Sandia National Laboratories ha dimostrato con successo un nuovo, metodo più rispettoso dell'ambiente per testare una parte del razzo per garantire che la sua avionica possa resistere allo shock della separazione degli stadi durante il volo.

Il nuovo metodo, chiamato Alternative Pyroshock Test, utilizzava una pistola a gas alimentata ad azoto per sparare un proiettile d'acciaio da 100 libbre in un raggio risonante d'acciaio, che poi trasferisce energia attraverso un cono risonante attaccato alla parte in prova. Il trasferimento di energia risultante imita le condizioni di separazione degli stadi nello spazio. Il primo test di questo tipo con l'hardware di volo è stato completato questa primavera.

Fino ad ora, i test piroscopici per garantire che le parti aerospaziali fossero pronte per i rigori del volo avevano utilizzato esplosivi racchiusi in piombo per fornire gli impatti alle parti necessarie per tali esperimenti, ha detto l'ingegnere meccanico Mark Pilcher.

Il piombo e gli esplosivi erano rischi ambientali, quindi la pulizia era costosa e richiedeva molto tempo. Il team di Sandia Labs voleva un approccio migliore.

"Abbiamo riconosciuto all'inizio del programma che abbiamo bisogno di cercare metodi di prova alternativi per ridurre la nostra esposizione al lavoro pericoloso, ridurre al minimo gli sprechi ambientali e sviluppare una capacità di test controllata e ripetibile, " Ha detto Pilcher. "Indagare su un test di pistola a gas non esplosivo su larga scala è diventato una realtà quando abbiamo collaborato con le strutture di prova meccaniche su larga scala di Sandia. La squadra combinata ha lavorato duramente per arrivare a questo test".

La tecnologia delle barre Hopkinson si è rivelata un'alternativa più controllabile agli esplosivi

Chiesto di ricercare se fosse possibile un metodo alternativo di test utilizzando una pistola a gas, L'ingegnere meccanico di Sandia Bo Song si è rivolto a una barra Hopkinson da 1 pollice di diametro. Il bar Hopkinson fu suggerito per la prima volta nel 1914 da Bertram Hopkinson, un avvocato britannico in brevetti e professore di meccanica applicata all'Università di Cambridge, come un modo per misurare la pressione prodotta dagli esplosivi. È stato ulteriormente modificato nel 1949 per le misurazioni dinamiche sforzo-deformazione dei materiali.

Nel Laboratorio Sperimentale di Meccanica Impatto di Sandia, Song e il suo team hanno condotto test su piccola scala con un'asta di metallo circa 20 volte più piccola di quella utilizzata nel test su larga scala. Hanno scoperto che la tecnologia della barra Hopkinson potrebbe fornire i livelli di frequenza e l'energia meccanica necessari nel test su larga scala per ricreare le condizioni riscontrate durante il volo.

Il team di Song ha condotto più di 50 test. Hanno esaminato quali tipi di proiettili usare, quanto velocemente la pistola a gas doveva sparare, come progettare un apparato di tipo a barra Hopkinson chiamato barra risonante su scala più ampia, come progettare un cono risonante in acciaio per trasferire l'energia all'oggetto da testare e come manipolare l'impulso di energia usando piccole "monete" di rame chiamate programmatori o formatori di impulsi, che sono stati posti sulla superficie della barra risonante.

"La parte più difficile è stata progettare i programmatori, o pulsatori, perché dovevamo selezionare il materiale giusto, geometria e dimensioni, " Song ha detto. "Abbiamo acquisito molta esperienza attraverso questo tipo di test per i futuri test su larga scala. Lo stesso concetto può essere utilizzato per una varietà di applicazioni spaziali e di difesa. Ciò fornisce un nuovo percorso per i test piroshock, ma molto pulito e più controllabile e farà risparmiare molti costi."

Pistola a gas utilizzata in test su larga scala

La fase successiva dell'Alternative Pyroshock Test ha applicato la tecnologia della barra Hopkinson a una pistola a gas ad azionamento pneumatico.

Per questa prova, la pistola a gas non era necessaria per raggiungere le sue capacità massime. La pistola a gas lunga 60 piedi utilizzava gas azoto compresso per sparare proiettili metallici in un raggio risonante accoppiato con un cono risonante per espandere il diametro finale per interfacciarsi con la parte del razzo, essenzialmente una versione ibrida di un bar Hopkinson su larga scala.