ČOS 999932 1. vydání
ČESKÝ OBRANNÝ STANDARD
ZKOUŠKY MĚŘENÍ RYCHLOSTI HOŘENÍ TUHÝCH RAKETOVÝCH POHONNÝCH HMOT VE ZMENŠENÝCH MOTORECH
ČOS 999932 1. vydání
(VOLNÁ STRANA)
2
ČOS 999932 1. vydání
ČESKÝ OBRANNÝ STANDARD ZKOUŠKY MĚŘENÍ RYCHLOSTI HOŘENÍ TUHÝCH RAKETOVÝCH POHONNÝCH HMOT VE ZMENŠENÝCH MOTORECH
Základem pro tvorbu tohoto standardu byly originály následujících dokumentů:
STANAG 4672, Ed. 1
AOP-57, Ed. 1
TESTS FOR MEASURING THE BURNING RATE OF SOLID ROCKET PROPELLANTS WITH SUBSCALE MOTORS Zkoušky pro měření rychlosti hoření raketových tuhých pohonných hmot pomocí zmenšených motorů TESTS FOR MEASURING THE BURNING RATE OF SOLID ROCKET PROPELLANTS WITH SUBSCALE MOTORS Zkoušky pro měření rychlosti hoření raketových tuhých pohonných hmot pomocí zmenšených motorů
© Úřad pro obrannou standardizaci, katalogizaci a státní ověřování jakosti
Praha 2012
3
ČOS 999932 1. vydání
OBSAH Strana 1
Předmět standardu ……...………………………….………………………..…….
5
2
Nahrazení standardů (norem) .…...….…………………………………………….
5
3
Souvisící dokumenty …..……………....…………………………..…..………….
5
4
Zpracovatel ČOS …........…………………………………….…….………..…….
5
5
Použité zkratky a definice ……...…..............…………………………………..….
6
5.1 Zkratky ……….…...............……………………………………………………….
6
5.2 Definice …………………………………………………………………………...
6
5.3 Omezení ……………………………………………………………………………
7
6
Všeobecná ustanovení .………………………………….…………..…….………
7
7
AOP-57 ……........................................……………………..……………………..
8
7.1 Úvod ….....................................…….......................…………...………………….
8
7.2 Porovnání zařízení na měření rychlosti hoření .....................…...………………….
8
7.3 Přehled používaných zmenšených motorů ve světě......................…...…………….
8
7.4 Měřené zkušební parametry …………………………………………………...…...
13
7.5 Přístrojové vybavení ……………………………………………………………….
13
7.6 Možné návrhy zmenšených raketových motorů používaných pro měření rychlosti hoření ………………………………………………………………………………
13
7.7 Doporučené požadavky na zkušební zařízení………………………………………
14
4
ČOS 999932 1. vydání
1
Předmět standardu
ČOS 999932, 1. vydání zavádí STANAG 4672, Ed. 1 a AOP-57, Ed. 1 do prostředí ČR. Standard stanovuje jednotnou metodiku pro měření rychlosti hoření tuhých raketových pohonných hmot ve zmenšených motorech. Metodika měření rychlosti hoření je popsána v AOP-57 a je použitelná pro raketové tuhé pohonné hmoty zkoušené ve zmenšených motorech, ale nemůže být využita pro původní nezmenšené raketové motory.
2
Nahrazení standardů (norem) Tento standard nenahrazuje žádný předchozí standard nebo předpis ani žádnou normu.
