מערכות אחסון דלק Cryogenic הן הלב הפועם של הנעה אווירית מודרנית, המאפשרת מימן נוזלי ביצועים גבוהים (LH2) וחמצן נוזלי (LOX) מנועים המריאים מעל כוח הכבידה של כדור הארץ, אך מערכות אלה פועלות בטמפרטורות מתחת -250 מעלות צלזיוס, דוחקים חומרים והנדסה למגבלותיהם הסביבתיות המוחלטות, מגשרים את הפער בין עיצוב למציאות, המבטיחים כי טנקים, שסתום, ורקמות בסיסיות יכולים לשרוד את החלל הנקגניבהיל, אפילו מלחץ חזק, אפילו מתחנות כוח שבץ, ללא שבץ, או מטווח של פעולות קירור, או מטווח של כלי רכבי, או מטווח קירור, עם לחץ דם מתוחכמותוכות, עם לחץ הסביבה, אפילו, עם לחץ דם קפדני יותר, עם לחץ דם קפדני, עם לחץ דם, עם לחץ דם, או מטווח של כלי רכבי, עם לחץ דם קפדני, עם לחץ דם, עם לחץ דם, עם לחץ דם חזק, עם לחץ דם, עם לחץ דם קפדני, עם לחץ דם, עם לחץ דם, עם לחץ דם קפדני, או מטווח של כוח מטווח של כוח מטווח של כוח מטווח של כלי רכב מטווח של פעולות כואב יותר, או מטווח של כוח מטווח של כוח מטווח של כוח מטווח

התפקיד הקריטי של בדיקות סביבתיות

בדיקה סביבתית אינה תרגיל של קופסאות, היא משמעת של סיכון המאמת כל הנחה שנעשתה בשלב העיצוב.טנקים Cryogenic חייבים להכיל נוזלים כי רותחים בטמפרטורות מבוכות תוך עמידה בתנודות שיגור שיכולה לעלות על 20 גרם, עומס אקוסטי גדול מ-150 dB, ולחץ על הבדלים בין ריק עמוק לאטמוספירה רבות.

הנתח הכלכלי הוא עצום.כישלון שיגור יחיד יכול לעלות מאות מיליוני דולרים ולעכב משימות מדעיות או מסחריות קריטיות במשך שנים.עבור כלי רכב מאוישים כמו מערכת שיגור החלל של נאס"א (SLS) או ספינת החלל של SpaceX, המטרה העיקרית היא בטיחות האדם.בדיקות סביבתיות מספקות את הראיות האמפיריות שמערכת ביובש תופיע כמתוכנן, ומאפשרת למתכננים להמשיך בביטחון יתר, בדיקות נתונים לאחור, ומאפשרת, עיצובים של חומרים של חומרים של חומרים של מחזוריות, ומאפשרים, שיפורים של חומרים אופטיים.

מטרות עיקריות של בדיקות סביבתיות כוללות אימות של יושרה מבנית תחת עומסים משולבים, אימות ביצועים תרמיים של בידוד רב שכבתי (MLI) או קצף, אימות הפחתה של החותמים והטבעות, והערכה של ההשפעה של אופניים Cryogenic - מילוי, ניקוז, ואוורור - על חומרים ומפרקים.כל סוג מבחן מתייחס לתחומים ספציפיים של הסביבה, ויחד הם יוצרים הסמכה מקיפה.

סוגים של בדיקות סביבתיות לאחסון דלק Cryogenic

תעשיית החלל מעסיקה סוללה של בדיקות סטנדרטיות, כל אחד נועד לדמות שלב מסוים של מחזור החיים של כלי רכב.בדיקות אלה מבוצעות לעתים קרובות במתקני ייעודיים כגון מרכז טיסות החלל מרשל של נאס"א או ESTEC של סוכנות החלל האירופית.

מבחן Vacuum

הוואקום הצחיח (TVAC) הוא תקן הזהב עבור הדמיה של הסביבה של החלל.המאמר הבדיקה ממוקם בתוך תא גדול מצויד חרטות Cryogenic (התרחק על ידי חנקן נוזלי או הליום) וסימולטורים סולאריים או מנורות אינפרא אדום.התא מפונה ללחץ מתחת 1×10-5 Torr כדי לחקות את הכמעט-vaum של מסלול במהלך הבדיקה, הוא מכוך לטמפרטורה קיצונית (C) הוא מגובהוצפת (מחץ חום קיצוני).

