Roket İticilerinin Laboratuvar Ölçeği Yavaş Pişirme Testi: Yavaş Isıtılmış İtici (CRASH-P) Testinin Yanma Hızı Analizi

Özet

Yavaş Isıtılmış İtici (CRASH-P) testinin Yanma Hızı Analizi adı verilen katı roket iticileri için laboratuvar ölçeğinde yavaş pişirme testi için bir protokol sunuyoruz. Sınırlı roket iticileri otomatik düzenlemeye kadar yavaşça ısıtılır ve hem pişirme sıcaklığı hem de reaksiyonun şiddeti dinamik basınç sensörleriyle ölçülür.

Özet

Katı roket iticileri, askeri ve uzay ajansları tarafından tahrik uygulamaları için yaygın olarak kullanılmaktadır. Son derece etkili olmalarına rağmen, belirli koşullar altında personel ve ekipman için tehlikeli olabilirler, sınırlı koşullarda yavaş ısıtma belirli bir tehlikedir. Bu makalede, kurulumu daha kolay olan ve roket itici bileşenlerinin tarandığı daha uygun fiyatlı bir laboratuvar testi açıklanmaktadır. Roket iticileri, standart roket motorlarıyla aynı hapsetmeye (konteynerdeki toplam hacme itici hacim) sahip olacak şekilde tasarlanmış numune tutuculara dökülür ve iticinin kolayca havalandırılmamasını sağlar. Reaksiyon şiddeti, otoigniasyondan sonra maksimum basıncın% 90'ına ulaşmak için gereken süreye göre ölçülür, bu da tam ölçekli bir testte şiddeti ölçmek için kullanılan aşırı basınç göstergelerini patlatmaya benzer. Reaksiyondan üretilen hız ve basınç ile reaksiyon sırasında roket iticisinin ürettiği güç arasında pozitif bir korelasyon gözlendi.

Giriş

Katı roket iticileri savunma, uzay ve gaz üreten uygulamalarda yaygın olarak kullanılır. Birçok işlevi son derece iyi yerine getiren nispeten güvenilir yakıtlardır. Bununla birlikte, birçok roket iticisi amonyum perklorat (AP) gibi tehlikeli maddeler içerir. Bu oksitleyicilere sahip roket iticileri yavaşça ısıtıldığında şiddetli bir şekilde patlayabilir^1,2,3. USS Forrestal⁴ ve PEPCON patlaması^1'dekimühimmatların ateş ve ardından pişirilmesi gibi bu konulara dikkat çeken roket itici veya roket itici bileşenlerin yavaş ısınmasıyla birkaç yüksek profilli kaza olmuştur. Bunlar çok nadir olaylar olsa da, meydana gelen personel ve ekipman kayıpları nedeniyle yıkıcı olabilir. Bu nedenle, bu tepkilerin şiddetini anlamak ve mümkün olduğunda onları aşağı çekmek için motivasyon vardır. Roket itici ile şiddetli pişirme olaylarının ana nedenlerinden biri, bileşenlerin çoğunun kısmen ayrışarak, gelişmiş reaktif yüzey alanına sahip oksitleyici ile birlikte reaktif ürün gazlarını geride bırakmasıdır.

Bunun özel bir örneği iyonik tuz, amonyum perklorattır. Amonyum perkloratın düşük sıcaklık ayrışması, reaktif ara ürünleri önemli gözeneklilik ve yüzey alanı ile itici bir çerçevede bırakarak, sonraki reaksiyonlar için^{kullanılabilir 5}, 6^,7,8,9. Ek olarak, amonyum nitrat ve patlayıcı nitramin bileşikleri içeren roket iticileri yavaşça ısıtıldığında çok şiddetli reaksiyonlara sahip olabilir^10,11,12. Yavaş pişirme şiddeti önemli bir duyarsız mühimmat ölçümüdür, çünkü birçok roketin bu testleri geçmesi kanunen gereklidir¹³. Şu anda, bir roket itici formülasyonun yavaş ısıtma koşullarında çok şiddetli tepki verip vermediğini belirlemenin en iyi yolu, tam ölçekli bir roket motorunda yavaş bir pişirme (SCO) testi yapmaktır. Bu testler, tam boyutlu bir roket motoru almayı ve tek kullanımlık bir konveksiyon fırınında yavaşça ısıtmayı içerir.

