مروری بر تست ارتعاش تصادفی مخازن تحت فشار کامپوزیتی با لاینر فلزی با کاربردهای فضایی

نوع مقاله : علمی ترویجی

نویسندگان

1 مربی، گروه مکانیک خودرو، دانشکده شهید بابایی قزوین، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، قزوین

2 محقق، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران

3 استادیار، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران

چکیده

با توجه به مخاطرات تست مخازن تحت فشار و با توجه به لزوم تست ارتعاش تصادفی مخازن فضایی در فاز کیفی، شناسایی و پیشنهاد روش‌های استاندارد و معتبر تست به عنوان مهم‌ترین هدف انجام این پژوهش بوده است. با توجه به تنوع مخازن، رویه تست روشنی برای تست مخازن تحت فشار وجود ندارد، از طرفی در استانداردهای معتبر بررسی شده مانند ISO، AIAA ،MIL و ECSS رویه تست ارتعاشی مخازن به روشنی گزارش نشده است. با توجه به مخاطرات تست مخازن تحت فشار و اهمیت این مخازن، در این مقاله به بررسی رویه تست‌ها و مقالات معتبر در این زمینه پرداخته شده است تا با جمع‌بندی آن‌ها و لحاظ نکات ایمنی و دقت تست، بتوان رویه‌های تست مناسب برای این مخازن را پیشنهاد کرد. با جمع‌بندی روش‌های معتبر تست، رویه های تست ارتعاشی در قالب یک فلوچارت ارائه شده است. بر این اساس می‌توان تست ارتعاش تصادفی مخازن تحت فشار فضایی را با توجه به امکانات و محدویت‌ها و با کمترین هزینه و خطر احتمالی بر اساس مبنای معتبر جهانی اجرا و طرح ریزی کرد. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


