В новом методе, называемом «Альтернативный пиррошоковый тест», использовалась газовая пушка, работающая на азоте, для выстрела 100-фунтового стального снаряда в стальной резонансный луч, который затем передает энергию через резонансный конус, прикрепленный к испытываемой детали. Получающаяся в результате передача энергии имитирует условия разделения ступеней в космосе.
Весной этого года завершились первые испытания этого типа с использованием летной аппаратуры.По словам инженера-механика Марка Пилчера, до сих пор в испытаниях на пироудар, чтобы убедиться, что аэрокосмические детали готовы к суровым полетам, использовались заключенные в свинец взрывчатые вещества, обеспечивающие удары по деталям, необходимые для таких экспериментов.Свинец и взрывчатые вещества представляли опасность для окружающей среды, поэтому очистка была дорогостоящей и требовала много времени. Команда Sandia Labs хотела лучшего подхода.
«На раннем этапе программы мы осознали, что нам необходимо искать альтернативные методы испытаний, чтобы уменьшить воздействие на нашу опасную работу, минимизировать отходы окружающей среды и разработать возможность контролируемых и повторяемых испытаний», — сказал Пилчер. «Расследование крупномасштабного испытания невзрывоопасного газового пистолета стало реальностью, когда мы стали сотрудничать с крупномасштабными испытательными центрами Sandia. Объединенная группа упорно трудилась, чтобы пройти это испытание».Технология стержней Хопкинсона оказалась более управляемой альтернативой взрывчатым веществамНа вопрос о возможности использования альтернативного средства тестирования с использованием газового пистолета, инженер-механик Sandia Бо Сонг обратился к стержню Хопкинсона диаметром 1 дюйм.
Бар Гопкинсона был впервые предложен в 1914 году Бертрамом Хопкинсоном, британским патентным юристом и профессором механизма и прикладной механики Кембриджского университета, как способ измерения давления, создаваемого взрывчатыми веществами. В 1949 году он был дополнительно модифицирован для измерения динамических напряжений и деформаций материалов.
В лаборатории экспериментальной механики удара Сандиа Сонг и его команда провели мелкомасштабные испытания с металлическим стержнем, который примерно в 20 раз меньше, чем тот, который использовался в полномасштабном испытании. Они обнаружили, что технология стержней Хопкинсона может обеспечить уровни частоты и механическую энергию, необходимые в крупномасштабных испытаниях для воссоздания условий, обнаруженных во время полета.Команда Сунга провела более 50 тестов.
Они рассмотрели, какие типы снарядов использовать, с какой скоростью должна стрелять газовая пушка, как сконструировать устройство типа стержня Гопкинсона, называемое резонансным стержнем, в более крупном масштабе, как спроектировать стальной резонансный конус для передачи энергии объекту. испытываемый объект и как управлять импульсом энергии с помощью небольших медных «монеток», называемых программаторами или формирователями импульсов, которые помещались на поверхность резонансного стержня.«Самым сложным было проектирование программаторов или формирователей импульсов, потому что мы должны были выбрать правильный материал, геометрию и размеры», — сказал Сонг. «Мы получили большой опыт проведения такого рода испытаний для будущих крупномасштабных испытаний. Ту же концепцию можно использовать для различных оборонных и космических приложений.
Это обеспечивает новый путь для испытаний на пироудар, но очень чистый и более управляемый. и сэкономит много средств ".Газовая пушка, использованная в масштабных испытанияхНа следующем этапе Альтернативного испытания на пиррошок технология стержня Гопкинсона была применена к газовой пушке с пневматическим приводом.Для этого испытания газовая пушка не требовала достижения максимальной мощности.
Газовая пушка длиной 60 футов использовала сжатый газообразный азот, чтобы стрелять металлическими снарядами в резонансный луч, соединенный с резонансным конусом, чтобы увеличить конечный диаметр до сопряжения с частью ракеты, по сути, гибридной версией крупномасштабного стержня Гопкинсона.«Новым является применение стержня Хопкинсона, — сказал инженер-механик Патрик Барнс. «Обычно стержень и тестовые объекты действительно маленькие, но в нашем случае мы использовали стержень весом 1500 фунтов, длиной 8 футов и диаметром 8 дюймов».По словам Барнса, резонансный стержень и резонансный конус, как и музыкальный камертон, должны колебаться на определенных частотах, чтобы подавать нужное количество энергии к тестируемому объекту.
Перед финальными испытаниями команда Барнса использовала пустой тестовый объект, оснащенный акселерометрами, чтобы измерить удар. Барнс изменил геометрию и состав программистов, чтобы смоделировать условия тестирования, необходимые для программы.
Теперь, когда Sandia приступила к анализу и тестированию, будущие тесты такого рода должны потребовать меньше времени на разработку и меньшую стоимость. «В идеале мы можем создать повторяемую среду, что-то, к чему мы можем подключиться, поэтому, если им понадобится повторить этот тест в будущем, мы можем создать резервную копию и начать тестирование», — сказал Барнс.