p Você pode aprender muito com um tubo de explosão. Você pode aprender mais ao combinar experimentos de explosão com modelagem por computador. p Os pesquisadores do Sandia National Laboratories estão usando um tubo de explosão configurável a 36 metros para demonstrar o quão bem as armas nucleares poderiam sobreviver à onda de choque de uma explosão de uma arma inimiga e para ajudar a validar a modelagem.

p Sandia completou recentemente uma série de testes de tubos de explosão de dois anos para um programa de armas nucleares e iniciou os testes para outro. Cada série requer instrumentação, explosivos, câmeras de alta velocidade e modelagem por computador.

p Os testes simulam parte do ambiente que uma arma que reentraria na atmosfera da Terra enfrentaria se outra arma nuclear explodisse nas proximidades, disse o diretor de teste Nathan Glenn.

p Cada série começa com tiros de calibração que permitem aos membros da equipe verificar os parâmetros da onda de choque e, ao mesmo tempo, validar o modelo do computador. A equipe pendura uma carga explosiva em uma extremidade do tubo de 6 pés de diâmetro e coloca transdutores de pressão ao longo de seu comprimento. Os transdutores detectam a força da pressão de explosão movendo-se através do tubo - pressão mais alta perto da carga, caindo mais longe.

p Modelador Greg Tipton, que ajudou a projetar a série, ditos testes validam os modelos computacionais da dinâmica estrutural do sistema. "Podemos então usar os modelos para simular ambientes reais que não podemos realmente testar, " ele disse.

p Descobrir como conduzir testes

p É complexo apenas analisar como conduzir um teste, Tipton disse. A pressão determina o tamanho da carga necessária e como o artigo de teste é posicionado no tubo, e isso determina o carregamento, ou a quantidade de força aplicada à unidade de teste. Por sua vez, o carregamento determina a resposta estrutural do artigo de teste. "Então, a equipe faz cálculos ponta a ponta para simular o explosivo explodindo, a onda de choque através do tubo, a propagação do choque na unidade de teste e, em seguida, a resposta estrutural à onda de choque. Todos esses dados são usados ​​para determinar a orientação correta, o nível de choque certo, para validar os modelos, "Tipton disse.

p Um programa de software simula o explosivo explodindo e a onda de choque movendo-se através do tubo. Um segundo calcula o choque que se move sobre a unidade de teste. Um terceiro calcula a resposta da unidade ao choque e vibração. O quarto simula como a unidade voará do tubo para que a equipe possa estimar para onde está indo, quão rápido ele está se movendo e como eles vão pegá-lo com segurança. Cada pacote de software tem o duplo propósito de calcular a resposta do sistema para validar os modelos e ajudar a projetar o teste, Tipton disse.

p Software que simula a explosão do explosivo, por exemplo, ajuda a determinar o tamanho da carga. "Eles fazem uma série de tiros no tubo para calibrar isso. Você sabe um peso de carga e uma pressão em algum local-alvo, "ele disse." À medida que você aumenta o peso da carga, você vai aumentar a pressão, e se você fizer alguns desses testes e um monte de simulações para preencher os espaços em branco, você estabelece uma curva de calibração que indica a quantidade de explosivo necessária para atingir a pressão desejada. "

p Wil Holzmann, que ajuda a analisar dados de teste, disse que mais de uma centena de canais de dados podem ser coletados sob pressão, tensões e respostas de aceleração. Os analistas processam dados experimentais usando informações incorporadas e usam métodos de processamento de sinal idênticos aos dados experimentais e de análise e comparam as respostas para avaliar a credibilidade do modelo.

p "O objetivo é desenvolver modelos analíticos validados para prever respostas a cargas de explosão com um alto grau de confiança, "Holzmann disse. Os pesquisadores podem usar o modelo validado para ajudar a qualificar uma arma para resistir a condições adversas, como uma explosão nuclear, que não pode ser simulado diretamente com testes de tubo de explosão no nível do solo.

p O planejamento leva muito mais tempo do que o próprio teste

p A instrumentação é crítica. Os testes que duram meros milissegundos requerem meses de planejamento.

p “Comunicação e excelência técnica são cruciais para o sucesso, "e há apenas uma chance de obter dados do ambiente extremo de uma explosão, disse John Griffin da Ciência e Engenharia de Medição. "Simplicidade no design, proteção do hardware, redundância de elementos críticos e verificação completa das conexões são essenciais para garantir que obteremos os dados nessa oportunidade. "

p Nos últimos três anos, Sandia desenvolveu uma nova unidade de instrumentação móvel, um grande sistema de aquisição de dados projetado para autoverificar a precisão e a "integridade" das conexões antes e depois do teste.

p Um trailer reforçado envolve o sistema para que ele possa ser colocado próximo a um teste de detonação. O sistema pode armazenar até 16 milhões de amostras por canal e registrar cerca de 1 gigabyte por segundo na taxa de amostragem máxima, Griffin disse. Para comparação, ele disse, isso equivale a mais de 70 horas de música digital ou cerca de 1, 100 canções.

p Glenn disse que medir os pulsos de pressão é mais uma arte do que uma ciência. "Se você não configurou e montou corretamente, os dados são inúteis, "ele disse." Existem racks e racks de instrumentação com fios vindo para você. A sua cabeça fica tonta só de olhar. "

p Imagens especializadas de alta velocidade empregadas

p Imagens de alta velocidade que medem as mudanças de pressão também ajudam a avaliar o impacto de uma onda de choque. No passado, os pesquisadores usaram câmeras de streak que viram as imagens através de uma fenda de um quarto de polegada por 6 polegadas. As câmeras Streak são semelhantes aos scanners de documentos, a imagem de uma coluna de pixels e a geração de uma imagem pelo objeto que se move rapidamente após a varredura.

p Agora, uma técnica fotográfica chamada schlieren sintético, implementado para ambientes hostis pelo engenheiro óptico Anthony Tanbakuchi, permite uma visão muito mais ampla. Schlieren sintético detecta mudanças no índice óptico induzidas por mudanças na pressão, Temperatura e densidade. O efeito schlieren é comparável a ver ondulações de calor em uma estrada. As técnicas regulares de schlieren (uma palavra alemã que significa traço no singular) requerem uma ótica grande, iluminação especial e outro complexo, configurações ópticas sensíveis que não são práticas para testes em grande escala, Tanbakuchi disse. Schlieren sintético não requer nenhuma configuração especial além de um plano de fundo opcional e não tem limite de tamanho porque procura mudanças de subpixel no plano de fundo para detectar alterações de índice óptico.

p A equipe combina algoritmos de imagem sintética com códigos de estabilização de imagem que Tanbakuchi desenvolveu para criar imagens de uma frente de onda de explosão. A história de 50 anos de testes extremos da Sandia significa que ela tem uma enorme base de código para resolver esses problemas.

p Schlieren sintético pode ser usado para tudo, desde imagens de pressão a temperatura. "Mas o maior valor vem quando também combinamos com as técnicas de fusão de dados que desenvolvemos para que você possa ver as frentes de onda de pressão com dados de instrumentação e dados de modelo, "Tanbakuchi disse." É quando a imagem completa realmente emerge. "