1] Mclaughlan, P., Forth, S., Grimes-Ledesma, L.,
“Composite Overwrapped Pressure Vessels, A
Primer”, Material science, (2011).
[2] Escalona, A., “Design of a high-performance
load sharing lined COPV for
ATLAS/CENTAUR”, American Institute of
Aeronautics and Astronautics, (1997).
[3] MIL-HDBK-340A (USAF), “LAUNCH,
UPPER-STAGE, AND SPACE VEHICLES,
Vol II: Applications Guidelines”, (1999).
[4] ATK pressure vessel design team,
“Qualification environments for pneumatic tank
ATK P/N 80194-1”, (1975).
[5] ATK pressure vessel design team,
“Qualification environments for Nitrogen gas
tank ATK P/N 80198-1”, (1975).
[6] ATK pressure vessel design team,
“Qualification environments for sphere –
Helium storage, Missile - Borne ATK P/N
80218-1”, (1975).
[7] ATK pressure vessel design team,
“Qualification environments for tank, Ullaged
gas ATK P/N 80221-1”, (1974).
[8] ATK pressure vessel design team, “Qualification
environments for pressurant tank ATK P/N
80295-1”, (1981).
[9] ATK pressure vessel design team,
“Qualification environments for Hilum repressurization
vessel ATK P/N 80314-1”,
(1985).
[10] ATK pressure vessel design team,
“Qualification environments for EURECA
pressurant tank ATK P/N 80333-1”, (1988).
[11] ATK pressure vessel design team,
“Qualification environments for pressurant tank
assembly ATK P/N 80345-1”, (1988).
[12] Tam, W., Jackson, A., Nishida, E., Kasai, Y.,
Tsujihata, A., Kajiwara, K., “Design and
manufacture of the ETS VIII xenon tank,” 36th
AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion
Conference and Exhibit, p. 367, (2000).
[13] Electronics Markets Materials Division, “3M
Performance Fluid PF-5060, 3M Company,
(2003).
[14] Fischer, B., “Vibration Testing,” NASA
documents: FS-2011-07-043-JSC, (2022).
[15] Schonberg, W.P., ASCE, F., “Predicting the
Rupture of a COPV Impacted by a High-Speed
Orbital Debris Particle: Including the Effects of
Temperature and COPV Contents”, Journal of
Aerospace Engineering, Vol. 34 Issue 3, (2021).
[16] Chen, Z., “Mechanical Study of Carbon Fiber
Reinforced Plastic and Thin-walled Metal Liner
in Bi-Material COPV Based on Grid Theory
Optimization”, Materials Science Forum, Vol.
1027, p. 15-21, (2021).
[17] Tam, W. H. and Griffin, P. S., “Design and
Manufacture of a Composite Overwrapped
Pressurant Tank Assembly,” AIAA 2002-4349,
(2002).
[18] Konietzke, A. and Catherall, D., “Composite
Overwrap Pressure Vessel Class 3 Acceptance
Testing – A Recommended Strategy of Airbus
Defence & Space Ltd.”, AIAA 4359, Session:
Propellant Storage and Management II, (2019).
[19] ECSS-E-ST-32-02C_Rev.1, “Structural
design and verification of pressurized
hardware”, 15 November (2008).
[20] Chang, Y. N. a. J. B., “COPV Standard
Requirements Implementation Issues,” 51st
AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures,
Structural Dynamics, and Materials Conference,
Orlando, Florida, (2010).
[21] AIAA-S-081A-2006, “Space Systems –
Composite Overwrapped Pressure Vessels
(COPVs)”, AIAA, (2006).
[22] ISS. 30558, “Fracture Control Requirements
for Space Station – International Space Station”,
NASA Standard, (2001).
[23] SMC-TR-06-11, “Test Requirements for
Launch, Upper-Stage, and Space Vehicles,
Space and Missile Systems Center”, (2006).
[24] SMC-S-016, “Test Requirements for Launch,
Upper-Stage, and Space Vehicles, Space and
Missile Systems Center”, (2008).
[25] SSP 41172U, “Qualification and Acceptance
Environmental Test Requirements -
International Space Station Program”, (2003).
[26] ASTM E 14,“Nondestructive Testing of
Thin-Walled Metallic Liners in Filament-
Wound Pressure Vessels Used in Aerospace
Applications”, (2015).
[27] ATA-300, “Packaging of Airline Supplier”,
(1996).
[28] BS ISO 14623, “Transportable gas cylinders
- Fully wrapped carbon composite cylinders and
tubes for hydrogen use”, (2018).
[29] BS ISO 1119, “Geometrical product
specifications (GPS) —Series of conical tapers
and taper angles”, (2011).
[30] ISO 11119-3,” Gas cylinders — Refillable -
wrapped fiber reinforced composite gas
cylinders and tubes up to 450L with non-loadsharing
metallic or non-metallic liners”, (2013).
[31] NASA-STD-8719.17, “NASA Requirements
for Ground-Based Pressure Vessels and
Pressurized Systems (PVS)”, (2009).
[32] ISO 24638, “Space systems - Pressure
components and pressure system integration”,
(2008).
[33] SSP 30233F, “Space Station Requirements
for Materials and Processes- International Space
Station”, (1998).
[34] R. J. Werlink, J. Fesmire, and J. P. Sass,
“Vibration considerations for cryogenic tanks
using glass bubbles insulation,” AIP Conference
Proceedings 1434, 55, (2012).
[35] J. Schneider, M. Dyess, C. Hastings,
“Lightweight cryogenic composites overwrapped
pressure vessels (COPVs) for launch
vehicle applications”,
AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures,
Structural Dynamics, and Materials Conference,
Honolulu, Hawaii, (April 2007).
[36] W. H. Tam, A. C. Jackson, E. Nishida,Y.
Kasai, A. Tsujihata, K. Kajiwara, “Design and
manufacturing of the ETS VIII Xenon tank”,
AIAA, (2000).
[37] K. Cameron, P. Murthy, J. C. Thesken, L.
Phoenixm, N. Greene, L. Grimes-Ledesma,
“Unexpected shelf-life degradation phenomenon
of the WSTF-JPL Carbon COPV test articles: An
analysis and independent assessment”,
AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures,
Structural Dynamics, and Materials Conference,
Honolulu, Hawaii, (2007).