בדיקה זו מאמתת את ביצועי מערכות בקרה תרמיות פסיביות – שטף של בידוד, מגן מחוננים, ו- MLI שמיכה. מהנדסים מודדים שיעורי בית, נפיחות טמפרטורה דרך הקיר הטנק, ואת יעילות בידוד תחת תרחישים קבועים ותנאים טרנספורמטיביים (ForFLT:0phtrated) של טמפרטורות SLSFLT2, ו-D2FLT2, בנוסף לבדיקות ניקוי חשמליות נמוכות.

בדיקה ו- Acoustic Testing

כלי רכב שיגור חווים עומסים אינטנסיביים ואקוסטיים מ-Fretion המנוע, מזנון אווירודינמית, ואירועי עוקץ. עבור טנקים Cryogenic, העומסים האלה יכולים לגרום לסדקים עייפות, בידוד debonding, ומרכיב רופף. שתי גישות משלימים קיימות: בדיקות סינוסאידים ורוטאליות באמצעות מטלטלטלטלטים אלקטרודינמיקה, ובדיקה אקוסטית בתאי אברמדומים.

(הדגשה מתבצעת בדרך כלל לאורך כל שלושת הצירים, עם הטנק שרכוב על שולחן חלקלק או מחובר ישירות לנער.עבור כלי שיט גדולים (למשל, מיכל הכוכבים של LOX בקוטר 9 מ'), בדיקות רטט מתבצעות לעתים קרובות על שולי תת-שכבות או מודלים בקנה מידה, אך בדיקות בקנה מידה מלא אפשרי עם המלוטשים הגדולים ביותר -0Falrated: 3Frearic) מ-LGRic (Ric) מ-LGateic Rel.

נתונים קריטיים שנאספו כוללים שינויים בתדר טבעי, יחסי לחות, וריכוזי זנים.עייפות גבוהה היא דאגה מסוימת לחומרים מבועתים, כמו טמפרטורות נמוכות להפחית את הנקנטריות ולהגדיל את שיעורי הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת ה

לחץ ובדיקת Leak

טנקים Cryogenic חייבים להכיל מדחף בלחץ החל מכמה בר (עבור ארכיטקטורות קל משקל) ליותר מ-50 בר בשלבים בלחץ גבוה.בדיקות לחץ הוכחה לאמת כי הטנק יכול לעמוד 1.5 פעמים הלחץ התפעולי המרבי הצפוי (MEOP) ללא עיוות קבוע. Leak בדיקה, לעומת זאת, מבטיח כי חותמות, ריתוך, ו-Sixtirt אינם מאפשרים למניעה - דרישות קריטיות עבור תערובת LX2 (אשר יכול לתמוך בתערובת).

שתי שיטות מבחן דליפה נפוצות הן לחץ-decay ו-Mas-spectrometer זיהוי דליפת הליום.באחרונה, הטנק הוא לחץ על גז הליום והוא ממוקם בתוך תא ריק; ספקטרום מזהה כל גז עקבות המפלט.עבור טנקים גדולים מאוד, כגון אלה המשמשים בספינת הכוכבים של SpaceX, אופניים תרמיים בשילוב עם לחץ מבוצע לבדיקה עבור מתחים מושרה, בנוסף להתקפות מופעלות על ידי מפונקציה.

Cryogenic Cycling and thermal Fatigue

קירור חוזר והתחממות (רכיבה קריוגנית) מדמיינת את העומס התרמי מפעילות קרקעית, מספר הפעלות מחדש במסלול, וריאציות עונתיות על פני השטח הפלנטריים.רצף מבחן טיפוסי עשוי לכלול 100 עד 500 מחזורים של מילוי, פריחה, ניקוז, וחום.המאמר הבדיקה הוא בעל תרמוקופס, זנים, וחיישנים פליטה אקוסטיים כדי לפקח על תחילת הנזק.

עייפות תרמית היא מנגנון השפלה עיקרי עבור טנקים מתכתיים ומורכבים.סגסוגת אלומיניום-lithium, המשמש בדרך כלל עבור יחס כוח-על-משקל גבוה שלהם, יכול לסבול מהתגלמות בטמפרטורות Cryogenic, בעוד שמורכבים בפני מיקרו-קייקט ב matrix. מבחנים Cryogenic חשפו כי epoxy ressssss הופכים לחיבוק מתחת -200C, המוביל לכשלים בין-laminar, כמו יצרנים רבים עכשיו.