Sıcaklık izleri, şiddetin daha sonra konteyner hasarı ve parçalanmasından basit aşırı basınç göstergelerine ve patlama basıncını ölçmek için dinamik basınç sensörlerine kadar çeşitli göstergelere dayanarak değerlendirildiği reaksiyona kadar birden fazla yerde sağlanır. Bu tam ölçekli testler genellikle pahalıdır ve itici bileşenlerdeki küçük değişiklikleri araştırmak için pratik değildir¹⁴. Çeşitli konfigürasyonlarda itici veya patlayıcıların ısıtılmasını ve otomatik ateşleme olayından sonra konteyner hasarını değerlendirmeyi içeren birkaç laboratuvar ölçeğinde test geliştirilmiştir. Mevcut laboratuvar ölçeğindeki testler iyi pişirme süresini ve bazen otoigniasyon sıcaklığını^{15 , 16,17}, tahmin etmelerine rağmen, şiddeti daha az tahmin edebiliyorlar.

Yaygın olarak kullanılan bir test, bir itici silindiri tutuşana kadar yavaşça ısıtan değişken hapsetme pişirme testi^18'dir. Reaksiyonun şiddeti, ekzotermik otoignisiyon reaksiyonu sırasında odanın ve cıvataların parçalanması ile belirlenir. En yaygın laboratuvar testleri, reaksiyon şiddetini sıralamak için odanın son koşulunı kullanır ve değerlendirmeye bir dereceye kadar öznellik vardır. Reaksiyon şiddetinde küçük farklılıkları belirlemek zordur. Bu şiddet değerlendirmesi doğası gereği nitelikseldir ve bir formülasyon bileşenindeki bir değişikliğin ŞİÖ şiddetini değiştirip değiştirmediğini değerlendirmek zor olabilir. Ayrıca, gerçek bir roket motorunu aksine, mevcut laboratuvar testleri iticiyi bir kasanın içine hapsetmez. Ürün gazları kolayca kaçabilir ve bu önemlidir, çünkü gazlar itici madde ile heterojen olarak reaksiyona girebilir veya amonyum perklorat kullanılırsa amonyak ve perklorik asit durumunda olduğu gibi kendileri reaktif olabilir.

Laboratuvar ölçeği testini araçlamadaki en iyi çabalardan biri, küçük ölçekli bir pişirme bombası^19'dadinamik bir basınç sensörünün kullanılmasını içeriyordu. Bu, roket itici formülasyonundaki nispeten küçük değişiklikler için daha yüksek çözünürlük, reaksiyon şiddetinde ölçülebilir farklılıklar belirlenmesine izin sağladı. Bununla birlikte, bu testle ilgili kritik bir sorun, roket iticilerini gerçek bir roket motoruyla aynı şekilde sınırlamamasıdır ve çok sayıda modelleme ve alt ölçek deneyleri bunun dikkate alınması için önemli bir faktör olduğunu göstermiştir²⁰. Ek olarak, itici genellikle aynı miktarda açık yüzey alanına veya aynı serbest hacme sahip değildir ve geometrik olarak tam ölçekli bir testle aynı şekilde sınırlı değildir. Yavaş Isıtılmış İtici (CRASH-P) testinin Yanma Hızı Analizi, bu önceki testlerde iyileşmek için tasarlanmıştır. 25 g ile 100 g arasındaki numuneler, tam ölçekli bir test²¹olarak benzer itici madde hapsetme koşulları altında test edilebilir. Ayrıca, reaksiyon olayından üretilen gücü, mevcut alt ölçek testlerinin sağlamadığı bir şey olan dinamik basınç sensörü ölçümleri aracılığıyla nicel olarak ölçmenin bir yolu sağlar. Sonuçların tam ölçekli SCO testleriyle iyi ilişkili olduğu bulunmuştur.