3
Souvisící dokumenty
RTO-TR-043
– EVALUATION OF METHODS FOR SOLID PROPELLANT
BURNING RATE MEASUREMENTS (WORK PERFORMED BY THE AC/323, RESEARCH AND TECHNOLOGY ORGANIZATION (RTO), APPLIED VEHICLE TECHNOLOGY (AVT) PANEL, TASK GROUP 016 FROM OCTOBER 1997 TO AUGUST 2001 - AC/323(AVT-016)TP/28 Hodnocení metod měření rychlosti hoření tuhých pohonných hmot (AC/323, Výzkumná a technická organizace RTO) AOP-38
– SPECIALIST GLOSSARY OF TERMS AND DEFINITIONS
ON AMMUNITION SAFETY Specializovaný slovník termínů a definic pro oblast bezpečnosti munice AOP-58
– METHODS FOR ANALYZING DATA FROM TESTS
DESIGNED TO MEASURE THE BURNING RATE OF SOLID ROCKET PROPELLANTS WITH SUBSCALE MOTORS Metody analýzy dat ze zkoušek určených k měření rychlosti hoření raketových tuhých pohonných hmot pomocí zmenšených motorů STANAG 4673
– METHODS FOR ANALYZING DATA FROM TESTS
DESIGNED TO MEASURE THE BURNING RATE OF SOLID ROCKET PROPELLANTS WITH SUBSCALE MOTORS Metody analýzy dat ze zkoušek určených k měření rychlosti hoření raketových tuhých pohonných hmot pomocí zmenšených motorů
4
Zpracovatel ČOS VOP-026 Šternberk, s. p., lokalita Slavičín, Ing. Martin Hošík.
5
ČOS 999932 1. vydání
5
Použité zkratky a definice
5.1 Zkratky Zkratka Ab At AOP CCP (CP) D EB L p pavg pmax rb RTO SCP SLAB STANAG tb VOP 5.2
Název v originálu Burning Surface Area Nozzle Throat Area Allied Ordnance Publication
Český název Plocha hořícího povrchu zrna Plocha kritického průměru trysky Spojenecká publikace o munici (výzbrojní publikace) Circular Center Perforated Grain Zrno s centrálním otvorem kruhového průřezu Diameter Průměr zrna End-Burning Grain Čelně hořící zrno Length Délka zrna Pressure Tlak Average Pressure Tlak průměrný Maximum Pressure Tlak maximální Burning Rate Rychlost hoření Research and Technology Výzkumná a technická organizace Organization Star Center Perforated Grain Zrno s centrálním otvorem hvězdicového průřezu Slab Grain Zrno deskového tvaru NATO Standardization Standardizační dohoda NATO Agreement Burning Time Doba hoření Vojenský opravárenský podnik
Definice
Níže uvedené termíny a jejich definice jsou specifické pro tento standard a jsou zařazeny k usnadnění jeho použití. Další lze nalézt v AOP-38 a ostatních souvisících dokumentech. Výbušnina
Látka nebo směs látek, která je schopna chemickou reakcí vytvářet plyny o vysoké teplotě a tlaku poškozující okolí. Tyto látky jsou vyráběny za účelem výbušných nebo pyrotechnických účinků.
Tuhá raketová pohonná hmota
Látka nebo směs látek, která svým definovaným způsobem prudkého hoření před hranicí výbuchu vytváří horké zplodiny proudící výstupní tryskou raketového motoru a zajišťující tak pohyb raketového systému.
6
ČOS 999932 1. vydání
5.3
Omezení
Tuto metodiku je možno použít pro tuhé raketové pohonné hmoty. Nelze ji však aplikovat na původní nezmenšené raketové motory, kde na rychlost hoření tuhé pohonné hmoty může mít vliv celkové uspořádání raketového motoru. Pro měření rychlosti hoření tuhých raketových pohonných hmot původních nezmenšených motorů je možno použít dokument RTO-TR-043 (viz souvisící dokumenty).
