Summary
Vi presenterar ett protokoll för ett test i laboratorieskala för fasta raketdrivmedel som kallas förbränningshastighetsanalys av ett långsamt uppvärmt drivmedel (CRASH-P) test. Trånga raketdrivmedel värms långsamt upp fram till autoignition, och både spirtemperaturen och reaktionsvåldet mäts med dynamiska trycksensorer.
Abstract
Solida raketdrivmedel används ofta för framdrivningstillämpningar av militära och rymdorgan. Även om de är mycket effektiva kan de vara farliga för personal och utrustning under vissa förhållanden, med långsam uppvärmning under trånga förhållanden som en särskild fara. Detta dokument beskriver ett billigare laboratorietest som är lättare att ställa in och utvecklades för screening av raketdrivmedelsingredienser. Raketdrivmedel gjuts i provhållare som har konstruerats för att ha samma inneslutning som standardraketmotorer (drivmedelsvolym till total volym i behållaren) och se till att drivmedlet inte lätt kan ventileras. Reaktionsvåld kvantifieras av den tid det tar att nå 90% av det maximala trycket efter autoignition, vilket är analogt med blast övertrycksmätare som används för att mäta våld i ett fullskaligt test. Ett positivt samband observerades mellan den hastighet och det tryck som reaktionen gav upphov till och den effekt som raketdrivmedlet producerade under reaktionen.
Introduction
Solida raketdrivmedel används i stor utsträckning i försvars-, rymd- och gasgenererande applikationer. De är relativt pålitliga bränslen som utför många funktioner extremt bra. Många raketdrivmedel innehåller dock farliga ingredienser som ammoniumperklorat (AP). Raketdrivmedel med dessa oxidationsmedel kan explodera våldsamt när de långsamt värmsupp 1,2,3. Det har inträffat flera uppmärksammade olyckor med långsam uppvärmning av raketdrivmedel eller raketdrivmedelsingredienser som har uppmärksammat dessa frågor som branden och efterföljande kokning av ammunition på USS Forrestal4 och PEPCON-explosionen1. Även om detta tack och lov är sällsynta händelser kan de vara förödande på grund av de personal- och utrustningsförluster som uppstår. Därför finns det motivation att förstå våldet i dessa reaktioner och driva ner dem när det är möjligt. En av de främsta orsakerna till våldsamma cook-off händelser med raket drivmedel är att många av ingredienserna delvis sönderdelas, lämnar reaktiva produktgaser bakom tillsammans med oxidationsmedel med en förbättrad reaktiv yta.
Ett specifikt exempel på detta är jonsalt, ammoniumperklorat. Lågtemperatur nedbrytningen av ammoniumperklorat dras ut och ofullständig, lämnar reaktiva mellanprodukter inom en drivmedelsram med betydande porositet och yta tillgänglig för efterföljande reaktioner5,6,7,8,9. Dessutom kan raketdrivmedel som innehåller ammoniumnitrat och explosiva nitraminföreningar ha mycket våldsamma reaktioner när de värmslångsamt 10,11,12. Långsamt cook-off våld är ett viktigt okänsligt ammunitionsmått eftersom många raketer krävs enligt lag för att klara dessa tester13. För närvarande är det bästa sättet att avgöra om en raketdrivmedelsformulering reagerar för våldsamt under långsamma uppvärmningsförhållanden att köra ett slow cook-off -test (SCO) på en fullskalig raketmotor. Dessa tester innebär att man tar en raketmotor i full storlek och värmer den långsamt i en engångskonvektionsugn.
Temperaturspår finns på flera platser fram till reaktionen där våldet sedan bedöms utifrån olika indikatorer som sträcker sig från containerskador och fragmentering till enkla övertrycksmätare och dynamiska trycksensorer för mätning av sprängtryck. Dessa fullskaliga tester är ofta dyra och är inte praktiska för att undersöka mindre förändringar i drivmedelsingredienser14. Några laboratorietester har utvecklats som involverar uppvärmning av drivmedel eller sprängämnen i en mängd olika konfigurationer och bedömning av containerskador efter autoignitionshändelsen. Även om nuvarande laboratorietester förutsäger tiden att laga mat bra och ibland autoignitionstemperaturen15,16,17, är de mindre varande att förutsäga våldet.