Protokol

1. Propellant numune hazırlama

1. İtici maddeleri (polimerik reçine, plastikleştiriciler ve katı yakıt ve oksitleyici parçacıkları) belirli bir süre boyunca dönen bir gezegen karıştırıcısında dikkatlice karıştırın.
   NOT: Karıştırma süresi belirli formülasyona bağlıdır, ancak çoğu karışım en az 2 saat sürer.
2. Özel olarak yapılmış crash-p örnek tutucu içine uncured roket itici döküm. İtici tedavi edildiğinde bir merkez perforasyon oluşturmak için döküm yaparken numune tutucunun ortasına bir politetrafloroetilen mandrel yerleştirin. İticideki orta deliklenmenin düz ve tutarlı olduğundan emin olmak için bir mandrel tutucu (Şekil 1) kullanın.
   NOT: CRASH-P numune sahipleri, tam ölçekli bir roket motorunun itici hapsini taklit etmek için gerçek bir roket motoruyla aynı itici ses hacmine sahip olacak şekilde ölçeklenmelidir. CRASH-P numune tutucuları polieter eter ketondan (PEEK) veya alüminyumdan yapılmıştır. Metal yakıtı olmayan roket formülasyonları PEEK kullanabilse de, metalize formülasyonlar alüminyum tutucular kullanmalıdır, böylece otomatik ateşleme sırasında erken erimezler.
3. İticiyi iyileştirmek için gereken poliüretan reaksiyonlarını veya diğer kimyayı hızlandırmak için CRASH-P örneklerini bir fırına yerleştirin. Üretan kürleri için fırın sıcaklığını 60 °C'de tutun ve roket itici maddelere bağlı olarak sıcaklığı artırın veya azaltın.
4. İticiler iyileştikten sonra, fazla itici numune tutucu yüzeyinden çıkıntı yapmayacak ve O-ring yüz contasına müdahale etmeyecek şekilde kırpın. Mandrel'i yavaşça çıkararak her formülasyondan güvenli bir şekilde çıkarın.
   NOT: İtici yüzeye karşı sürtünme aşınmasını en aza indirmek için itici bir jilet veya başka bir keskin nesne ile kesilmelidir.
5. Uygun bir basınç keçesi için CRASH-P numune tutucu yüzünün içine silikon bir O-halkayerleştirin (Şekil 1).
   NOT: O-ring boyutu CRASH-P numune tutucusunun boyutuna bağlı olarak değişecektir. Örneğin, 25 g testi için 025 boyutlu bir O-ring ve 50 g testi için 128 boyutlu bir O-ring kullanılır.
6. Kapağı CRASH-P numune tutucusuna sürgüleyin ve bir Allen anahtarı ile sıkın. Sızdırmazlık kuvvetini daha eşit dağıtmak için cıvataları yıldız deseninde sıkın.

