ロケット推進剤の実験室規模のスロークックオフ試験:ゆっくりと加熱された推進剤(CRASH-P)試験の燃焼率分析

1. 推進剤サンプル調製 噴射剤成分(高分子樹脂、可塑剤、固体燃料、酸化剤粒子)を、一定期間回転するプラネタリミキサーで慎重に混合します。注:混合の持続時間は、特定の製剤に依存しますが、ほとんどの混合は少なくとも2時間かかります。 特別に作られたCRASH-Pサンプルホルダーに未硬化ロケット推進剤をキャスト。ポリテトラフルオロエチレンマンドレルをサンプルホルダーの中央に配置し、鋳造中に、推進剤が治癒したときに中心の穿光を作成します。回転式の中心の穿角がまっすぐで一貫性があることを保障するために、マンドレルのホールダー(図1)を使用しなさい。注: CRASH-P サンプルホルダは、実際のロケットモーターと同じ推進剤体積を内部チャンバーの体積にスケールして、本格的なロケットモーターの推進剤の閉じ込めを模倣する必要があります。CRASH-Pサンプルホルダーは、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)またはアルミニウム製です。金属燃料のないロケット製剤はPEEKを使用できますが、金属化製剤は、それらが自己発火時に早期に溶融しないように、アルミニウムホルダーを使用する必要があります。 CRASH-Pサンプルをオーブンに入れ、プロペラントを治すために必要なポリウレタン反応やその他の化学を加速させます。ウレタンの治療のためにオーブンの温度を60°Cに保ち、ロケット推進剤の成分に応じて温度を増減させます。 推進剤が硬化した後、余分な推進剤がサンプルホルダー表面から突き出ないようにトリミングし、Oリングフェイスシールに干渉します。穏やかに引き出すことによって、各製剤からマンドレルを安全に除去します。注: 推進剤は、噴射剤表面に対する摩擦摩耗を最小限に抑えるために、カミソリの刃または他の鋭利な物体でトリミングする必要があります。 適切な圧力シールのために、CRASH-P サンプルホルダーの面の内側にシリコーン O リングを置きます (図 1)。メモ:Oリングのサイズは、CRASH-Pサンプルホルダーのサイズによって異なります。例えば、025サイズのOリングは25gテストに使用され、128サイズのOリングは50gテストに使用されます。 カバーをCRASH-Pサンプルホルダーにボルトで固定し、アレンレンチで締めます。スターパターンでボルトを締め、シール力をより均等に分配します。 2. クラッシュ-Pチャンバーの準備 CRASH-Pチャンバーに取り付けられた排気バルブを開けて、CRASH-Pチャンバーが加圧されていないことを確認します。CRASH-P本体からチャンバーカバー、キャップ、スラストワッシャーを取り外します。CRASH-P サンプルを保持するために、CRASH-P キャップに板を取り付けます。 最後のテストの痕跡を取り除くためにCRASH-Pチャンバーをきれいにしなさい。ワイヤーブラシですべての燃焼残渣をスクラブし、エタノール、イソプロパノール、アセトン、またはメチルエチルケトンなどの有機溶媒でチャンバーを洗浄します。地方および国の規制に従って、単独使用の洗浄材を危険廃棄物として処分してください。注:個人用保護具は、目の保護、適切な実験室のコート、または化学的に抵抗性の手袋など、記載されている溶剤で洗浄する場合に使用する必要があります。 CRASH-Pダイナミック圧力センサで異常な消耗がないか調べます。注:センサーは、内部電子機器の損傷を防ぐために204°Cの最高温度しか処理できないため、CRASH-Pチャンバーで凹型取り付けを使用します。これらの高温電荷増幅センサは、下流の変換器( 材料表を参照)を使用して、信号を集積回路圧電(ICP)信号に変更します。 圧力センサを CRASH-P 本体に取り付ける 1/8 インチ のアメリカ国立パイプスレッド (NPT) の取り付け具を取り外します。ヘラまたは有機溶媒で燃焼残渣を洗浄します。圧力センサをNPTカップリングから取り出します。 