Ett vanligt test är det variabla avkokningstestet18 som långsamt värmer en cylinder drivmedel tills det antänds. Reaktionens våld bestäms av fragmenteringen av kammaren och bultar under den exotemiska autoignitionsreaktionen. De vanligaste laboratorietesterna använder kammarens slutliga tillstånd för att rangordna reaktionsvåld, och det finns en grad av subjektivitet i bedömningen. Små skillnader i reaktionsvåld är svåra att avgöra. Denna bedömning av våld är kvalitativ till sin natur, och det kan vara svårt att bedöma om en förändring av en formuleringsingrediens förändrade SCO-våldet. Till skillnad från en faktisk raketmotor begränsar inte aktuella laboratorietester drivmedlet inuti ett fodral. Produktgaser kan lätt komma ut, och detta är viktigt eftersom gaserna kan reagera med drivmedlet heterogent eller vara reaktiva själva, som i fallet med ammoniak och perklorsyra om ammoniumperklorat används.
En av de bästa insatserna för att instrumentera ett laboratorieskalatest var användningen av en dynamisk trycksensor på en småskalig cook-off bomb19. Detta gjorde det möjligt att avgöra skillnader i reaktionsvåld med högre upplösning för relativt små förändringar i formuleringen av raketdrivmedel. Ett kritiskt problem med detta test är dock att det inte innesluter raketdrivmedier på samma sätt som en faktisk raketmotor, och många modellerings- och delskaleexperiment har visat att detta är en viktig faktor för övervägande20. Dessutom har drivmedlet vanligtvis inte samma mängd exponerad yta eller samma fria volym och är inte geometriskt inneslutet på samma sätt som en fullskalig provning. Förbränningshastighetsanalysen av ett långsamt uppvärmt drivmedelstest (CRASH-P) utformades för att förbättra dessa tidigare tester. Prover mellan 25 g och 100 g kan provas under liknande förhållanden för inneslutning av drivmedel som en fullskalig provning21. Det ger också ett sätt att mäta den effekt som produceras från reaktionshändelsen kvantitativt genom dynamiska trycksensormätningar, vilket är något som nuvarande subskaletester inte ger. Resultaten har visat sig korrelera väl med fullskaliga SCO-tester.
Protocol
1. Beredning av drivmedelsprov
- Blanda försiktigt drivmedelsingredienser (polymerharts, mjukgörare och fasta bränsle- och oxidationsmedelspartiklar) i en roterande planetmixer under en fastställd tid.
OBS: Blandningstiden beror på den specifika formuleringen, men de flesta blandningar tar minst 2 timmar. - Gjutet oskyddat raketdrivmedel i en specialtillverkad CRASH-P provhållare. Placera en polytetrafluoretylenmandrel i mitten av provhållaren medan du gjuter för att skapa en centrumperforering när drivmedlet härdar. Använd en dornhållare (figur 1) för att säkerställa att mittperforeringen i drivmedlet är rak och konsekvent.
OBS: CRASH-P provhållare bör skalas för att ha samma drivmedelsvolym till intern kammarens volym som en faktisk raketmotor för att efterlikna drivmedelsspärren för en fullskalig raketmotor. CRASH-P provhållare är gjorda av polyeter eter keton (PEEK) eller aluminium. Även om raketformuleringar utan metallbränsle kan använda PEEK, bör metalliserade formuleringar använda aluminiumhållare så att de inte smälter för tidigt under autoignition. - Placera CRASH-P-prover i en ugn för att påskynda eventuella polyuretanreaktioner eller annan kemi som krävs för att härda drivmedlet. Håll ugnstemperaturen på 60 °C för uretanhärdning och öka eller minska temperaturen beroende på raketdrivmedelsingredienserna.
- När drivmedlingarna har härdat, trimma dem så att överskott av drivmedel inte sticker ut från provhållarytan och stör O-ringens ansiktstätning. Ta säkert bort dornen från varje formulering genom att försiktigt dra ut den.
OBS: Drivmedlet ska trimmas med ett rakblad eller annat vasst föremål för att minimera friktionssår mot drivmedelsytan. - Placera en O-ring av silikon inuti CRASH-P-provhållarens ansikte för en korrekt trycktätning (figur 1).
OBS: O-ringens storlek varierar beroende på storleken på CRASH-P-provhållaren. Till exempel används en O-ring i storlek 025 för 25 g-testet och en O-ring i 128-storlek används för 50 g-testet. - Skruva fast locket på CRASH-P-provhållaren och dra åt det med en insexnyckel. Dra åt bultarna i ett stjärnmönster för att fördela tätningskraften jämnare.