אתגרים חומריים בטמפרטורות Cryogenic

הבנת האופן שבו חומרים מתנהגים בטמפרטורות מבוכות היא היסוד לתכנון מערכות אחסון אמינות.המעבר מדוכסות לשבר הוא אולי הדאגה הקריטית ביותר. מתכות רבות (למשל, כמה פלדות אל-חלד וסגסוגת אלומיניום) מאבד את הארכה ומשפיעים על קשיחות כמו טיפות טמפרטורה.פרוטוקולים כגון בדיקות השפעה צ'רפי ובדיקות קשיחות (KFLT:0Icalureured: 1TMFalverse) תחת התנהגות זו הם שימוש בפרוטוקולים.

Brittle Fracture ו-Ditile-to-Brittle Transition

עבור מתכות מעוקבות ממוקדות (FCC) כמו פלדה 304L נירוסטה ו 2219 אלומיניום, דוקטריות נשאר גבוה בטמפרטורות Cryogenic, ולכן הם מועדים לבניית טנק.עם זאת, חומרים מעוקבים בגוף (BCC) כגון פלדה פחמן להיות בולט מסוכן גלימה.כל התהליכים התוך-מחדש יש לשלוט כדי למנוע היווצרות מיקרו-מ"מ באזורי קופון חום-מגום.

Composite over עטוף כלי לחץ (COPVs) מציג אתגר שונה: ההבדל בהתרחבות תרמית בין מלוני מתכת לבין מגבת סיבי פחמן יכול ליצור מתחים שאריות שמובילים למיקרו-קפצינג. בטמפרטורות Cryogenic, לחצים אלה להגדיל, שעלול לגרום דליפה באמצעות לוח הבקרה סביבה עבור COPVs כולל רכיבה תרמית בלחץ כדי לגרום מצעים או buckling, ואחריו הוכחה ובדיקה דליפה.

חותם ונאמנות משותפת

לעתים קרובות החותמים הם החוליה החלשה ביותר במערכות Cryogenic. O-rings ו- Gaskets חייבים לשמור גמישות בטמפרטורות נמוכות, שבו רבים elastomers להיות מזכוכית. Testing כרוך ב- 253 ° C תחת לחץ, ואחריו סימולציה תנועה דינמי (למשל, שסתום אקטורציה) חומרים כגון ethylene propylene Die mononemer (DM) גומי ו-Taef-tomed כי הם התפתחויות ממות של , אשר היו יכולות להיות מסוגלות יותר.

מתקני בדיקה כגון:0irFLT:1 Marshall Space Flight Center:2earFLT 3: 3 פועלים נוקשות מבחן כימות Cryogenic ייעודיות שיכולה לעגל טמפרטורה ולחץ תוך מעקב אחר שיעורי דליפה עם ספקטרום המוני.

בדיקות תשתיות ומתקני

בדיקה סביבתית של טנקים מבוהלים גדולים דורשת תשתיות בנויות תכליתיות (תאריקים) של האתר חייב להיות גדול מספיק כדי להכיל את הטנק ומסוגל להגיע לוואקום גבוה (High ואקום):0.10.10.2017 נאס"א:1 נאס"א מרכז המחקר של גלן ברוקר (Plum BrookreaFLT):2FLT:3 מפעילה את מתחם הסביבה, הכולל ואקום תרמימטר בגובה של 30 מטר - הגדול ביותר של בדיקות אלקטרו-ה - 000 גדול ביותר יכול להשתמש במעבדות גדולות של בדיקות אלקטרו-קלריות.

בדיקות לחץ דורשות מערכות גז בלחץ גבוה, טיפול נוזל מבוהג, ומבנים המכילים פיצוץ.רוב המתקנים מדורגים עבור פעולות מסוכנות וכוללים ניטור מרחוק ואוורור חירום מערכות רכישת נתונים מדגם אלפי ערוצים בו זמנית, לחץ, טמפרטורה, לחץ ופליטות אקוסטיות בשיעורים עד 100 kHz כדי ללכוד אירועים טרנספורמטיביים במהלך בדיקות אופניים או התפרצויות מפצצות.