6
Všeobecná ustanovení
6.1 Raketové pohony s tuhou pohonnou hmotou zůstávají hlavním typem pohonu taktických a strategických řízených střel, stejně jako mnohých startovacích raketových motorů dalších druhů raket. 6.2 Z parametrů, ovlivňujících činnost raketového motoru s tuhou pohonnou hmotou, hraje rychlost hoření důležitou roli. Rychlost hoření, společně s velikostí odhořívané plochy, určuje velikost hmotnostního průtoku vytvořených vytékajících plynů a proto přímo ovlivňuje tlak a tah motoru. Rychlost hoření je charakteristikou tuhé pohonné hmoty, která může být měřena nezávisle na uspořádání raketového motoru. 6.3 Při navrhování raketových motorů s tuhou pohonnou hmotou se stává stále důležitější správná předpověď závislosti tahu na čase. Jednou z nejvýznamnějších proměnných při tomto odhadu je rychlost hoření tuhých pohonných hmot. 6.4 Velká část aktivit v oblasti tuhých pohonných hmot se věnuje měření rychlosti hoření a to ve fázi vývoje nových tuhých pohonných hmot, v průběhu výroby raketových motorů (kontrola kvality) nebo při stanovení životnosti motorů (stárnutí). 6.5 Změny v rychlosti hoření tuhých raketových pohonných hmot během životního cyklu mohou mít dopad na bezpečnost a použitelnost raketových motorů s tuhou pohonnou hmotou. Z těchto důvodů jsou přesné a jednotné metody měření rychlosti hoření tuhých raketových pohonných hmot velmi důležité. 6.6 Pro měření rychlosti hoření tuhých pohonných hmot se používají různá zkušební zařízení a metodiky. Proto je zapotřebí standardizovat různé přístupy vyvinuté mezi státy NATO tak, aby bylo možno považovat výsledky za důvěryhodné. 6.7 Další souvisící metody týkající se rychlosti hoření tuhých raketových pohonných hmot ve zmenšených motorech se nacházejí v dokumentu STANAG 4673 (a souvisícím AOP-58). 6.8 Pro měření rychlosti hoření tuhých raketových pohonných hmot, používaných v ozbrojených silách NATO, se používá zkušební metodika popsaná v AOP-57. Státy provádějící měření rychlosti hoření souhlasí s tím, že budou přispívat k aktualizaci a údržbě AOP-57 poskytováním informací vedoucích ke zlepšení zkušebních postupů: a) Lepší pochopení údajů o rychlosti hoření z různých zařízení umožní porovnat tuhé pohonné hmoty od různých výrobců a zlepšit mezinárodní výměnu a spolupráci. b) Zvýšení přesnosti a spolehlivosti měření umožní snížit počet zkoušek (a tím zkrátit čas a snížit náklady) a zlepšit kontrolu při výrobě a v průběhu stárnutí.
7
ČOS 999932 1. vydání
7
AOP-57
7.1 Úvod AOP-57 se zabývá zkouškami zmenšených motorů, určených ke stanovení rychlosti hoření tuhých raketových pohonných hmot. AOP-57 nepředkládá standardizovaný návrh motoru pro měření rychlosti tuhých raketových pohonných hmot, ale pouze doporučuje konfiguraci motoru, vycházející ze zkušeností dvaceti dvou zkušebních laboratoří z osmi států NATO. Metody zpracování dat ze zkoušek zmenšených motorů pro stanovení rychlosti hoření jsou předmětem AOP-58. 7.2 Porovnání zařízení na měření rychlosti hoření Rychlost hoření při určitém tlaku a rychlost hoření nad určitým tlakovým rozsahem je charakteristickou vlastností tuhých pohonných hmot. Zmenšené zkušební motory jsou používány pro stanovení těchto vlastností u tuhých pohonných hmot během jejich životního cyklu (např. při jejich výzkumu, v prvotní fázi výběru pro určitou aplikaci, v průběhu vývoje a kvalifikace raketového motoru a při kontrole během výroby). Účel stanovení rychlosti hoření je různý pro oblast výzkumu, vývoje a výroby. Vliv nových přísad a nových postupů na rychlost hoření je důležitější pro výzkum tuhých pohonných hmot. Pro návrh, vývoj a výrobu je důležitější použitelnost a reprodukovatelnost tuhých pohonných hmot pomocí rychlosti hoření. Cíle provádění zkoušek rychlosti hoření tuhých pohonných hmot mohou být rozděleny do různých fází, které jsou uvedeny v tabulce 1: TABULKA 1 − Přehled cílů zkoušek rychlosti hoření tuhých pohonných hmot Fáze
Cíl zkoušky
Výzkum / technologie
Hledání nových tuhých pohonných hmot, nových přísad nebo nové použití stávajících přísad a jejich vliv na rychlost hoření.