2. FÖRBEREDELSE AV CRASH-P-kammare
- Se till att CRASH-P-kammaren inte trycksatt genom att öppna avgasventilen som är fäst vid CRASH-P-kammaren. Ta bort kammarlocket, locket och dragbrickan från CRASH-P-karossen. Fäst en planka på CRASH-P-locket för att hålla CRASH-P-proverna.
- Rengör CRASH-P-kammaren för att ta bort spår av det senaste testet. Skrubba alla förbränningsrester med en trådborste och rengör kammaren med ett organiskt lösningsmedel som etanol, isopropanol, aceton eller metyletylketon. Kassera engångsrengöringsmaterial som farligt avfall i enlighet med lokala och nationella bestämmelser.
OBS: Personlig skyddsutrustning bör användas vid rengöring med de angivna lösningsmedel, såsom ögonskydd, lämplig laboratorierock eller kemiskt resistenta handskar. - Inspektera CRASH-P dynamiska trycksensorer för ovanligt slitage.
OBS: Sensorerna använder en infälld montering med CRASH-P-kammaren eftersom de endast kan hantera en maximal temperatur på 204 °C för att förhindra skador på deras inre elektronik. Dessa högtemperatursensorer använder en nedströmsomvandlare (se materialförteckningen)för att ändra signalen till en integrerad krets piezoelektrisk (ICP) signal. - Ta bort de 1/8 tums ARMATURER (American National Pipe Thread) som fäster trycksensorerna på CRASH-P-huvudkroppen. Rengör eventuella förbränningsrester med en spatel eller organiskt lösningsmedel. Ta bort trycksensorn från NPT-kopplingen.
- Fyll NPT-kopplingen med rumstemperatur som vulkaniserar silikontätningsmedel. Trä tillbaka trycksensorn inuti och se till att en del av tätningsmedlet är extruderat. Torka av tätningsmedlet så att det är i linje med 1/8 tums NPT-montering.
- Låt tätningsmedlet härda i minst 12 timmar. Installera om NPT-kopplade trycksensorer för att skydda sensorerna från explosionsinducerade temperaturfel i de dynamiska tryckavläsningarna.
- Förbered elektriska matningsgenomgångar för temperaturdiagnostiken. Ta bort termoelementtrådarna på isoleringen och kör de nakna ledningarna genom matningsramens isolerande hylsa.
OBS: Modellen och typen av elektriska matning genomgångar varierar beroende på trådmätaren och mängden matning som behövs. Se materialförteckningen för de elektriska matningsgenomgångar som används i CRASH-P-kammaren. - Använd standard termoelement av K-typ för CRASH-P-testet eftersom provningens temperatur och provtagningshastigheter är ganska standard. Installera en parningsanslutning i andra änden av matningsgenomgången.
OBS: Av produktivitetsskäl uppmuntras det att göra flera elektriska genomgångar. - Trä de två elektriska genomgångarna genom kammarlocket. Lämna minst 0,3 m termoelement för varje genommatning inuti kammaren. Se till att termoelementens pärlsida är inne i CRASH-P-kammaren.
3. Installation av drivmedelsprov
- Fäst det förseglade CRASH-P-provet på stålplankan (figur 2B) som är fäst vid kammarelocket för CRASH-P-provningen för att hålla provet i mitten av kammaren.
OBS: Om du ser till att provet är i mitten av kammaren utan att vidröra kärlets vägg, säkerställs att provet värms upp genom konvektion i stället för ledning. - Placera en av termoelementen från de elektriska genomgångarna inuti drivmedelsprovhållaren för att fånga eventuella exotermiska reaktioner. Placera ett annat termoelement på stålplankan och peka upp för att prova lufttemperaturen inuti CRASH-P-kammaren (figur 2). Se till att termoelementprovtagningen lufttemperaturen är den kontrollerande termoelementet för temperaturregulatorn.
- Placera tätningsringen i det ringliknande strecksatsen på CRASH-P-kammaren. Se till att tätningsringen är ren från främmande föremålsrester.
- När provet är ordentligt fastsatt på plankan och termoelementen är ordentligt placerade, skjut in kammarlocket i kammarens kropp. Var försiktig så att du inte vrider kammarlocket genom att markera kammarlocket.
