火箭推进剂的实验室规模慢煮测试：缓慢加热推进剂（CRASH-P）测试的燃烧速率分析

1. 推进剂样品制备 小心地将推进剂成分（聚合树脂、增塑剂、固体燃料和氧化剂颗粒）混合在旋转的行星搅拌机中，持续一段时间。注：混合的持续时间取决于具体配方，但大多数混合至少需要 2 小时。 将未治愈的火箭推进剂铸造成特制的 CRASH-P 样品支架。将聚四氟乙烯人造腺放在样品支架的中心，同时铸造，当推进剂治愈时创建中心穿孔。使用曼德勒支架（图1），以确保推进剂中的中心穿孔是直的和一致的。注：CRASH-P 样品持有人应将推进剂体积与实际火箭电机的内部室体积进行缩放，以模拟全尺度火箭发动机的推进剂禁闭。CRASH-P 样品持有人由聚醚醚酮 （PEEK） 或铝制成。虽然没有金属燃料的火箭配方可以使用PEEK，但金属化配方应使用铝制支架，以免在自燃过程中过早熔化。 将 CRASH-P 样品放入烤箱中，以加速治疗推进剂所需的任何聚氨酯反应或其他化学反应。将烤箱温度保持在 60 °C 以用于尿素治疗，并根据火箭推进剂成分增加或降低温度。 推进剂固化后，修剪它们，使多余的推进剂不会从样品支架表面突出，并干扰O环面密封。轻轻地将其取出，从每个配方中安全地取出曼德勒。注：推进剂应用剃须刀刀片或其他锋利物体修剪，以尽量减少对推进剂表面的摩擦磨损。 将硅胶 O 环放在 CRASH-P 样品支架内，以获得适当的压力密封（图 1）。注：O 环尺寸将因 CRASH-P 样本支架的大小而异。例如，025 大小的 O 环用于 25 g 测试，128 大小的 O 环用于 50 g 测试。 将盖子固定在 CRASH-P 样品支架上，然后用艾伦扳手拧紧它。拧紧星形图案的螺栓，以更均匀地分配密封力。 2. 碰撞-P 室准备 打开连接到 CRASH-P 腔的排气阀，确保 CRASH-P 室不会加压。从 CRASH-P 机身中取出腔室盖、盖子和推力清洗器。将木板连接到 CRASH-P 盖上，用于保存 CRASH-P 样本。 清洁 CRASH-P 室以清除上次测试的痕迹。用钢丝刷擦洗所有燃烧残留物，用有机溶剂（如乙醇、同丙酚、丙酮或甲基乙酮）清洁房间。根据地方和国家规定，将任何一次性清洁材料作为危险废物处理。注意：使用列出的溶剂（如眼睛保护、适当的实验室涂层或防化手套）清洁时应使用个人防护设备。 检查 CRASH-P 动态压力传感器是否有异常磨损。注：传感器使用带有 CRASH-P 腔室的凹槽安装，因为它们只能处理 204 °C 的最高温度，以防止内部电子设备损坏。这些高温、电荷放大传感器使用下游转换器（见 材料表）将信号更改为集成电路压电 （ICP） 信号。 拆下将压力传感器连接到 CRASH-P 主体的 1/8 英寸美国国家管道线程 （NPT） 配件。用铲子或有机溶剂清除任何燃烧残留物。解开《不扩散条约》耦合的压力传感器。 用室温硫化硅胶密封剂填充《不扩散条约》耦合剂。将压力传感器螺纹回内部，确保一些密封剂被挤出。擦去密封剂，使其与 1/8 英寸 NPT 配件齐平。 让密封剂治愈至少12小时。重新安装 NPT 耦合压力传感器，以保护传感器免受动态压力读数中爆炸引起的温度错误。 为温度诊断准备电馈线。剥离绝缘的热电偶电线，并通过馈送绝缘套管运行裸露的电线。注：电馈通的型号和类型将因电线仪表和所需的馈送量而异。请参阅 CRASH-P 室中使用的电气馈线材料 表 。 使用标准 K 型热电偶进行 CRASH-P 测试，因为测试的温度和采样率相当标准。在馈送的另一端安装交配连接。注：出于生产力原因，鼓励其进行多个电气馈送。 将两个电源通过室盖进行螺纹。在室内每个进料点至少留0.3米的热电偶。确保热电偶的珠面位于 CRASH-P 室内。 3. 推进剂样品安装 将密封的 CRASH-P 样品固定在连接到 CRASH-P 测试的室盖上的钢板（图 2B）上，以将样品保持在腔室中间。注意：确保样品在腔室中间而不接触容器壁，确保样品通过对流而不是传导加热。 将一个热电偶从电馈通器放入推进剂样品支架内，以捕获任何外热反应。在钢板上放置另一个热电偶，指向 CRASH-P 室内的空气温度采样（图 2）。