Prověřování
Hodnocení široké škály tuhých pohonných hmot s ohledem na rychlost hoření. Výběr navrhovaných tuhých pohonných hmot.
Vývoj
Přizpůsobování vybrané tuhé pohonné hmoty se specifickými vlastnostmi vývoji zrna a motoru. Stabilizace rychlosti hoření z důvodu zvýšení účinku.
Ověřování výkonu
Ověřování výkonnosti vzhledem k rychlosti hoření.
Výrobní kontrola 7.3
Přehled používaných zmenšených motorů ve světě
7.3.1 V různých státech se pro stanovení rychlosti hoření používá široká škála motorů. Jejich přehled je uveden v tabulce 2, ve které jsou motory rozděleny podle hmotnosti. Výsledky
8
ČOS 999932 1. vydání
zkoušení každého zařízení jsou hodnoceny v následující části, úplný přehled používaných motorů je uveden v tabulce 5. TABULKA 2 − Přehled motorů používaných ve světě Uživatelé Oblast
Hmotnost používaných motorů /g/
Počet uživatelů
Třída I
Třída II
Třída III
Třída IV
Třída V
< 200
200 – 500
500 – 5 000
5 000 – 10 000
> 10 000
CA / USA
14
8
12
7
3
4
Evropa
9
4
8
8
2
1
Celkem
23
12
20
15
5
5
7.3.2 Převládající konfigurací jsou zrna kruhového průřezu s centrálním otvorem ve hmotnostní třídě I, II a III. Větší motory ve hmotnostní třídě IV a zejména ve třídě V se zrny o hmotnosti vyšší než 60 kg nemohou být považovány za zmenšené zkušební motory pro stanovení rychlosti hoření. Přehled počtu zmenšených motorů používaných v USA v roce 1995 je uveden v tabulce 3. TABULKA 3 – Přehled používaných motorů v USA v roce 19951 Uživatelé v USA Oblast
Hmotnost používaných motorů /g/
Počet zařízení
Třída I a II
Třída III
Třída IV
Třída V
< 200 – 500
500 – 5 000
5 000 – 10 000
> 10 000
Průmysl
23
5
11
7
4
Státní organizace
9
4
2
3
-
Vysoké školy
8
3
1
1
-
Celkem
40
12
14
11
4
7.3.3 Pro měření rychlosti hoření tuhých pohonných hmot se ve světě používají speciálně navrhovaná zařízení. V principu se neliší, ale mají různou velikost. Jako příklad 1
Fry, R. S., „Review of Burning Rate Measurement Methods in the US“, briefing to the NATO RTO / AVT WG 016 (formerly AGARD / PEP WG 27), October 1995.
9
ČOS 999932 1. vydání
nejrozšířeněji používaného zmenšeného zkušebního motoru je 2 x 4palcový motor, který je uveden na obrázku 1:
OBRÁZEK 1 – Zmenšený zkušební motor – příklad Zařízení se skládá ze silnostěnné komory a většinou ze dvou přírub. Takto navržené zařízení se jednoduše čistí a motor je možno používat opakovaně. Přední příruba je osazena 1 nebo 2 snímači tlaku a iniciátorem, např. palníkem se zažehovačem, pokud se zkouší zrno s centrálním otvorem. V případě čelně hořícího zrna je iniciátor umístěný v zadní přírubě. Některá zařízení mohou mít z bezpečnostních důvodů přetlakovou pojistku, která je navržena tak, že uvolní tlak, pokud je jeho hodnota rovna tlakové odolnosti komory motoru. Může být umístěna buď na přední nebo na zadní přírubě. Zadní příruba se skládá ze (nebo drží) vstupní části trysky, výstupního kužele a výměnné vložky kritického průřezu trysky, která je obvykle vyrobena z grafitu. Další materiály jako je ocel, molybden nebo wolfram jsou občas rovněž používány, závisí to na druhu zkoušené tuhé pohonné hmoty. 7.3.4 Takovéto pevnostní zmenšené zkušební motory se mohou používat pro zkoušení tuhých pohonných hmot různých tvarů, které mohou být rozděleny do 3 skupin: a)
Zrna s centrálním otvorem plochého nebo kónického tvaru s kruhovým nebo hvězdicovým průřezem, pancéřované nebo nepancéřované.
b)
Zrno kruhového nebo diskového průřezu čelně hořící.
c)
Nepancéřovaná zrna obdélníkového tvaru, odhořívající po všech 6 plochách.