2. CRASH-P oda hazırlığı

1. CRASH-P haznesine takılı egzoz vanasını açarak CRASH-P haznesinin basınçlandırılıp basınçlandırılmamasını sağlayın. Oda kapağını, kapağını ve itme yıkayıcıyı CRASH-P gövdesinden çıkarın. CRASH-P örneklerini tutmak için CRASH-P kapağına bir tahta takın.
2. Son testin izlerini kaldırmak için CRASH-P haznesini temizleyin. Tüm yanma kalıntılarını bir tel fırça ile temizleyin ve odayı etanol, izopropanol, aseton veya metil etil keton gibi organik bir çözücü ile temizleyin. Tek kullanımlık temizlik malzemelerini yerel ve ulusal yönetmeliklere göre tehlikeli atık olarak atın.
   NOT: Listelenen çözücülerle temizlik yaparken göz koruması, uygun bir laboratuvar önlüğü veya kimyasallara dayanıklı eldivenler gibi kişisel koruyucu ekipmanlar kullanılmalıdır.
3. CRASH-P dinamik basınç sensörlerinde olağan dışı aşınma ve yıpranma olup olmadığını kontrol edin.
   NOT: Sensörler CRASH-P haznesi ile gömme bir montaj kullanır, çünkü iç elektroniklerinin zarar görmesini önlemek için yalnızca maksimum 204 °C sıcaklığı kaldırabilirler. Bu yüksek sıcaklık, yük yükseltilmiş sensörler, sinyali entegre devre piezoelektrik (ICP) sinyaline dönüştürmek için bir aşağı akış dönüştürücüsü (Bkz. Malzeme Tablosu)kullanır.
4. Basınç sensörlerini CRASH-P ana gövdesine bağlayan 1/8 inç Amerikan Ulusal Boru İpliği (NPT) bağlantı parçalarını çıkarın. Yanma kalıntılarını spatula veya organik çözücü ile temizleyin. NPT bağlantısından basınç sensörini okuma.
5. NPT kavramasını oda sıcaklığı vulkanize silikon dolgu macunu ile doldurun. Basınç sensörünü tekrar içeri sokun, sızdırmazlık kabının bir kısmının ekstrüde olduğundan emin olun. Sızdırmazlık macunu silin, böylece 1/8 inç NPT bağlantı parçasıyla yıkanır.
6. Dolgu macunlarının en az 12 saat kürlensin. Sensörleri dinamik basınç okumalarındaki patlama kaynaklı sıcaklık hatalarından korumak için NPT bağlantılı basınç sensörlerini yeniden yükleyin.
7. Sıcaklık teşhisi için elektrik beslemeleri hazırlayın. İzolasyonlarının termokupl tellerini soyun ve çıplak kabloları besleme yalıtım manşonundan geçirin.
   NOT: Elektrik beslemelerinin modeli ve türü, tel göstergesine ve ihtiyaç duyulan besleme miktarlarına bağlı olarak değişecektir. CRASH-P haznesinde kullanılan elektrik beslemeleri için Malzeme Tablosuna bakın.
8. Testin sıcaklığı ve örnekleme oranları oldukça standart olduğu için CRASH-P testi için standart K tipi termokuples kullanın. Beslemenin diğer ucuna çiftleşme bağlantısı yükleyin.
   NOT: Verimlilik nedenleriyle, birden fazla elektrik beslemesi yapılması teşvik edilir.
9. İki elektrik beslemesini hazne kapağından geçirin. Odanın içindeki her besleme için en az 0,3 m termokupl bırakın. Termokuplların boncuklu tarafının CRASH-P haznesinin içinde olduğundan emin olun.

3. Propellant numune kurulumu

1. Kapalı CRASH-P örneğini, numuneyi odanın ortasında tutmak için CRASH-P testinin hazne kapağına tutturulmuş çelik kalasa(Şekil 2B)cıvatalayın.
   NOT: Numunenin damar duvarına dokunmadan haznenin ortasında olmasını sağlamak, numunenin iletim yerine konveksiyon ile ısıtılmasını sağlar.
2. Herhangi bir eksotermik reaksiyonu yakalamak için itici numune tutucusunun içindeki elektrik beslemelerinden termokupllardan birini yerleştirin. Crash-P haznesinin içindeki hava sıcaklığını örneklemeyi işaret ederek çelik tahtaya başka bir termokuple yerleştirin(Şekil 2). Hava sıcaklığını örnekleyen termokuple'ın sıcaklık kontrolörü için kontrol edici termokuple olduğundan emin olun.
3. Sızdırmazlık halkasını CRASH-P haznesinin halka benzeri girintisine yerleştirin. Sızdırmazlık halkasının yabancı nesne kalıntılarından temiz olduğundan emin olun.
4. Numune tahtaya düzgün bir şekilde sabitlenerek termokuples düzgün yerleştirildikten sonra, oda kapağını odanın gövdesine kaydırın. Oda kapağını işaretleyerek döndürmemeye özenin.
5. İtme yıkayıcıyı ve tamamen ipliği yerleştirmek ve tutma kafasını hazneye sıkmak için silindirik bir çubuk kullanın.
6. 7/8"-9 set vidaları altıgen cıvatayı hazne kafasına takın. Haznenin eşit şekilde sıkılaştırılmasını sağlamak için yıldız deseninde sıkın. Düzgün sızdırmazlık sağlamak için son hazne sıkma için bir tork anahtarı kullanın.
   NOT: Genellikle, 169.48 N⭐m tek tip sızdırmazlık için yeterlidir.
7. Oda tutucu kelepçelerini takın ve dübel pimleriyle yerinde tutun. Gerekirse, istiridye için rahat bir uyum sağlamak ve hazneden dikey hareketi önlemek için bir lastik tokmak kullanın.
8. Crash-P testinin bir ateşleme olayı sırasında eksenel hareket etmesini önlemek için bunu test masasına cıvatalayarak hazne ucu plakasını takın.
9. Dinamik basınç sensörü eş eksenel kablolarını sinyal kremine takın. Elektrik bandı ısıtıcılarını (Şekil 2D) sıcaklık kontrolörlerine bağlanan çıkış soketlerine takın, böylece bant ısıtıcılar ısıtıcılara 220 VAC güç sağlayan bir sıcaklık kontrolörü tarafından kontrol edilebilir.