- Använd en cylindrisk stång för att föra in dragkraftsbrickan och trä helt och dra fast fästhuvudet på kammaren.
- Montera 7/8"-9-setskruvarnas sexkantsbult i kammarhuvudet. Dra åt dem i ett stjärnmönster för att säkerställa att kammaren dras åt jämnt. Använd en momentnyckel för den slutliga kammarens åtdragning för att säkerställa en enhetlig tätning.
OBS: I allmänhet är 169,48 N▼m tillräckliga för enhetlig tätning. - Montera kammarklämmorna och håll dem på plats med dowel stift. Använd vid behov en gummiklubba för att säkerställa en ombonad passform för musslan och förhindra vertikal rörelse från kammaren.
- Montera kammarens ändplatta genom att skruva fast den på provningsbordet för att förhindra att CRASH-P-provningen rör sig axiellt under en tändningshändelse.
- Anslut de dynamiska trycksensorns medaxiella kablar till signalbalsamet. Anslut elbandsvärmaren (figur 2D) till uttagen som ansluts till temperaturregulatorerna så att bandvärmaren kan styras av en temperaturregulator som levererar 220 VAC-ström till värmarna.
4. Ställa in och kontrollera provningsinstrumentering
- Programmera temperaturregulatorn (som kräver 120 VAC-ström) så att den överför en 24 V-signal till en reläbrytare med fast tillstånd som avgör när värmeeffekten slås på eller stängs av.
OBS: Precis som alla cook-off-tester är programmering av temperaturregulatorn avgörande för att köra tillförlitliga tester. - Justera temperaturregulatorn före provningen för att få lämpliga värmeegenskaper.
OBS: Den proportionella förstärkningen, de integrerade egenskaperna och hastigheten bör alla ställas in för att minimera svängningar och överskridanden. - Ställ in de temperaturvärden som behövs för 16 tidsintervall på temperaturregulatorn. Använd de tre första intervallen för att ställa in en ramp och blötläggningsperiod där temperaturen hålls vid 50 °C i minst 2 timmar. Ange sedan intervallen för att tillhandahålla datapunkterna för att provningen ska ha en linjär värmeprofil som inte ändrar lutning under provningen (15 °C/h är målet) och ställ in den slutliga temperaturen på 300 °C.
- Se till att inlopps- och utloppsledningarna är anslutna till den dynamiska trycksignalbalsamet. Slå på den dynamiska trycksignalbalsamet. Om inga shorts anges går du vidare till nästa steg.
OBS: Ett rött ljus tänds för en kortsluten sensor. - Använd tre termoelement av K-typ vars ändar slutar inuti en termoelementförstärkare och se till att förstärkaren är påständ. Slå på övervakningskameran för testet för att spela in CRASH-P-testet via video så att operatörerna kan se om något händer med kammaren på distans. Slå på elkraften till värmaren på manöverkonsolen (bild 3) och slå på temperaturregulatorn för att fjärrköra testet.
- Aktivera RSEN på sidan CTRL i temperaturregulatorn. Tryck på aux-knappen på temperaturregulatorn för att ändra provningsförhållandet från standbyläge till körning så att provningen börjar värma upp kammaren.
5. Datainsamling och testrensning
- Konstruera en arbetsbänk i programvaran för datainsamlingssystem för att ställa in två distinkta områden för insamling av testdata: en för tryck som ska mätas av huvudkortet och den andra för temperaturer som ska tas för termoelementförstärkaren (figur 3).
- Kontrollera datainsamlingssystemet för att se om det fanns en utlöst händelse, vilket innebär att provet upplevde en exoterm reaktion och kan stoppas. Ställ in systemet så att det körs på en utlöst svepmekanism så att tryckprovtagningshastigheten efter att en tröskelspänning har uppnåtts går från ett prov per sekund till 50 000 prover/s för att exakt lösa det arbete som utförts av det reagerande provet under autoignition.
OBS: Inert-tester bör köras i förväg för att undersöka hur uppvärmningshastigheten ska styras. Laddningsförstärkta sensorer kan prova i en hastighet upp till 500 000 prover/s, men den hastigheten är vanligtvis inte nödvändig för denna provning. - Om en exoterm utlöst reaktion observeras trycker du på stoppknappen på datainsamlingsprogramvaran. Eftersom datainsamlingen inte avslutas på egen hand, kontrollera regelbundet testet för att kontrollera om det finns en temperaturexoterm eller ett utlöst trycksvar. Om någon av dessa observeras, stoppa inspelningen manuellt och stäng av värmeelementens ström, video och temperaturregulator.