Konfigurace zrn ve skupině a) a b) vykazují neutrální chování hoření a jsou používány ke zjištění charakteristiky závislosti rychlosti hoření tuhé pohonné hmoty na tlaku v jednom bodu (závislost rb / p). Změnou průměru trysky se rychlost hoření tuhých pohonných hmot stanovuje v požadovaném tlakovém a teplotním rozsahu. Při zkouškách s vícestupňovým čelně hořícím zrnem kruhového průřezu a zrn skupiny c) je využívána metoda více bodů, kde je tlakový rozsah pokryt pouze 1 zkouškou. 7.3.5 Přehled používaných zařízení na stanovení rychlosti hoření ve vztahu životní cyklus tuhé pohonné hmoty vs. její aplikace je uveden v tabulce 4. Je patrno, že velké zmenšené zkušební motory ve třídě IV a V jsou především používány pro prověřování výkonu pro vesmírné a strategické aplikace. Více informací viz souvisící dokument RTO-TR-043.
10
ČOS 999932 1. vydání
TABULKA 4 – Přehled používaného zařízení pro měření rychlosti hoření v USA Aplikace motorů Vývojová fáze
Jiné
Taktické aplikace
Vesmírné / strategické aplikace
Třída I, II
Třída I – III
Třída I – III
Prověřování
Třída I – III
Třída II – IV
Třída III, IV
Vývoj
Třída II, III
Třída II – IV
Třída IV, V
Provádění ověřování / Výrobní kontrola
Třída II, III
Třída II – IV
Třída V
Výzkum / technologie
Třída I
< 200 g
Třída II 200 – 500 g
Třída IV 5 000 – 10 000 g Třída V > 10 000 g
Třída III 500 – 5 000 g
11
ČOS 999932 1. vydání
TABULKA 5 – Přehled motorů používaných ve světě Stát
Organizace
Třída (g) I < 200 g
CAN
DRDC
FRA
SNPE
CCP 120 g
DEU
BC
EB 100 g
ITA NLD
DN WIWEB BPD TNO
NOR ESP GBR
NAMMO INTA RORM
USA
AEROJET
AFRL ALLIANT TECH AMCOM ARC BF GOODRICH UNIVERSL GD ORD&TACT SYS NAWCWD NSWC PENN STATE
III
IV
V
500 – 5 000 g
5 000 – 10 000 g
> 10 000 g
CCP 6 300 g
SCP 2 000 g
CCP 200 – 400 g
CCP < 200 g
EB 1 000 g SCP 1 000 – 2 000 g CCP 1 000 g CCP 210 – 400 g CCP 1 500 g EB 200 – 400 g EB 3 000 g CCP 200 g CCP 350 g
EB 100 – 200 g EB 200 – 500 g
CCP 4 600 g
CCP 6 300 g
EB 500 – 1 000 g CCP 2 000 g
CCP 300 – 400 g CCP 350 – 460 g SCP 4 000 – 5 000 g CCP 306 g SLAB < 306 g EB 306 g EB 100 – 200 g CCP 250 – 300 g CCP 1 350 – 1 800 g EB 8 – 30 g CCP 1 800 – 4 500g CCP 3 300 g CCP 140 g
CCP 6 800 g
CCP 12 300 – 32 000 g CCP/EB 60 000 g CCP 12 300 – 32 000 g CCP/EB 60 000 g
CCP 400 g SLAB 400 g CCP 400 g EB 15 g CCP 150 g
CCP 5 400 g
CCP 400 g
EB 3 – 5 g
CCP 4 200 g
CCP 2 750 – 3 300 g SLAB 90 g
SLAB 450 g SLAB 320 g SLAB 320 g
P&W/CSD TALLEY DEF THIOKOL
II 200 – 500 g
CCP 1 800 g
CCP 70 g
CCP 350 g EB 400 g CCP 454 g
CCP 6 800 g
CCP 3 560 g
CCP – zrno s centrálním otvorem kruhového průřezu, SCP – zrno s centrálním otvorem hvězdicového průřezu, EB – čelně hořící zrno, SLAB – zrno deskového tvaru
12