NPTカップリングに室温加硫シリコンシーラントを充填します。圧力センサーを内部に戻し、シーラントの一部が押し出されていることを確認します。1/8インチのNPTフィッティングで洗い流されるようにシーラントを拭き取ります。 シーラントを少なくとも12時間硬化させてください。NPT結合圧力センサを再取り付けして、動的圧力測定値の爆発による温度誤差からセンサを保護します。 温度診断用の電気フィードスルーを準備します。絶縁体の熱電対ワイヤーを取り外し、フィードスルー絶縁スリーブを通して裸のワイヤーを走らします。注: 電気フィードスルーのモデルとタイプは、ワイヤゲージと必要なフィードスルーの量によって異なります。CRASH-Pチャンバーで使用される電気フィードスルーについては、 材料表 を参照してください。 試験の温度とサンプリングレートはかなり標準的なため、CRASH-P試験には標準K型熱電対を使用してください。フィードスルーの反対側に交配接続をインストールします。注: 生産性上の理由から、複数の電気フィードスルーを行うことをお勧めします。 チャンバーキャップを通して2つの電気フィードスルーを通します。チャンバー内の各フィードスルーに対して、少なくとも0.3mの熱電対を残します。熱電対のビーズ側がCRASH-Pチャンバーの内側にあることを確認します。 3. 推進剤のサンプルの取り付け 密封されたCRASH-Pサンプルを、CRASH-Pテストのチャンバーキャップに取り付けられたスチールプランク(図2B)にボルトで固定し、サンプルをチャンバーの中央に保ちます。注:容器の壁に触れることなく、サンプルがチャンバーの中央にあることを確認すると、サンプルが伝導の代わりに対流によって加熱されることを保証します。 電気フィードスルーから熱電対の1つを推進剤サンプルホルダーの内側に置き、発熱反応を捕捉します。別の熱電対を鋼板に置き、CRASH-Pチャンバー内の空気温度をサンプリングするように指差します(図2)。熱電対が空気温度をサンプリングすることが温度コントローラの制御熱電対であることを確認します。 CRASH-Pチャンバーのリング状のインデントにシールリングを置きます。シーリングリングが異物の破片からきれいであることを確認してください。 サンプルが板に適切に固定され、熱電対が適切に配置されたら、チャンバーキャップをチャンバーの本体にスライドさせます。チャンバーキャップをマークしてチャンバーキャップを回転させないように注意してください。 円筒形の棒を使用してスラストワッシャーと完全に糸を挿入し、保持ヘッドをチャンバーに締めます。 7/8″-9セットの六重ボルトをチャンバーヘッドに取り付けます。チャンバーが均等に締め付けられるように、星のパターンでそれらを締めます。最終チャンバー締付けにはトルクレンチを使用し、均一なシールを確保します。注:一般的に、169.48 N∙mは均一なシールのために十分です。 チャンバーリテーナークランプを取り付け、ダウエルピンで所定の位置に保持します。必要に応じて、ゴムマレットを使用して、アサリにぴったりフィットし、チャンバーからの垂直移動を防ぎます。 試験テーブルにボルトで固定してチャンバーエンドプレートを取り付け、点火イベント中にCRASH-Pテストが軸方向に動かないようにします。 ダイナミック圧力センサの同軸ケーブルを信号コンディショナに差し込みます。電気バンドヒーター(図2D)を温度コントローラに接続するコンセントソケットに差し込み、ヒーターに220 VAC電力を供給する温度コントローラで帯域ヒーターを制御できるようにします。 4. テスト計測の設定と確認 温度コントローラ(120 VAC電源を必要とする)をプログラムし、24 V信号をソリッドステートリレーaスイッチに送信し、加熱電力のオン/オフを決定します。注: 他のクックオフテストと同様に、温度コントローラのプログラミングは、信頼性の高いテストを実行するために重要です。 温度コントローラを調整してからテストを行い、適切な加熱特性を得ます。注: 比例ゲイン、積分特性、レートはすべて振動とオーバーシュートを最小限に抑えるように設定する必要があります。 