4. Test enstrümantasyonunu ayarlama ve kontrol etme

1. Sıcaklık kontrol cihazını (120 VAC gücü gerektiren) programlayın, böylece 24 V sinyalini, ısıtma gücünün ne zaman açık veya kapalı olduğunu belirleyen katı hal röle anahtarına iletir.
   NOT: Herhangi bir pişirme testi gibi, sıcaklık kontrol cihazını programlamak da güvenilir testler yapmak için çok önemlidir.
2. Uygun ısıtma özelliklerini elde etmek için test öncesi sıcaklık kontrol cihazını ayarlayın.
   NOT: Oransal kazanç, integral özellikler ve orantı, salınımları ve aşırı çekimleri en aza indirecek şekilde ayarlanmalıdır.
3. Sıcaklık kontrol ünitesindeki 16 zaman aralığı için gereken sıcaklık değerlerini ayarlayın. Sıcaklığın en az 2 saat boyunca 50 °C'de tutulduğu bir rampa ve ıslatma periyodu ayarlamak için ilk üç aralığı kullanın. Ardından, test sırasında eğimi değiştirmeyen doğrusal bir ısıtma profiline sahip olmak için testin veri noktalarını sağlamak için aralıkları girin (hedef 15 °C/h'dir) ve son sıcaklığı 300 °C olarak ayarlayın.
4. Giriş ve çıkış tellerinin dinamik basınç sinyali kremine takılı olduğundan emin olun. Dinamik basınç sinyali saç kremini açın. Belirtilen şort yoksa, bir sonraki adıma geçin.
   NOT: Kısa süreli bir sensör için kırmızı ışık yanar.
5. Uçları bir termokuple amplifikatörün içinde sona eren üç K tipi termokuple kullanın ve amplifikatörün açık olduğundan emin olun. CRASH-P testini video ile kaydetmek için test için izleme kamerasını açın, böylece operatörler odaya uzaktan bir şey olup olmadığını görebilir. Kontrol konsolundaki ısıtıcıların elektrik gücünü açın (Şekil 3) ve testi uzaktan çalıştırmak için sıcaklık denetleyicisini açın.
6. Sıcaklık denetleyicisinin CTRL sayfasında RSEN'i açın. Test durumunu beklemeden çalıştırmaya değiştirmek için sıcaklık denetleyicisindeki aux düğmesine basın, böylece test hazneyi ısıtmaya başlar.

5. Veri toplama ve test temizleme

1. Veri toplama yazılımında, test veri toplama için iki ayrı bölge kurmak üzere bir tezgah oluşturun: biri ana kart tarafından ölçülecek basınç için, diğeri termokupl amplifikatör için alınacak sıcaklıklar için (Şekil 3).
2. Örneğin eksotermik reaksiyon yaşadığını ve durdurulabileceğini ima eden tetiklenmiş bir olay olup olmadığını görmek için veri toplama sistemini kontrol edin. Sistemi tetiklenmiş bir süpürme mekanizması üzerinde çalışacak şekilde ayarlayın, böylece bir eşik voltajı ulaştıktan sonra basınç örnekleme hızı saniyede bir numuneden 50.000 numune/numuneye geçerek otomatikleştirme sırasında reaksiyona giren numunenin yaptığı işi doğru bir şekilde çözümler.
   NOT: Isıtma oranının nasıl kontrol edileceğini araştırmak için önceden inert testler yapılmalıdır. Şarj yükseltilmiş sensörler 500.000 numune/sn'ye kadar bir hızda örnekleyebilir, ancak bu test için genellikle bu hız gerekli değildir.
3. Eksotermik tetiklenen bir reaksiyon gözlenirse, veri toplama yazılımındaki durdur düğmesine basın. Veri toplama kendi başına sona ermediğinden, sıcaklık eksotermini veya tetiklenmiş bir basınç tepkisini kontrol etmek için testi düzenli olarak kontrol edin. Bunlardan herhangi biri gözlemlenirse, kaydı manuel olarak durdurun ve ısıtıcı gücünü, videoyu ve sıcaklık denetleyicisini kapatın.
4. Sıcaklık ve basınç verilerini sekmeyle sınırlandırılmış metin dosyalarına el ile dışa aktararak, farklı örnekleme oranları nedeniyle basınç ve sıcaklık verilerinin ayrı ayrı dışa aktarıldığından emin olun. Sonuçlar üzerinde veri analizi yapmak için metin dosyalarını başka bir bilgisayara aktarın.
5. Test odasını sökmeden önce testin soğuması için en az 12 saat bekleyin. Eksotermik reaksiyondan herhangi bir ürün gazı salmak için odayı boşaltın. Test odasını dikkatlice sökün.
   NOT: Kişisel koruyucu ekipman-kimyasal/aleve dayanıklı laboratuvar önlüğü, uygun eldivenler ve solunum cihazı olarak roket itici ürünler tehlikeli olabilir.
6. Hazneyi ve tüm bileşenleri temizleyin ve numune tutucunun numune kabı parçalarını yakalayın.