- Exportera temperatur- och tryckdata manuellt till textfiler som avgränsas på fliken, och se till att tryck- och temperaturdata exporteras separat på grund av de olika samplingshastigheterna. Överför textfilerna till en annan dator för att utföra dataanalyser av resultaten.
- Vänta i minst 12 timmar tills testet har svalnat innan du demonterar testkammaren. Ventilera kammaren för att frigöra eventuella produktgaser från den exotermiska reaktionen. Demontera testkammaren försiktigt.
OBS: Använd personlig skyddsutrustning-kemisk/flamsäker labbrock, lämpliga handskar och andningsskydd som raketdrivmedelsprodukter kan vara farliga. - Rengör kammaren och alla komponenter och fånga provbehållarens fragment av provhållaren.
6. CRASH-P-dataanalys
OBS: Dataanalysen består av de faktiska temperaturspåren och de utlösta dynamiska tryckdata. Data anskaffningssystemet markerar platsen för utlösaren och användaren kan se tiden då detta inträffade. Utlösaren motsvarar ett dynamiskt tryckvärde som är 5 % högre än baslinjen.
- Stoppa inspelningen i programvaran och exportera temperatur- och tryckdata till tabbavgränsade textfiler.
- Öppna textfilerna med grafprogramvara. Kontrollera data för temperaturutarma från vilka tändtemperaturen kan bestämmas och kontrollera hur snabbt kammaren trycksatt.
- Jämför CRASH-P-resultaten med fullskaliga SCO-testdata för formuleringen som testas, om dessa finns tillgängliga. Jämför autoignition temperatur och reaktion våld.
Representative Results
För att hjälpa läsaren att visualisera hur delsystemen i CRASH-P-testet interagerar med varandra visas ett experimentellt schema i figur 4. Termoelement inuti CRASH-P-kammaren styr matningsdata till datainsamlingssystemet genom en termoelementförstärkare. Temperaturregulatorn driver ett elektriskt relä som slår på och av de elektriska bandvärmaren. Detta säkerställer att rätt värmeprofil uppnås för raketdrivmedelsprovet. När autoignition av provet inträffar utlöser datainsamlingssystemet insamlingen av dynamiska tryckdata med hög hastighet vid 50 000 prover/0. Testet avslutas sedan, data sparas och temperaturkontrollsystemet stängs av. Efter minst 12 timmar ska CRASH-P-kammaren vara i rumstemperatur och eventuella produktgaser kan uttömmas.
Typiska representativa resultat visas i figur 5. Temperaturspår tillhandahålls för den inre kammarluften och den inre drivmedelstemperaturen av datainsamlingssystemet. Mindre exotermiska reaktioner före antändning mäts ofta tillsammans med den huvudsakliga exotermiska reaktionen. Vanligtvis är den exotermiska reaktionen inte tillräckligt våldsam för att bryta termoelementpärlan, så hela händelsen kan fångas. Dessutom registreras dynamiska tryckavläsningar för reaktionen för de främre, bakre och bakre dynamiska tryckmätarna. Liksom de flesta laboratoriekokarhändelser kan provbehållarens tillstånd efter reaktionen bedömas för skador (figur 5C). Slutligen visar figur 5D att det kan finnas en ganska stor grad av uppmätt variation i reaktionsvåldet i olika drivmedelsprover, vilket gör att våldet kan kvantifieras och jämföras med de olika reaktionerna. I allmänhet hade snabbare tryckreaktioner mer spridning eller brus i tryckdata (Figur 5D), vilket är förenligt med den större svängningen av kammaren på grund av ett mer våldsamt svar.