温度コントローラの 16 時間間隔に必要な温度値を設定します。最初の3つの間隔を使用して、温度が少なくとも2時間50°Cに保たれるランプとソーク期間を設定します。次に、試験中に傾きが変化しない線形加熱プロファイルを持つ場合に、試験のデータポイントを供給する間隔を入力し(15°C/hが目標)、最終温度を300°Cに設定します。 入口と出口線がダイナミックな圧力信号コンディショナに差し込まれていることを確認します。ダイナミック圧力信号コンディショナをオンにします。ショートが表示されていない場合は、次の手順に進みます。メモ:赤色のライトが短絡したセンサーに照らされます。 熱電対アンプ内で端が終端する3つのKタイプ熱電対を使用し、アンプの電源が入っていることを確認します。テスト用の監視カメラをオンにして、ビデオによるCRASH-Pテストを記録し、オペレータが部屋に何かがリモートで起こるかどうかを確認できるようにします。制御コンソールのヒーターに電力を投入し(図3)、温度コントローラをオンにしてテストをリモートで実行します。 温度コントローラのCTRLページで、RSENをオンにします。温度コントローラのAuxボタンを押して、テスト条件をスタンバイから実行に変更し、試験室の加熱を開始します。 5. データ収集とテストのクリーンアップ データ収集システムソフトウェアにワークベンチを構築し、テストデータ収集用の2つの異なる領域を設定します: 1つはメインボードで測定する圧力用で、もう1つは熱電対アンプの温度を測定します(図3)。 データ取得システムをチェックして、発生したイベントが発生したかどうかを確認します。システムをトリガスイープ機構で実行し、しきい値電圧に達した後、圧力サンプリングレートが1秒間に1サンプルから50,000サンプル/秒に変わって、自己起流中の反応サンプルによって行われた作業を正確に解決するように設定します。注: 加熱速度を制御する方法を調査するために、事前に不活性テストを実行する必要があります。電荷増幅センサーは、最大500,000サンプル/sの速度でサンプリングできますが、通常、このテストではその速度は必要ありません。 発熱誘発反応が観察された場合は、データ取得ソフトウェアの 停止 ボタンを押します。データ取得は単独で終了しないため、定期的にテストをチェックして、温度発熱またはトリガ圧力応答を確認します。これらのいずれかが見られた場合は、手動で記録を停止し、ヒーターの電源、ビデオ、および温度コントローラをオフにします。 温度データと圧力データをタブ区切りテキスト ファイルに手動でエクスポートし、サンプリング レートが異なるため、圧力データと温度データが個別にエクスポートされるようにします。テキスト ファイルを別のコンピュータに転送して、結果に対するデータ分析を実行します。 テストチャンバーを分解する前に、テストが冷却されるまで少なくとも12時間待ちます。室を通して発熱反応から任意の製品ガスを放出します。テストチャンバーを慎重に分解します。注意:個人用保護具化学/難燃性ラボコート、適切な手袋、およびロケット推進剤として人工呼吸器を着用することは危険である可能性があります。 チャンバーとすべてのコンポーネントを洗浄し、サンプルホルダーのサンプル容器の断片をキャプチャします。 6. CRASH-P データ分析 注: データ解析は、実際の温度トレースとトリガーされた動的圧力データで構成されます。データ収集システムはトリガの場所をマークし、ユーザーは、これが発生した時刻を確認できます。トリガは、ベースラインよりも 5% 高い動的圧力値に対応します。 ソフトウェアでの録音を停止し、温度と圧力データをタブ区切りテキストファイルにエクスポートします。 グラフ化ソフトウェアでテキストファイルを開きます。点火温度を決定できる温度発熱のデータを確認し、チャンバーが加圧する速さを確認します。 CRASH-P の結果を、テスト対象の製剤のフルスケール SCO テスト データと比較します (使用可能な場合)。自己怒りの温度と反動の暴力を比較します。