6. CRASH-P veri analizi

NOT: Veri analizi, gerçek sıcaklık izlemelerinden ve tetiklenen dinamik basınç verilerinden oluşur. Veri toplama sistemi tetikleyicinin konumunu işaretler ve kullanıcı bunun gerçekleştiği saati görebilir. Tetikleyici, taban çizgisine göre %5 daha yüksek dinamik bir basınç değerine karşılık gelir.

1. Yazılımdaki kaydı durdurun ve sıcaklık ve basınç verilerini sınırlandırılmış metin dosyalarını sekmeye dışa aktarın.
2. Metin dosyalarını grafik yazılımıyla açın. Kontak sıcaklığının belirlenebileceği sıcaklık eksotermleri için verileri kontrol edin ve odanın ne kadar hızlı basınçlandırdığunu kontrol edin.
3. Bunlar varsa, CRASH-P sonuçlarını test edilen formülasyon için tam ölçekli SCO test verileriyle karşılaştırın. Otoigniasyon sıcaklığını ve reaksiyon şiddetini karşılaştırın.

Sonuçlar

Okuyucunun CRASH-P testinin alt sistemlerinin birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini görselleştirmesine yardımcı olmak için, deneysel bir şema Şekil 4'te gösterilmiştir. CRASH-P haznesinin içindeki termokupllar, veri toplama sistemine giden besleme verilerini bir termokupl amplifikatörü ile kontrol eder. Sıcaklık kontrolörü, elektrikli bant ısıtıcılarını açıp kapanan bir elektrik rölesi çalıştırır. Bu, roket itici numunesi için doğru ısıtma profilinin elde olmasını sağlar. Numunenin otomatik hizalanması gerçekleştiğinde, veri toplama sistemi 50.000 örnek/sn'de yüksek hızlı dinamik basınç verilerinin toplanmasını tetikler. Test daha sonra sona erer, veriler kaydedilir ve sıcaklık kontrol sistemi kapatılır. En az 12 saat sonra, CRASH-P odası oda sıcaklığında olmalıdır ve herhangi bir ürün gazı tükenebilir.

Tipik temsili sonuçlar Şekil 5'te görülmektedir. İç oda havası ve iç itici sıcaklık için veri toplama sistemi tarafından sıcaklık izleri sağlanır. Ateşlemeden önce küçük eksotermik reaksiyonlar genellikle ana eksotermik reaksiyonla birlikte ölçülür. Genellikle, ekzotermik reaksiyon termokupl çekirdeğini kıracak kadar şiddetli değildir, bu nedenle tüm olay yakalanabilir. Buna ek olarak, reaksiyon için dinamik basınç okumaları ön, arka ve arka dinamik basınç göstergeleri için kaydedilir. Çoğu laboratuvar pişirme olayı gibi, reaksiyondan sonra numune kabının durumu hasar için değerlendirilebilir (Şekil 5C). Son olarak, Şekil 5D, farklı itici örneklerin reaksiyon şiddetinde oldukça büyük ölçüde ölçülen varyasyon olabileceğini ve şiddetin farklı reaksiyonlar için ölçülmesini ve karşılaştırılmasını sağladığını göstermektedir. Genel olarak, daha hızlı basınçlandırıcı reaksiyonlar, daha şiddetli bir tepki nedeniyle odanın daha fazla salınımı ile tutarlı olan basınç verilerinde (Şekil 5D) daha fazla dağılım veya gürültüye sahipti.

