Mike Beabout et Patrick Barnes de Sandia National Laboratories, de gauche à droite en haut, et Mark Stroman et Jamison Lee, de gauche à droite en bas, préparer un pistolet à gaz alimenté à l'azote pour le test de pyrochoc alternatif des laboratoires en installant un cône résonant sur un faisceau résonant. Sandia a démontré avec succès un moyen plus respectueux de l'environnement pour garantir que l'avionique peut résister au choc de la séparation des étages pendant le vol. Crédit :Randy Montoya
Sandia National Laboratories a démontré avec succès un nouveau méthode plus respectueuse de l'environnement pour tester une pièce de fusée afin de s'assurer que son avionique peut résister au choc de la séparation des étages pendant le vol.
La nouvelle méthode, appelée Test Pyroshock Alternative, utilisait un pistolet à gaz alimenté à l'azote pour tirer un projectile en acier de 100 livres dans un faisceau résonant en acier, qui transfère ensuite l'énergie à travers un cône résonant attaché à la pièce testée. Le transfert d'énergie résultant imite les conditions de séparation des étages dans l'espace. Le premier test de ce type utilisant le matériel de vol a été achevé ce printemps.
Jusqu'à maintenant, des tests de pyrochocs pour s'assurer que les pièces aérospatiales étaient prêtes pour les rigueurs du vol avaient utilisé des explosifs enrobés de plomb pour fournir les impacts aux pièces nécessaires à de telles expériences, a déclaré l'ingénieur en mécanique Mark Pilcher.
Le plomb et les explosifs étaient dangereux pour l'environnement, le nettoyage était donc coûteux et chronophage. L'équipe de Sandia Labs souhaitait une meilleure approche.
« Nous avons reconnu dès le début du programme que nous devions rechercher des méthodes de test alternatives afin de réduire notre exposition au travail dangereux, minimiser les déchets environnementaux et développer une capacité de test contrôlée et reproductible, " a déclaré Pilcher. " L'enquête sur un essai de pistolet à gaz non explosif à grande échelle est devenue une réalité lorsque nous nous sommes associés aux installations d'essais mécaniques à grande échelle de Sandia. L'équipe combinée a travaillé dur pour arriver à ce test."
La technologie des barres Hopkinson s'est avérée une alternative plus contrôlable aux explosifs
Invité à rechercher si un autre moyen de test était possible à l'aide d'un pistolet à gaz, L'ingénieur mécanicien de Sandia, Bo Song, s'est tourné vers une barre Hopkinson de 1 pouce de diamètre. Le bar Hopkinson a été suggéré pour la première fois en 1914 par Bertram Hopkinson, un avocat britannique en brevets et professeur de mécanisme et de mécanique appliquée à l'Université de Cambridge, comme moyen de mesurer la pression produite par les explosifs. Il a encore été modifié en 1949 pour les mesures dynamiques de contrainte-déformation des matériaux.
Dans le laboratoire de mécanique d'impact expérimentale de Sandia, Song et son équipe ont effectué des tests à petite échelle avec une tige métallique environ 20 fois plus petite que celle utilisée dans le test à grande échelle. Ils ont découvert que la technologie de la barre Hopkinson pouvait fournir les niveaux de fréquence et l'énergie mécanique nécessaires au test à grande échelle pour recréer les conditions trouvées pendant le vol.
L'équipe de Song a effectué plus de 50 tests. Ils ont regardé quels types de projectiles utiliser, à quelle vitesse le pistolet à gaz devait tirer, comment concevoir un appareil de type barre Hopkinson appelé barre résonante à plus grande échelle, comment concevoir un cône de résonance en acier pour transférer l'énergie à l'objet testé et comment manipuler l'impulsion d'énergie à l'aide de petites "pièces" de cuivre appelées programmeurs ou façonneurs d'impulsions, qui ont été placés sur la surface de la barre résonante.
"La partie la plus difficile a été de concevoir les programmeurs, ou façonneurs d'impulsions, parce qu'il fallait sélectionner le bon matériau, géométrie et dimensions, " Song a déclaré. "Nous avons acquis beaucoup d'expérience grâce à ce type de test pour les futurs tests à grande échelle. Le même concept peut être utilisé pour une variété d'applications de défense et spatiales. Cela fournit une nouvelle voie pour les tests de pyrochoc, mais très propre et plus contrôlable et permettra d'économiser beaucoup de coûts."
Pistolet à gaz utilisé dans les tests à grande échelle
La phase suivante de l'Alternative Pyroshock Test a appliqué la technologie de la barre Hopkinson à un pistolet à gaz à entraînement pneumatique.
Pour cet essai, le pistolet à gaz n'était pas obligé d'atteindre ses capacités maximales. Le canon à gaz de 60 pieds de long utilisait de l'azote comprimé pour tirer des projectiles métalliques dans un faisceau résonant couplé à un cône résonant pour élargir le diamètre final pour s'interfacer avec la partie fusée, essentiellement une version hybride d'un bar Hopkinson à grande échelle.