Figur 1:Beredning och försegling avCRASH-P-prover. B)Raketdrivmedel gjuts i en provhållare med polytetrafluoretenmandrel. C)Drivmedelsproverna trimmas och en O-ring placeras i behållaren för tätningsändamål. D)Provbehållaren är förseglad och bultad. Provspärren är densamma som för faktiska raketmotorer. Förkortning: CRASH-P = Förbränningshastighetsanalys av ett långsamt uppvärmt drivmedel. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Figur 2:Provbelastning och beredning av CRASH-P-provningen. Provplacering är avgörande. A)Proverna placeras på en planka och värms upp centralt genom naturlig konvektion under provningen. B)Provet bultas och hålls på plats på plankan. C)Termoelement placeras på plankan och inuti drivmedelsprovet för temperaturreglering och diagnostik. (D) CRASH-P-kammaren är förseglad och bandvärmare är anslutna till en 220 VAC-strömförsörjning som styrs av temperaturregulatorn. Förkortning: CRASH-P = Förbränningshastighetsanalys av ett långsamt uppvärmt drivmedel. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Figur 3:Instrumentering och datainsamling för CRASH-P-provningen. (A) Dynamisk trycksignalbalsam,(B)termoelementförstärkare,(C)provningsvärmereglage och(D)datainsamling under provningen. . Förkortning: CRASH-P = Förbränningshastighetsanalys av ett långsamt uppvärmt drivmedel. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Figur 4: Experimentellt schema för CRASH-P-testet. Temperaturövervakningssystemet styr uppvärmningshastigheten. Dynamiska trycksensorer kvantifierar reaktionsvåldet i autoignitionshändelsen, och ett datainsamlingssystem registrerar alla dessa testdata för experimentet. CRASH-P = Analys av förbränningshastighet av ett långsamt uppvärmt drivmedel. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Figur 5:Representativa provningsdata för CRASH-P-provkörning. B)Bakre, bakre och främre dynamiska tryckavläsningar. C)CRASH-P provbehållare efter provning. (D) Jämförelse av främre dynamiska tryckavläsningar för sex olika raketdrivmedelsformuleringar. CRASH-P = Analys av förbränningshastighet av ett långsamt uppvärmt drivmedel. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Discussion
En av de viktigaste delarna i att fastställa CRASH-P-testet var att bestämma vilket mått från testet som bäst skulle användas för att kvantifiera reaktionsvåldet hos raketdrivmedelsformuleringarna. Den hastighet och mängd tryck som produceras från reaktionen står i direkt proportion till den effekt som raketdrivmedlet framställer vid reaktion. Det är också direkt analogt med blastövertrycksmätaren som används i ett fullskaligt SCO-test. Ursprungligen användes trycksättningshastighet (dP/dt), men dessa data var vilseledande eftersom olika formuleringar innehåller olika mängder bränsle och oxidationsmedel och producerar olika mängder gas med varierande sammansättning. För att minimera denna bias från effekterna av att ändra formuleringsingredienserna användes tiden till 90% topptryck istället, och det korrelerade väl med fullskaligt SCO-testvåld.
En annan teståtgärd som visade sig vara viktig är inspärrning. Tidiga provhållare tillverkades med termoplastiska material som var utformade för att hantera testets höga temperaturer. Tyvärr, även om dessa prover inte smälte, mjuknat de och gav inte samma inneslutning som metallprovhållare. Reaktionsvåldet för dessa prover var märkbart mindre än reaktionsvåldet för metallprovhållare. Ett annat viktigt fynd om testet var att vissa raketdrivmedelsformuleringar hade kritiska storlekar för att autoignitera tillförlitligt. Aluminiserade formuleringar hade svårt att laga mat och autoigniting om de var under 50 g. Detta tillskrevs kravet på en tröskelmängd ammoniumperklorat som krävdes för den våldsamma reaktionen. Dessutom var en annan insikt att termoplastiska bultar inte fungerade. De ursprungliga CRASH-P provhållarbultarna tillverkades av PEEK, och detta måste bytas till rostfritt stål. Inneslutning var inte tillräckligt stark på grund av PEEK-materialet som expanderar termiskt innan drivmedel autoignition uppnåddes.
För vissa formuleringar som antänds vid högre temperaturer, främst aluminiumiserade formuleringar, är det önskvärt att använda ett aluminiumdrivmedelshållarefall eftersom de inte mjuknar vid högre temperaturer. Slutligen var ICP dynamiska trycksensorer de ursprungliga trycksensorerna som användes. Men efter ~ 10 tester blev resultaten alltmer bullriga, förmodligen från att utsättas för för hög temperatur. De dynamiska trycksensorerna byttes från ICP-sensorer till laddningsförstärkare. Laddningsförstärkare förlorar dock laddningen om den lämnas på för länge. För att minimera den här effekten användes en in-line laddnings amp-till-ICP-omvandlare nedströms vid ett säkert temperaturområde. Eftersom trycksensorns maximala provtagningshastighet är 500 000 prover/prover kan provtagningshastigheter som är snabbare än 50 000 prov/prover registreras. Det fanns dock inget behov av detta eftersom händelserna inte var så snabba.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Författarna vill tacka joint enhanced munitions technology program. Anthony DiStasio och Jeffrey Brock var med och såg till att arbetet var klart.