ČOS 999932 1. vydání
7.4
Měřené zkušební parametry
7.4.1 Cílem zkoušek je stanovení rychlosti hoření při určitém průměrném tlaku a teplotě. Proto jsou zmenšené motory většinou vybaveny z důvodu snížení nákladů zkrácenou tryskou a používají se pouze pro stanovení křivky závislosti tlaku na čase. Dalším zkušebním parametrem, který musí být znám co možná nejpřesněji, je odhořívaná plocha zrna tuhé pohonné hmoty. Tyto zkušební parametry jsou dostatečné pro stanovení funkce závislosti rychlosti hoření tuhé pohonné hmoty na tlaku (rb / p). Měření tahu se občas provádí u větších motorů skupiny III – V. Tyto motory jsou pak vybaveny kompletní tryskou s náběhovým a výstupním kuželem s polovičním úhlem 45° resp. 15°. 7.5
Přístrojové vybavení
7.5.1 Měření tlaku: Pro měření tlaku se používají dva typy tlakových snímačů. Piezoelektrický snímač s širokofrekvenční odezvou umožňuje detekci rychle probíhajících jevů. Tenzometrické snímače poskytují velmi přesné měření statické tlakové křivky a obvykle se používají pro vyhodnocení rychlosti hoření. Skládají se ze symetricky stlačovaných kruhových elementů se 4 aktivními fóliemi nalepenými na měřeném tlakovém místě. Ocelová membrána chrání elektrické součásti před účinky tlaku kapaliny. K ochraně snímače před horkými a korosivními plyny se používá nástavec s olejem nebo vazelínou. 7.5.2 Tlakový snímač je umístěn na přední straně spalovací komory v případě zrn s centrálním otvorem. U čelně hořících zrn s je umístěn v zadní části komory. Z důvodu zajištění měření je možno vložit ještě další snímač. 7.5.3 Tlakový rozsah snímače je od 0 do 100 MPa. V případě, že není známo složení tuhé pohonné hmoty, je zvolen tlakový rozsah snímače tak, aby mohl být změřen přetlak, kterého může být dosaženo ve spalovací komoře v případě prasknutí stěny zrna. V případě výrobní kontroly se volí rozsah snímače vzhledem k očekávanému tlaku. 7.5.4 Linearita snímače musí být v celém rozsahu nižší než 0,25 %. Vlastní frekvence je 8 kHz pro tlakový rozsah 0 až 7 MPa a 113 kHz nebo vyšší pro rozsah 0 až 70 MPa. 7.6
Možné návrhy zmenšených raketových motorů používaných pro měření rychlosti hoření
7.6.1 Ne všechny návrhy zmenšených motorů odpovídají tomuto dokumentu. Přehled problematiky, týkající se návrhů zmenšených motorů je možno nalézt v dokumentu RTO-TR043. Pro charakterizaci rychlosti hoření je důležitá reprodukovatelnost, flexibilita, neutralita a stabilita hoření. 7.6.2 Reprodukovatelnost – Zkušební motor musí být schopen poskytovat opakovaně stejné vnitřně-balistické charakteristiky bez anomálií, které by mohly mít vliv na snížení množství poskytovaných údajů. Rozměry zrna se musí přesně kontrolovat nebo musí být změřeny.