Şekil 1: CRASH-P örneklerinin hazırlanması ve sızdırmazlık. (A) Roket itici bileşenleri bir gezegen karıştırıcısında karıştırılır. (B) Roket itici bir polytetrafloroetilen mandrel ile bir örnek tutucu içine dökülür. (C) İtici numuneler kesilir ve sızdırmazlık amacıyla konteynere bir O-halka yerleştirilir. (D) Numune kabı kapatılmış ve cıvatalanmıştır. Numune hapsi gerçek roket motorlarıyla aynıdır. Kısaltma: CRASH-P = Yavaş Isıtılmış Bir İticinin Yanma Hızı Analizi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: CRASH-P testinin örnek yüklenmesi ve hazırlanması. Örnek yerleşimi çok önemlidir. (A) Numuneler bir kalas üzerine yerleştirilir ve test sırasında doğal konveksiyon ile merkezi olarak ısıtılır. (B) Numune cıvatalanır ve kalas üzerinde yerinde tutulur. (C) Termokuples, sıcaklık kontrolü ve tanı amacıyla kalasın üzerine ve itici numunenin içine yerleştirilir. (D) CRASH-P haznesi kapatılmış ve bant ısıtıcıları sıcaklık kontrolörü tarafından kontrol edilen 220 VAC güç kaynağına bağlanır. Kısaltma: CRASH-P = Yavaş Isıtılmış Bir İticinin Yanma Hızı Analizi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: CRASH-P testi için enstrümantasyon ve veri toplama. (A) Dinamik basınç sinyal kremi, (B) termokupl amplifikatör, (C) test ısıtma kontrolleri ve (D) test sırasında veri toplama. . Kısaltma: CRASH-P = Yavaş Isıtılmış Bir İticinin Yanma Hızı Analizi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: CRASH-P testinin deneysel şeması. Sıcaklık izleme sistemi ısıtma oranını kontrol sağlar. Dinamik basınç sensörleri, otomatikleştirme olayının reaksiyon şiddetini ölçer ve bir veri toplama sistemi deney için tüm bu test verilerini kaydeder. CRASH-P = Yavaş Isıtılmış Bir İticinin Yanma Hızı Analizi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 5: CRASH-P test çalışması için temsili test verileri. (A) Test sırasında sıcaklık izlemeleri. (B) Arka, arka ve ön dinamik basınç okumaları. (C) TEST sonrası CRASH-P örnek konteyner. (D) Altı farklı roket itici formülasyonu için ön dinamik basınç okumalarının karşılaştırılması. CRASH-P = Yavaş Isıtılmış Bir İticinin Yanma Hızı Analizi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Tartışma

CRASH-P testini kurmanın en önemli parçalarından biri, roket itici formülasyonlarının reaksiyon şiddetini ölçmek için testten hangi ölçümün en iyi şekilde kullanılacağına karar vermekti. Reaksiyondan üretilen basınç hızı ve miktarı, tepki verirken roket iticisinin ürettiği güçle doğru orantılıdır. Ayrıca, tam ölçekli bir SCO testinde kullanılan patlama aşırı basınç göstergesine doğrudan benzer. Başlangıçta basınç oranı (dP/dt) kullanıldı, ancak farklı formülasyonlar farklı miktarlarda yakıt ve oksitleyici içerdiğinden ve farklı bileşime sahip farklı miktarlarda gaz ürettiğinden bu veriler yanıltıcıydı. Formülasyon bileşenlerini değiştirmenin etkilerinden kaynaklanan bu önyargıyı en aza indirmek için, bunun yerine% 90 tepe basıncına kadar zaman kullanıldı ve tam ölçekli SCO test şiddeti ile iyi bir ilişki içindeydi.