确保热电偶采样的温度是温度控制器的控制热电偶。 将密封环放在 CRASH-P 室的环状凹痕中。确保密封环清洁任何异物碎片。 一旦样品正确固定在木板上，热电偶正确放置，将室盖滑入腔室主体。注意不要通过标记室盖来旋转室盖。 使用圆柱形杆插入推力清洗器，并完全螺纹并将保留头拧紧到腔室上。 将 7/8″-9 套螺丝六角螺栓安装到室头。以星形模式拧紧它们，以确保室均匀地拧紧。使用扭矩扳手进行最后的室紧固，以确保均匀密封。注：一般来说，169.48 N+m 足以统一密封。 安装室固定器夹，并用钉固定器固定到位。如有必要，使用橡胶锤确保紧贴蛤，并防止从腔室垂直移动。 将端板螺栓固定到测试台，以防止 CRASH-P 测试在点火过程中轴向运动。 将动态压力传感器共轴线插入信号调节器。将电带加热器 （图 2D）插入连接到温度控制器的插座插座中，以便带加热器可以由向加热器提供 220 VAC 电源的温度控制器控制。 4. 设置和检查测试仪器 对温度控制器（需要 120 VAC 功率）进行编程，以便将 24 V 信号传输到固态继电器-开关，该开关可确定加热电源何时打开或关闭。注意：与任何烹饪测试一样，编程温度控制器对于运行可靠的测试至关重要。 测试前调高温度控制器以获得适当的加热特性。注：应设置比例增益、整体特征和速率，以尽量减少振荡和过冲。 设置温度控制器上 16 个时间间隔所需的温度值。使用前三个间隔设置坡道和浸泡期，温度保持在 50 °C 至少 2 小时。然后，输入间隔以提供数据点，以便测试具有在测试期间不改变坡度（15 °C/h 是目标）的线性加热配置文件，并将最终温度设置为 300 °C。 确保进射和插座导线插入动态压力信号调节器。打开动态压力信号调节器。如果没有显示的空头，则继续下一步。注意：短传感器的红灯亮起。 使用三个 K 型热电偶，其末端在热电偶放大器内终止，并确保放大器打开。打开监控摄像头进行测试，通过视频记录 CRASH-P 测试，以便操作员能够远程查看机舱是否发生了任何事故。将电源打开到控制台上的加热器（图 3），并打开温度控制器远程运行测试。 在温度控制器的CTRL页面上，打开RSEN。 按温度控制器上的辅助按钮，将测试条件从待机状态更改为运行状态，以便测试开始加热腔室。 5. 数据采集和测试清理 在数据采集系统软件中构建一个工作台，以设置两个不同的区域用于测试数据收集：一个用于主板测量压力，另一个用于热电偶放大器测量温度（图 3）。 检查数据采集系统，查看是否发生了触发事件，这意味着样本经历了热外反应，可以停止。设置系统在触发扫描机制上运行，以便在达到阈值电压后，压力采样率从每秒一个样本增加到 50，000 个样本/秒，以准确解决自检过程中反应样本所做的工作。注：应事先进行惰性测试，以调查如何控制加热率。充电放大传感器可以以高达 500，000 个样品/s 的速度进行采样，但此测试通常不需要这种速度。 如果观察到外热触发反应，请按数据采集软件上的 停止 按钮。由于数据采集本身不会结束，因此定期检查测试，以检查温度外热或触发的压力响应。如果观察到其中任何一个，请手动停止录制，并关闭加热器电源、视频和温度控制器。 手动将温度和压力数据导出到标签划定的文本文件中，确保由于采样率不同，压力和温度数据单独导出。将文本文件传输到另一台计算机，以便对结果进行数据分析。 等待至少 12 小时的测试冷却，然后拆解测试室。通风室释放出外热反应中的任何产品气体。小心地拆卸测试室。注意：佩戴个人防护设备-化学/耐火焰实验室外套，适当的手套和呼吸器作为火箭推进剂产品可能是危险的。 清洁腔室和所有组件，并捕获样品持有人的样品容器碎片。 6. 崩溃-P 数据分析 注：数据分析包括实际温度痕迹和触发的动态压力数据。数据采集系统标记触发器的位置，用户可以看到发生此情况的时间。触发器对应于比基线高 5% 的动态压力值。 停止软件中的记录，并导出温度和压力数据来标签划定的文本文件。 用图形软件打开文本文件。检查可以确定点火温度的温度外热数据，并检查室加压的速度。 如果有这些结果，则将 CRASH-P 结果与正在测试的配方的全面 SCO 测试数据进行比较。比较自体温度和反应暴力。