्रणाली प्रयोग के लिए इन सभी परीक्षण डेटा को रिकॉर्ड करती है। क्रैश-पी = दहन दर विश्लेषण धीरे-धीरे गर्म प्रणोदक का। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र 5:क्रैश-पी टेस्ट रन के लिए प्रतिनिधि परीक्षण डेटा। (A)परीक्षण के दौरान तापमान के निशान । (ख)रियर, बैक और फ्रंट डायनेमिक प्रेशर रीडिंग । (ग)क्रैश-पी सैंपल कंटेनर टेस्ट के बाद। (घ)छह अलग-अलग रॉकेट प्रणोदक फॉर्मूलों के लिए फ्रंट डायनेमिक प्रेशर रीडिंग की तुलना। क्रैश-पी = दहन दर विश्लेषण धीरे-धीरे गर्म प्रणोदक का। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
Discussion
क्रैश-पी परीक्षण की स्थापना के सबसे महत्वपूर्ण भागों में से एक यह तय कर रहा था कि परीक्षण से किस मीट्रिक का उपयोग रॉकेट प्रणोदक योगों की प्रतिक्रिया हिंसा को निर्धारित करने के लिए सबसे अच्छा किया जाएगा । प्रतिक्रिया से उत्पादित दबाव की गति और मात्रा सीधे प्रतिक्रिया करते समय रॉकेट प्रणोदक द्वारा उत्पादित शक्ति के आनुपातिक होती है। यह भी सीधे एक पूर्ण पैमाने पर एससीओ परीक्षण में इस्तेमाल विस्फोट ओवरप्रेशर गेज के अनुरूप है । प्रारंभ में, दबाव दर (डीपी/डीटी) का उपयोग किया गया था, लेकिन ये आंकड़े भ्रामक थे क्योंकि विभिन्न योगों में विभिन्न मात्रा में ईंधन और ऑक्सीडाइजर होते हैं और अलग-अलग संरचना के साथ विभिन्न मात्रा में गैस का उत्पादन होता है। निर्माण सामग्री को बदलने के प्रभाव से इस पूर्वाग्रह को कम करने के लिए, समय के बजाय ९०% पीक दबाव का इस्तेमाल किया गया था, और यह पूर्ण पैमाने पर एससीओ परीक्षण हिंसा के साथ अच्छी तरह से सहसंबद्ध ।
एक और परीक्षण ऑपरेशन जो महत्वपूर्ण पाया गया वह है कारावास । प्रारंभिक नमूना धारकों को परीक्षण के उच्च तापमान को संभालने के लिए डिज़ाइन किए गए थर्मोप्लास्टिक सामग्री के साथ बनाया गया था। दुर्भाग्य से, जबकि इन नमूनों पिघल नहीं था, वे नरम और धातु नमूना धारकों के रूप में एक ही कारावास प्रदान नहीं किया । इन नमूनों के लिए प्रतिक्रिया हिंसा धातु नमूना धारकों के लिए प्रतिक्रिया हिंसा से काफ़ी कम था । परीक्षण के बारे में एक और महत्वपूर्ण निष्कर्ष यह था कि कुछ रॉकेट प्रणोदक योगों में मज़बूती से ऑटोग्नाइट करने के लिए महत्वपूर्ण आकार थे। एल्यूमीनियम योगों को खाना पकाने में कठिनाई होती थी और यदि वे 50 ग्राम के तहत होते थे तो ऑटोग्निटिंग करते थे। यह हिंसक प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक अमोनियम परक्लोरेट की एक सीमा राशि की आवश्यकता के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था। इसके अलावा, एक और अंतर्दृष्टि यह थी कि थर्मोप्लास्टिक बोल्ट काम नहीं करते थे। मूल क्रैश-पी नमूना धारक बोल्ट तिरछी नज़र से बने थे, और इसे स्टेनलेस स्टील में बदलना पड़ा। प्रणोदक ऑटोग्नेशन प्राप्त होने से पहले ताकीदार सामग्री थर्मल विस्तार के कारण कारावास काफी मजबूत नहीं था।
कुछ योगों के लिए जो उच्च तापमान पर प्रज्वलित होते हैं, मुख्य रूप से एल्यूमीनियम प्रणोदक धारक मामले का उपयोग करके एल्यूमीनियम प्रणोदक धारक मामले का उपयोग करना वांछनीय है क्योंकि वे उच्च तापमान पर नरम नहीं होते हैं। अंत में, आईसीपी गतिशील दबाव सेंसर मूल दबाव सेंसर का उपयोग किया गया। हालांकि, ~ 10 परीक्षणों के बाद, परिणाम तेजी से शोर हो गया, शायद बहुत अधिक तापमान के संपर्क में आने से। एम्पलीफायर सेंसर चार्ज करने के लिए आईसीपी सेंसर से डायनेमिक प्रेशर सेंसर स्विच किए गए थे। हालांकि, चार्ज एम्पलीफायर सेंसर चार्ज खो अगर बहुत लंबे समय के लिए छोड़ दिया । इस प्रभाव को कम करने के लिए, एक इन-लाइन चार्ज ए-टू-आईसीपी कनवर्टर का उपयोग सुरक्षित तापमान क्षेत्र में डाउनस्ट्रीम किया गया था। चूंकि प्रेशर सेंसर की अधिकतम नमूना दर 500,000 नमूने/एस है, इसलिए 50,000 नमूने/एस की तुलना में नमूना दरों को दर्ज किया जा सकता है। हालांकि, इसकी कोई जरूरत नहीं थी क्योंकि घटनाएं उतनी तेजी से नहीं थीं ।
Disclosures
लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।
Acknowledgments
लेखक संयुक्त संवर्धित हथियारों प्रौद्योगिकी कार्यक्रम का शुक्रिया अदा करना चाहते हैं । श्री एंथनी डिस्टेसियो और जेफरी बिज्जू ने यह सुनिश्चित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई थी कि यह काम पूरा हो गया था ।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| ½ x 24 x 12’ Ceramic Insulative Blanket | Cotronics Corporation | 370-3 | Thermal Insulation for CRASH-P Chamber |
| 20 gauge K-Type Thermocouple | Omega Engineering | EXPP-K-20-SLE-500 | Thermocouple wire for temperature measurements |
| Dynamic Pressure Signal Conditioner | PCB Piezotronics | 482C16 | Converts ICP signal to voltage for data acquisition system |
| Electrical feedthrough of CRASH-P chamber | Conax | ||
| GC-35 Reaction Chamber | High Pressure Equipment Company | GC-35 | Main Reaction Chamber of CRASH-P Test |
| Gen 3i and Perception software | HBM Inc. | Gen3i | Main Data Acquisition System for CRASH-P Data |
| High-Temperature Charge-Amplified Pressure Sensor | PCB Piezotronics | 113B03 | Dynamic Pressure Sensors used in CRASH-P Test |
| In-Line Charge Amp-to-ICP Converter | PCB Piezotronics | 422E53 | Converters pressure sensor charge amp signal to ICP signal |
| Mica Band Heaters | Omega Engineering | MBH00295 | Resistive Element for Heating up CRASH-P Test |
| Quantum X Thermocouple Amplifier | HBM Inc. | 1-MX1609KB | Used for getting Temperature Measurements |
| Teflon Insulated K-type thermocouple (0.02 inch diameter) | Omega Engineering | 5TC-TT-K-24-36 | K-Type Thermocouples |
| Temperature Controller | Omega Engineering | CN3251 | PID Temperature Controller |
References
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