13
ČOS 999932 1. vydání
7.6.3 Flexibilita – Zkušební motor musí být schopen pracovat v celém tlakovém rozsahu pro všechny rychlosti hoření. Toto je obvykle zabezpečováno výběrem vhodného průměru trysky tak, aby se dosáhlo požadovaného tlaku. 7.6.4 Neutralita hoření – U zkušebního motoru je velmi důležitá neutrální nebo plochá charakteristika tlakové závislosti na čase, čímž dojde ke zjednodušení analýzy a k eliminaci chyb, vyplývajících z nelinearity rychlosti hoření. 7.6.5 Stabilita hoření – Mnohé homogenní tuhé pohonné hmoty a heterogenní tuhé pohonné hmoty neobsahující hliník jsou náchylné k nestabilnímu hoření (viz dokument RTO-TR-043). Tato skutečnost se projevuje kolísáním tlaku a může zvýšit dobu hoření, což je velmi nežádoucí u motorů, určených k přesnému měření rychlosti hoření. 7.6.6 Motor pro měření rychlosti hoření musí být navržen tak, aby minimalizoval vysokou frekvenci výskytu nestability hoření a aby svým vhodným měřicím zařízením eliminoval takovéto nestability, pokud k nim dojde. 7.7
Doporučené požadavky na zkušební zařízení
7.7.1 Ze zahraničního výzkumu vyplývá, že nejvíce používaným motorem pro stanovení rychlosti hoření heterogenních tuhých pohonných hmot obsahujících zrno s kruhovým centrálním otvorem je motor 5 x 10 cm (2 x 4 palce). Tento motor ale není standardizován, pokud se týká rozměrů a hmotnosti tuhé pohonné hmoty, která se pohybuje od 120 do 450 g. S cílem zvýšit porovnatelnost a přesnost je doporučováno, aby byl tento motor zařazen do hmotnostní skupiny zrn II. Toho může být dosaženo pouhým zvýšením tloušťky stěny zrna tuhé pohonné hmoty na 13 mm, což v důsledku znamená, že hmotnost tuhé pohonné hmoty bude 300 až 400 g. Byla by tím pokryta většina aplikací tuhých pohonných hmot. Tuhé pohonné hmoty pro vesmírné a strategické použití budou vždy výjimkou a měly by být zkoušeny ve větších motorech. 7.7.2 Doporučené požadavky pro provádění měření jsou uvedeny v následující tabulce 6. Odpovídají doporučením, uvedeným v pracích Miller & Barrington z roku 1970–19712 a NASA SP-80393. Výsledky TG-0161 odpovídají výsledkům2, kde byla navržena třída motorů III, 2 000 až 5 000 g, poskytující uspokojivé rozšíření pro menší motory v plném rozsahu (D ≤ 76 cm). Několik příkladů těchto motorů, které jsou v 6 zemích a 11 zařízeních, je uvedeno v tabulce 5. Klasickými příklady jsou motory AFRL BATES a ARC Rohm and Haas 6C4 / 6C5 (více informací je uvedeno v dokumentu RTO-TR-043). Největší motory jsou ve hmotnostní třídě V s hmotností zrn od 22 kg do 60 kg, poskytující uspokojivé měřítko pro velmi velké motory vesmírného nebo strategického použití. ________________________ 2
Miller, W. H. and Barrington, D. K.,“A Review of Contemporary Solid Rocket Motor Performance Prediction Techniques“, Journal of Spacecraft and Rockets, 7 (3): 225- -237, 1970. 3
„Solid Rocket Motor Performance Analysis and Prediction“, NASA Space Vehicle Design Criteria (Chemical Propulsion) NASA SP-8039, May 1971.