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
- Ibitayo, O. O., Mushkatel, A., Pijawka, K. D. Social and political amplification of technological hazards: The case of the PEPCON explosion. Journal of Hazardous Materials. 114 (1-3), 15-25 (2004).
- Boggs, T. L. The hazards of solid propellant combustion. International Journal of Energetic Materials and Chemical Propulsion. 4 (1-6), 233-267 (1997).
- Price, D., Clairmont, A. R., Jaffe, I.
- Stewart, H. P. The impact of the USS Forrestal's 1967 fire on United States navy shipboard damage control. Master's Thesis, U.S. Army Command and General Staff College. , (2004).
- Bircumshaw, L. L., Newman, B. H. The thermal decomposition of ammonium perchlorate. I. Introduction, experimental analysis of gaseous products, and thermal decomposition experiments. Proceedings of the Royal Society A. Mathematical and Physical Sciences. 227 (1168), 115-132 (1954).
- Bircumshaw, L. L., Newman, B. H. The thermal decomposition of ammonium perchlorate, II. The kinetics of the decomposition, the effect of particle size, and discussion of results. Proceedings of the Royal Society of London . Series A. Mathematical and Physical Sciences. 227 (1169), 228-241 (1955).
- Bircumshaw, L. L., Phillips, T. R. The kinetics of thermal decomposition of ammonium perchlorate. Journal of the Chemical Society (Resumed). 12, 4741-4747 (1957).
- Boldyrev, V. V.
- Tolmachoff, E. D., Essel, J. T. Evidence and modeling of heterogeneous reactions of low temperature ammonium perchlorate decomposition. Combustion and Flame. 200, 316-324 (2019).
- Van Dolah, R. W., Mason, C. M., Perzak, F. J. P., Hay, J. E., Forshey, D. R. Explosion hazards of ammonium nitrate under fire exposure. Report of Investigations 6773, United States Department of the Interior, Bureau of Mines. , (1966).
- Doriath, G. Energetic insensitive propellants for solid and ducted rockets. Journal of Propulsion and Power. 11 (4), 870-882 (1995).
- Oxiey, J. C., Kaushik, S. M., Gilson, N. S. Thermal stability and compatibility of ammonium nitrate explosives on a small and large scale. Thermochimica Acta. 212 (21), 77-85 (1992).
- Melita, A. J.
- Hayden, H. F., Lustig, E. A., Lawrence, B. G. Development of small-scale slow cook-off (SCO) testing protocol for granular propellants. NDIA Insensitive Munitions and Energetic Materials Conference. , Rome, Italy. (2015).
- Victor, A. C Simple calculation methods for munitions cookoff times and temperatures. Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 20 (5), 252-259 (1995).
- Sandusky, H. W., Chambers, G. P., Erikson, W. W., Schmitt, R. G. Validation experiments for modelling slow cook off. Proceedings of the 12th International Detonation Symposium. , San Diego, California. 863-872 (2002).
- Cook, M. P., Stennet, C., Hobbs, M. L. Development of a small scale thermal violence test. No. SAND2018-7274C. Sandia National Lab. , Albuquerque, NM. (2018).
- Alexander, K., Gibson, K., Baudler, B. Development of the Variable Confinement Cook-off Test. Indian Head Technical Report 1840. NAVSEA Indian Head Division. , (1996).
- Ho, S. Y. Thermomechanical properties of rocket propellants and correlation with cookoff behavior. Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 20 (4), 206-214 (1995).
- Erikson, W. W., Kaneshige, M. J. Pressure and free volume dependence in the cook-off of AP Composite Propellants. No. SAND2014-20085C. 46th JANNAF Combustion Subcommittee. , Albuquerque, New Mexico. (2014).
- Essel, J. T., et al. Investigating the effect of chemical ingredient modifications on the slow cook-off violence of ammonium perchlorate solid propellants on the laboratory scale. Journal of Energetic Materials. 38 (2), 127-141 (2020).