התקדמות בבדיקת שיטות

חידושים אחרונים עושים בדיקות מהירות יותר, בטוחה יותר, ו אינפורמטיבי יותר.שילוב של תאומים דיגיטליים - מודלים ממוחשבים המשקפים את מאמר המבחן הפיזי בזמן אמת - מאפשר למהנדסים להשוות נתונים נמדדים עם תחזיות ולהתאים את הפרמטרים של בדיקות על זבוב. אלגוריתמי למידת מכונות מאומנים לזהות מצבי כישלונות בלתי אפשריים מחתימות פליטה אקוסטיות, המאפשרים לסיים מוקדם של בדיקות לפני נזק קטסטרופלי מתרחש.

מעקב בזמן אמת עם חיישן אופטי סיבים

חיישני סיבים Bragg (FBG) מוטבעים כעת בטנקים ובשכבות בידוד כדי לספק מתח מתמשך פרופיל טמפרטורה וטמפרטורה במהלך בדיקות.בניגוד מדדי זנים מסורתיים של סייח, FBGs הם חסינים להפרעות אלקטרומגנטיות ויכולים לפעול בטמפרטורות Cryogenic עם דיוק גבוה. הם יכולים להיות מרוביםxed לאורך סיבים בודדים, צמצום המורכבות המתפתלת של נתונים ממערך FBG משמש ליצירת מפות גבוהות ומודלים סופיים.

תאומים דיגיטליים ובדיקות סימלו-הנדסה

(המושג של ההרחבה:0) בדיקות וירטואליות של LT:1 הוא צובר מתח.לפני בדיקות פיזיות, תאום דיגיטלי מקיף של מערכת הטנק בנוי באמצעות כלי סימולציה רב-פיזיים.זה תאום צופה ⁇ תרמיים, שיעורי רתיחה, חלוקת מתח, ומיקומים כישלונות פוטנציאליים. במהלך הבדיקה הפיזית, התאום מעודכן עם נתונים בזמן אמת כדי לחדד את הגישה הזו, הפחתת מספר הסימון של 3FIRFIRD, לדוגמה, כולל את ה-D.

תקנים והסמכת

בדיקה סביבתית של אחסון דלק Cryogenic כדלקמן סטנדרטים קפדניים שנקבעו על ידי סוכנויות חלל וגופים בתעשייה.FLT:0NASA-STD-5001FLT:1 (Structural Design and Test Factors) מגדירה גורמי בטיחות להוכחה, הסמכה והתפרצות בדיקות.FLT:2AIAA S-080AFLT 3 מספקת שיטות סטנדרטיות עבור חומרי גלם, כולל קריאות, בדיקה מקיפה של כלי רכב:232-FD.

עתיד בדיקות דלק Cryogenic

בעוד שחיפוש החלל דוחף לעבר הירח, מאדים ומעבר לכך, אחסון דלק מבוהג יהיה אפילו מרכזי יותר.משימות ארוכות טווח יחייבו יציבות אחסון במשך חודשים או שנים, עם מינימום של הפסקת אש ואפס.בדיקה תצטרך לדמות את הסביבה המרחבית העמוקה - הדגה, מיקרומטראואידית השפעות, ואפקטירטואיד הירח - תוך שילוב חומרים חדשים כגון תוספת של תוספי מזון, או פחמן-עצמי, או פחמן-הוא-החומרים.

העברת חומרים מדחף בחלל, מאפשרת מפתח לאדריכלות ניתנת להחלפה, מציגה אתגרים חדשים לחלוטין של בדיקות.העברת נוזלים מבוהלים במיקרו-גרביטטי כוללת דינמיקת זרימה מורכבת של שתי נקודות, ובדיקות קרקע צריכות להשתמש באנזימים בקנה מידה (למשל, מגדלי טיפות או טיסות פרבוליות) כדי לאמת מודלים.

בדיקות סביבתיות יישארו עמוד השדרה של הסמכה למערכת מבועתת, מתפתחת לצד חומרים, חיישנים וכלים חישוביים.המטרה הסופית היא להבטיח שכאשר הספירה לאחור מגיעה לאפס, הטנק – וכל מה שהוא תומך בו – הוא חסר פגמים.