Sandia National Laboratories heeft met succes een nieuwe, milieuvriendelijkere methode om een ​​raketonderdeel te testen om er zeker van te zijn dat de avionica de schok van de trapscheiding tijdens de vlucht kan weerstaan.

De nieuwe methode, de Alternative Pyroshock Test genaamd, maakte gebruik van een door stikstof aangedreven gaskanon om een ​​stalen projectiel van 100 pond in een stalen resonantiestraal te schieten. die vervolgens energie overdraagt ​​​​via een resonerende kegel die aan het geteste onderdeel is bevestigd. De resulterende energieoverdracht bootst de omstandigheden van fasescheiding in de ruimte na. De eerste test van dit type met de flight hardware werd dit voorjaar afgerond.

Tot nu, pyroshocktests om ervoor te zorgen dat lucht- en ruimtevaartonderdelen klaar waren voor de ontberingen van de vlucht, hadden explosieven gebruikt die in lood waren omhuld om de effecten te geven aan onderdelen die nodig zijn voor dergelijke experimenten, werktuigbouwkundig ingenieur Mark Pilcher zei.

Het lood en de explosieven waren een gevaar voor het milieu, dus opruimen was kostbaar en tijdrovend. Het team van Sandia Labs wilde een betere aanpak.

"We beseften al vroeg in het programma dat we op zoek moesten naar alternatieve testmethoden om onze blootstelling aan gevaarlijk werk te verminderen, milieuverspilling te minimaliseren en een gecontroleerde en herhaalbare testcapaciteit te ontwikkelen, " Zei Pilcher. "Het onderzoeken van een grootschalige niet-explosieve gaskanontest werd een realiteit toen we samenwerkten met Sandia's grootschalige mechanische testfaciliteiten. Het gecombineerde team heeft hard gewerkt om deze test te halen."

Hopkinson-staaftechnologie bleek een beter beheersbaar alternatief voor explosieven

Gevraagd om te onderzoeken of een alternatieve manier van testen mogelijk was met een gaspistool, Mechanisch ingenieur Bo Song van Sandia wendde zich tot een Hopkinson-staaf met een diameter van 1 inch. De Hopkinson-bar werd voor het eerst voorgesteld in 1914 door Bertram Hopkinson, een Britse octrooiadvocaat en hoogleraar mechanisme en toegepaste mechanica aan de Universiteit van Cambridge, als een manier om de door explosieven geproduceerde druk te meten. Het werd in 1949 verder aangepast voor dynamische spanning-rekmetingen van materialen.

In Sandia's laboratorium voor experimentele impactmechanica, Song en zijn team voerden kleinschalige tests uit met een metalen staaf die ongeveer 20 keer kleiner was dan die in de volledige test. Ze ontdekten dat de Hopkinson-bartechnologie de frequentieniveaus en de mechanische energie kon leveren die nodig zijn in de grootschalige test om omstandigheden te creëren die tijdens de vlucht werden gevonden.

Het team van Song heeft meer dan 50 tests uitgevoerd. Ze keken naar wat voor soort projectielen ze moesten gebruiken, hoe snel het gaspistool moest schieten, hoe een Hopkinson-apparaat van het staaftype op grotere schaal te ontwerpen, een resonantiebalk genoemd, hoe een stalen resonantiekegel te ontwerpen om de energie over te dragen naar het te testen object en hoe de energiepuls te manipuleren met behulp van kleine koperen "munten" die programmeurs of pulsvormers worden genoemd, die op het oppervlak van de resonantiebalk werden geplaatst.

"Het moeilijkste was het ontwerpen van de programmeurs, of pulsvormers, omdat we het juiste materiaal moesten selecteren, geometrie en afmetingen, " zei Song. "We hebben veel ervaring opgedaan door dit soort testen voor de toekomstige grootschalige testen. Hetzelfde concept kan worden gebruikt voor een verscheidenheid aan defensie- en ruimtevaarttoepassingen. Dit biedt een nieuw pad voor pyroshock-testen, maar zeer schoon en beter beheersbaar en bespaart veel kosten."

Gaspistool gebruikt in grootschalige tests

In de volgende fase van de Alternative Pyroshock-test werd de Hopkinson-staaftechnologie toegepast op een pneumatisch aangedreven gaspistool.

Voor deze toets is het gaskanon was niet nodig om zijn maximale capaciteit te bereiken. Het 60 meter lange gaskanon gebruikte gecomprimeerd stikstofgas om metalen projectielen in een resonerende straal te schieten in combinatie met een resonerende kegel om de uiteindelijke diameter uit te breiden om te communiceren met het raketgedeelte, in wezen een hybride versie van een grootschalige Hopkinson-bar.