Sandia National Laboratories ha demostrado con éxito un nuevo método más ecológico para probar una parte del cohete para garantizar que su aviónica pueda soportar el impacto de la separación de la etapa durante el vuelo.
El nuevo método, llamado Prueba alternativa de Pyroshock, utilizaba una pistola de gas alimentada con nitrógeno para disparar un proyectil de acero de 100 libras en un haz resonante de acero, que luego transfiere energía a través de un cono resonante conectado a la parte que se está probando.La transferencia de energía resultante imita las condiciones de separación de etapas en el espacio. La primera prueba de este tipo con el hardware de vuelo se completó esta primavera.
Hasta ahora, las pruebas de pyroshock para asegurar que las partes aeroespaciales estuvieran listas para los rigores del vuelo habían utilizado explosivos encerrados en plomo para proporcionar los impactos a las partes necesarias para tales experimentos, dijo el ingeniero mecánico Mark Pilcher.
El plomo y los explosivos eran peligrosos para el medio ambiente, por lo que la limpieza era costosa y lenta. El equipo de Sandia Labs quería un mejor enfoque.
"Reconocimos al principio del programa que necesitamos buscar métodos de prueba alternativos para reducir nuestra exposición peligrosa al trabajo, minimizar el desperdicio ambiental y desarrollar una capacidad de prueba controlada y repetible", dijo Pilcher. "Investigar un no explosivo a gran escala"la prueba de pistola de gas se hizo realidad cuando nos asociamos con las instalaciones de prueba mecánica a gran escala de Sandia. El equipo combinado trabajó duro para llegar a esta prueba ".
la tecnología de barra Hopkinson demostró ser una alternativa más controlable a los explosivos
Cuando se le preguntó si un medio alternativo de prueba era posible con una pistola de gas, el ingeniero mecánico de Sandia Bo Song recurrió a una barra Hopkinson de 1 pulgada de diámetro. La barra Hopkinson fue sugerida por primera vez en 1914 por Bertram Hopkinson, un abogado de patentes británicoy profesor de mecanismo y mecánica aplicada de la Universidad de Cambridge, como una forma de medir la presión producida por los explosivos. Se modificó aún más en 1949 para mediciones dinámicas de tensión-deformación de materiales.
En el Laboratorio de Mecánica de Impacto Experimental de Sandia, Song y su equipo realizaron pruebas a pequeña escala con una varilla metálica aproximadamente 20 veces más pequeña que la utilizada en la prueba a gran escala. Descubrieron que la tecnología de barra Hopkinson podía proporcionar los niveles de frecuencia y la mecánicaenergía necesaria en la prueba a gran escala para recrear las condiciones encontradas durante el vuelo.
El equipo de Song realizó más de 50 pruebas. Analizaron qué tipos de proyectiles usar, qué tan rápido necesitaba disparar la pistola de gas, cómo diseñar un aparato tipo barra Hopkinson llamado barra resonante a mayor escala, cómo diseñarun cono resonante de acero para transferir la energía al objeto que se está probando y cómo manipular el pulso de energía usando pequeñas "monedas" de cobre llamadas programadores o moldeadores de pulso, que se colocaron en la superficie de la barra resonante.
"La parte más difícil fue diseñar los programadores, o moldeadores de pulso, porque teníamos que seleccionar el material, la geometría y las dimensiones correctas", dijo Song. "Obtuvimos mucha experiencia a través de este tipo de pruebas para el futuro grande-prueba de escala. El mismo concepto se puede utilizar para una variedad de aplicaciones de defensa y espacio. Esto proporciona una nueva ruta para las pruebas de pyroshock, pero muy limpio y más controlable y ahorrará muchos costos ".
Pistola de gas utilizada en pruebas a gran escala
La siguiente fase de la Prueba alternativa de Pyroshock aplicó la tecnología de barra Hopkinson a una pistola de gas de accionamiento neumático.
Para esta prueba, no se requirió que la pistola de gas alcanzara sus capacidades máximas. La pistola de gas de 60 pies de largo utilizó gas nitrógeno comprimido para disparar proyectiles metálicos en un haz resonante junto con un cono resonante para expandir el diámetro final para interconectarsecon la parte del cohete, esencialmente una versión híbrida de una barra Hopkinson a gran escala.
"Lo que es novedoso es la aplicación de la barra Hopkinson", dijo el ingeniero mecánico Patrick Barnes. "Normalmente, la barra y los objetos de prueba son realmente pequeños, pero en nuestro caso, utilizamos 1.500 libras, 8 pies de largo, 8-inch diámetro bar "
Al igual que un diapasón musical, la barra resonante y el cono resonante necesitaban vibrar a ciertas frecuencias para aplicar la cantidad correcta de energía al objeto de prueba, dijo Barnes.
Antes de las pruebas finales, el equipo de Barnes utilizó un objeto de prueba simulado vacío equipado con acelerómetros para medir el impacto. Barnes cambió la geometría y la composición de los programadores para simular las condiciones de prueba requeridas para el programa.
Ahora que Sandia ha realizado análisis y pruebas, las pruebas futuras de este tipo deberían requerir menos desarrollo y costar menos ". Idealmente, podemos crear un entorno repetible, algo que podamos marcar, así que si necesitan volver a hacer esta pruebaen el futuro, podemos construir esto de nuevo y comenzar a probar ", dijo Barnes.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Sandia National Laboratories . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Cita esta página :