Luftfartstest på Sandia går grønt med alternativ til sprængstoffer

Sandia National Laboratories har med succes demonstreret en ny, mere miljøvenlig metode til at teste en raketdel for at sikre, at dens flyelektronik kan modstå stødet fra sceneadskillelse under flyvning.

Den nye metode - kaldet Alternative Pyroshock Test - brugte en nitrogendrevet gaspistol til at skyde et 100 pund stålprojektil ind i en stålresonansstråle, som derefter overfører energi gennem en resonanskegle, der er fastgjort til den del, der testes. Den resulterende energioverførsel efterligner betingelserne for faseadskillelse i rummet. Den første test af denne type med flyvehardwaren blev gennemført i foråret.

Indtil nu, pyroshock-tests for at sikre, at dele til rumfart var klar til flyvestrengen, havde brugt eksplosiver indkapslet i bly for at give de dele, der var nødvendige for sådanne eksperimenter, sagde maskiningeniør Mark Pilcher.

Blyet og sprængstofferne var miljøfarer, så oprydningen var dyr og tidskrævende. Sandia Labs-teamet ønskede en bedre tilgang.

"Vi erkendte tidligt i programmet, at vi er nødt til at finde alternative testmetoder for at reducere vores farlige arbejdseksponering, minimere miljøaffald og udvikle en kontrolleret og gentagelig testkapacitet, " sagde Pilcher. "At undersøge en storstilet ikke-eksplosiv gaspistoltest blev en realitet, da vi samarbejdede med Sandias store mekaniske testfaciliteter. Det kombinerede hold arbejdede hårdt for at komme til denne test."

Hopkinson bar teknologi viste sig at være et mere kontrollerbart alternativ til sprængstoffer

Bedt om at undersøge, om en alternativ testmetode var mulig med en gaspistol, Sandias maskiningeniør Bo Song vendte sig mod en Hopkinson-stang med en diameter på 1 tomme. Hopkinson-baren blev først foreslået i 1914 af Bertram Hopkinson, en britisk patentadvokat og professor ved Cambridge University i mekanisme og anvendt mekanik, som en måde at måle trykket produceret af sprængstoffer. Den blev yderligere modificeret i 1949 til dynamiske spændings-belastningsmålinger af materialer.

I Sandias eksperimentelle slagmekaniske laboratorium, Song og hans team udførte test i lille skala med en metalstang, der var omkring 20 gange mindre end den, der blev brugt i fuldskalatesten. De opdagede, at Hopkinson-stangteknologien kunne give frekvensniveauerne og den mekaniske energi, der er nødvendig i storskalatesten for at genskabe forhold fundet under flyvning.

Songs team gennemførte mere end 50 tests. De så på, hvilke typer projektiler de skulle bruge, hvor hurtigt skulle gaspistolen skyde, hvordan man designer et Hopkinson-stang-type apparat kaldet en resonansstang i større skala, hvordan man designer en stålresonanskegle til at overføre energien til det objekt, der testes, og hvordan man manipulerer energipulsen ved hjælp af små kobber-"mønter" kaldet programmører eller pulsformere, som blev placeret på overfladen af ​​resonansstangen.

"Den sværeste del var at designe programmørerne, eller pulsformere, fordi vi skulle vælge det rigtige materiale, geometri og dimensioner, " sagde Song. "Vi fik en masse erfaring gennem denne form for test til fremtidens storskala test. Det samme koncept kan bruges til en række forskellige forsvars- og rumapplikationer. Dette giver en ny vej til pyroshock-testning, men meget ren og mere kontrollerbar og vil spare mange omkostninger."

Gaspistol brugt i storskala test

Den næste fase af den alternative Pyroshock-test anvendte Hopkinson-stangteknologien på en pneumatisk drevet gaspistol.

Til denne test, gaspistolen var ikke forpligtet til at nå sin maksimale kapacitet. Den 60 fod lange gaspistol brugte komprimeret nitrogengas til at skyde metalprojektiler ind i en resonansstråle koblet med en resonanskegle for at udvide den endelige diameter til at komme i kontakt med raketdelen, i det væsentlige en hybrid version af en storstilet Hopkinson-bar.