Sandia National Laboratories demonstrou com sucesso um novo, método mais ecológico para testar uma peça de foguete para garantir que seus aviônicos possam suportar o choque da separação de estágio durante o vôo.

O novo método - chamado de Teste Pyroshock Alternativo - usou uma arma de gás movida a nitrogênio para atirar um projétil de aço de 100 libras em uma viga ressonante de aço, que então transfere energia através de um cone ressonante conectado à peça que está sendo testada. A transferência de energia resultante imita as condições de separação de estágios no espaço. O primeiro teste desse tipo usando o hardware de vôo foi concluído nesta primavera.

Até agora, testes de pyroshock para garantir que as peças aeroespaciais estivessem prontas para os rigores do voo usaram explosivos encerrados em chumbo para fornecer os impactos às peças necessárias para tais experimentos, disse o engenheiro mecânico Mark Pilcher.

O chumbo e os explosivos eram riscos ambientais, portanto, a limpeza era cara e demorada. A equipe da Sandia Labs queria uma abordagem melhor.

"Reconhecemos no início do programa que precisamos buscar métodos de teste alternativos a fim de reduzir nossa exposição a trabalhos perigosos, minimizar o desperdício ambiental e desenvolver uma capacidade de teste controlada e repetível, "Pilcher disse." Investigar um teste de arma de gás não explosivo em grande escala tornou-se uma realidade quando fizemos parceria com as instalações de teste mecânico em grande escala da Sandia. A equipe combinada trabalhou duro para chegar a este teste. "

A tecnologia da barra Hopkinson provou ser uma alternativa mais controlável aos explosivos

Solicitado a pesquisar se um meio alternativo de teste era possível usando uma arma de gás, O engenheiro mecânico da Sandia, Bo Song, mudou para uma barra Hopkinson de 1 polegada de diâmetro. A barra de Hopkinson foi sugerida pela primeira vez em 1914 por Bertram Hopkinson, advogado britânico de patentes e professor de mecanismo e mecânica aplicada da Universidade de Cambridge, como forma de medir a pressão produzida por explosivos. Foi posteriormente modificado em 1949 para medições dinâmicas de tensão-deformação de materiais.

No Laboratório de Mecânica de Impacto Experimental de Sandia, Song e sua equipe realizaram testes em pequena escala com uma haste de metal cerca de 20 vezes menor do que a usada no teste em escala real. Eles descobriram que a tecnologia da barra Hopkinson poderia fornecer os níveis de frequência e a energia mecânica necessária no teste em grande escala para recriar as condições encontradas durante o vôo.

A equipe de Song conduziu mais de 50 testes. Eles analisaram quais tipos de projéteis usar, quão rápido a arma de gás precisava para atirar, como projetar um aparelho tipo barra de Hopkinson chamado de barra ressonante em uma escala maior, como projetar um cone ressonante de aço para transferir a energia para o objeto que está sendo testado e como manipular o pulso de energia usando pequenas "moedas" de cobre chamadas programadores ou modeladores de pulso, que foram colocados na superfície da barra ressonante.

"A parte mais difícil foi projetar os programadores, ou formadores de pulso, porque tivemos que selecionar o material certo, geometria e dimensões, "Song disse." Nós temos muita experiência com esse tipo de teste para os futuros testes em larga escala. O mesmo conceito pode ser usado para uma variedade de aplicações de defesa e espaciais. Isso fornece um novo caminho para o teste de pyroshock, mas muito limpo e mais controlável e economizará muitos custos. "

Pistola de gás usada em testes de grande escala

A próxima fase do Teste Pyroshock Alternativo aplicou a tecnologia da barra Hopkinson a uma arma de gás acionada pneumaticamente.

Para este teste, a arma de gás não precisava atingir sua capacidade máxima. O canhão de gás de 60 pés de comprimento usou gás nitrogênio comprimido para disparar projéteis de metal em um feixe ressonante acoplado a um cone ressonante para expandir o diâmetro final para fazer a interface com a parte do foguete, essencialmente uma versão híbrida de uma barra de Hopkinson em grande escala.