14
ČOS 999932 1. vydání
TABULKA 6 – Přehled požadavků na zařízení pro měření rychlosti hoření – zmenšené motory4 Zrno: Tvar zrna: Tvar tlakové křivky:
Výroba zrna: Zbytky tuhé pohonné hmoty: Zkušební zařízení:
Tryska:
Intenzita šumu: Přesnost: Teplotní kompenzace: Kolísání nulové linie: Frekvence vzorkování: Měřicí kanály:
Kalibrace:
Zkušební zařízení Hmotnost tuhé pohonné hmoty 300 až 400 g. CP se zaobleným koncem a kuželovitým vrcholovým polovičním úhlem < 10°. Převládající kvazi stabilní hoření: Neutrální / Především ustálené hoření; Neneutrální / Neustálené hoření způsobené rychlou změnou tlaku je malé. Zasunutí trnu pro vytvoření zaobleného konce a štěrbinovitého vtokového otvoru v zadní části zrna. Zdokumentování velikosti, tvaru a umístění ve zkušebním zařízení po provedené zkoušce. Bez prasklin s bezpečnostním tlakem vyšším než 138 MPa. Komora motoru se stavitelným objemem se stěnou 1 cm (se zapuštěným předním víkem a tělem trysky). Ap/At a L/D ≤ 2 pro minimalizaci erosivního hoření. Vstupní poloviční úhel 35° až 40° se zkráceným výstupem pro pozorování. Používá se výstupní poloviční úhel 15° fixní minimální celkové délky a plně zaoblené ústí 1 až 1,5násobku průměru trysky pro měření tahu. Použití grafitové trysky pro tlak < 13,8 MPa, trysky ze slitiny titanu, zirkonia a molybdenu pro tlak > 13,8 MPa. Měkká ocel vyhovuje pro tb < 0,1 s. Použití fixního průměru ústí umožňuje porovnání konstantních průtoků. Krátká doba hoření (2 až 10 s) snižuje tepelné ztráty a erozi trysky. Měřicí zařízení σ < 0,02 % původního motoru, nefiltrováno. σ < 0,05 % pavg, 5 ppm v závislosti na čase. < 0,05 % pavg v celém rozsahu snímače při teplotě okolí. < 0,2 % pavg v průběhu zkušební série. ∆t < doba hoření / 4 000 na 1 kanál. 2 tlakové hlavové 2 tlakové tryskové 1 vysokofrekvenční tlakový hlavový 1 vysokofrekvenční tlakový tryskový 2 axiální tahové Záznam nefiltrované vysoké frekvence, dolní propusť nastavená na 20 %, kalibrováno na 5 až 10 % a 0,05 až 0,1 % mezi vrcholy předpokládaného pmax. Automatická před a po zkoušce, během zkoušky 3 s před a 30 s po. (pokračování)
15
ČOS 999932 1. vydání
TABULKA 6 − Přehled požadavků na zařízení pro měření rychlosti hoření – zmenšené motory4 (dokončení) Tabulky:
Grafy:
Zpracování údajů Rychlost hoření, pavg. Stanovení časů a integrálů. Hmotnost použité tuhé pohonné hmoty, hmotnost vyhořelé tuhé pohonné hmoty. Průměr hrdla a zadní části trysky před a po zkoušce při Tokolí. Šumové a kalibrační údaje. Časová závislost tlaku a tahu. Výpočet plochy průměru trysky, plochy povrchu zrna a odhořívající části v závislosti na čase. Závislost logaritmu velikosti tlakových oscilací na čase všech zjistitelných podélných a příčných režimů.
________________________ 4
Fry, R. S., „Solid Rocket Motor Test and Test Techniques, Component Testing & Verification, Solid Propellant Burning Rate“, AIAA Solid Rocket Technical Committee Lecture Series, 36th Aerospace Sciences Meeting, January 1998.
16
ČOS 999932 1. vydání
(VOLNÁ STRANA)
17
ČOS 999932 1. vydání
(VOLNÁ STRANA)
18
ČOS 999932 1. vydání
(VOLNÁ STRANA)
19
ČOS 999932 1. vydání
Účinnost českého obranného standardu od: 10. ledna 2012
Opravy: Oprava Účinnost od číslo
Upozornění:
Opravu zapracoval
Datum zapracování
Poznámka
Oznámení o českých obranných standardech jsou uveřejňována měsíčně ve Věstníku Úřadu pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví v oddíle „Ostatní oznámení“ a Věstníku MO. V případě zjištění nesrovnalostí v textu tohoto ČOS zasílejte připomínky na adresu distributora.
Rok vydání: Tisk: Distribuce: Vydal:
2012, obsahuje 10 listů Ministerstvo obrany ČR Odbor obranné standardizace Úř OSK SOJ, nám. Svobody 471, 160 01 Praha 6 Úřad pro obrannou standardizaci, katalogizaci a státní ověřování jakosti www.oos.army.cz
NEPRODEJNÉ
20