Önemli olduğu tespit edilen bir diğer test işlemi de hapsetmedir. Erken numune tutucular, testin yüksek sıcaklıklarını işlemek için tasarlanmış termoplastik malzemelerle yapılmıştır. Ne yazık ki, bu numuneler erimezken, yumuşadı ve metal numune tutucularla aynı hapsetme sağlamadı. Bu örnekler için reaksiyon şiddeti, metal numune sahipleri için reaksiyon şiddetinden belirgin şekilde daha azdı. Testle ilgili bir diğer önemli bulgu, bazı roket itici formülasyonlarının güvenilir bir şekilde otomatikleştirmek için kritik boyutlara sahip olmasıydı. Alüminize formülasyonlar 50 g'ın altındaysa pişirme ve otoigniasyonda zorluk çekti. Bu, şiddetli reaksiyon için gerekli olan bir eşik amonyum perklorat miktarının gerekliliğine atfedildi. Buna ek olarak, başka bir içgörü termoplastik cıvataların çalışmadığıydı. Orijinal CRASH-P numune tutucu cıvataları PEEK'ten yapılmıştır ve bunun paslanmaz çelik olarak değiştirilmesi gerekiyordu. Peek malzemesinin itici otoignasyon sağlanmadan önce termal olarak genişlemesi nedeniyle hapsetme yeterince güçlü değildi.

Daha yüksek sıcaklıklarda tutuşan bazı formülasyonlar için, özellikle alüminize formülasyonlar, daha yüksek sıcaklıklarda yumuşamadıkları için alüminyum itici tutucu kılıf kullanılması arzu edilir. Son olarak, ICP dinamik basınç sensörleri kullanılan orijinal basınç sensörleriydi. Bununla birlikte, ~10 testten sonra, sonuçlar muhtemelen çok yüksek bir sıcaklığa maruz kalmaktan giderek daha gürültülü hale geliyor. Dinamik basınç sensörleri ICP sensörlerinden amplifikatör sensörlerini şarj etmek için anahtarlandı. Ancak, şarj amplifikatör sensörleri çok uzun süre açık kalırsa şarj kaybeder. Bu etkiyi en aza indirmek için, güvenli bir sıcaklık bölgesinde aşağı akışta bir hat içi şarj amp-ICP dönüştürücü kullanıldı. Basınç sensörünün maksimum örnekleme oranı 500.000 numune/s olduğundan, 50.000 numune/sn'den daha hızlı örnekleme oranları kaydedilebilir. Ancak, olaylar o kadar hızlı olmadığı için buna gerek yoktu.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
½ x 24 x 12' Seramik İzolasyon Battaniyesi	Cotronics Corporation	370-3	CRASH-P Odası için Isı Yalıtımı
20 gauge K-Tipi Termokupl	Omega Mühendisliği	EXPP-K-20-SLE-500	Sıcaklık ölçümleri için termokupl teli
Dinamik Basınç Sinyali Düzenleyici	PCB Piezotronics	482C16	Veri toplama sistemi için ICP sinyalini voltaja dönüştürür
Elektrik beslemesi CRASH-P odası	Conax
GC-35 Reaksiyon Odası	Yüksek Basınçlı Ekipman Şirketi	GC-35	CRASH-P Testi
Gen 3i Ana Reaksiyon Odası ve Algı yazılımı	HBM Inc.	CRASH-P Verileri için	Gen3i
Yüksek Sıcaklık Şarjı Güçlendirilmiş Basınç Sensörü	PCB Piezotronics	113B03	CRASH-P Testinde Kullanılan Dinamik Basınç Sensörleri
Sıralı Şarj Amp-ICP Dönüştürücü	PCB Piezotronics	422E53	Dönüştürücüler basınç sensörü şarj amperi sinyali ICP sinyaline
Mika Bant Isıtıcılar	Omega Mühendislik	MBH00295	CRASH-P Testini Isıtmak için Dirençli Eleman
Quantum X Termokupl Amplifikatörü	HBM Inc.	1-MX1609KB	Sıcaklık Ölçümleri Almak İçin Kullanılan
Teflon İzoleli K-tipi termokupl (0,02 inç çap)	Omega Mühendislik	5TC-TT-K-24-36	K-Tipi Termokupllar
Sıcaklık Kontrol	Cihazı Omega Mühendislik	CN3251	PID Sıcaklık Kontrol Cihazı