خطر استفاده از هیدرازین به دنبال قرار گرفتن در معرض انجماد-ذوب شدن

برای اطلاعات بیشتر، با جاناتان ای. جونز، مرکز تحقیقات لانگلی، jonathan.e.jones@nasa.gov تماس بگیرید.

نسخه PDF را دانلود کنید

هدف این بولتن فنی اطلاع رسانی خطرات مربوط به چرخه های انجماد و ذوب در سیستم های تک پیشرانه هیدرازین و ارائه توصیه های کلی برای کاهش آسیب، خطرات عملیاتی و از دست دادن قابلیت اطمینان سیستم در پیشرانه و سیستم های هیدرازین کمکی است.

پس زمینه هیدرازین (N2H4) نزدیک به 1.6 درجه سانتیگراد منجمد می شود و انتقال فاز آن به عنوان خطراتی برای سخت افزار پرواز شناخته شده است. چندین برنامه ناسا در طول تاریخ با مسائل مربوط به فریز هیدرازین مواجه شده اند: • خطوط هیدرازین APU شاتل فضایی در برابر انقباضات ناشی از یخ زدگی و به دنبال آن ذوب ناشی از انبساط آسیب پذیر بودند و قادر به ترکیدن لوله کشی بودند. قوانین پرواز شاتل بیش از دو چرخه انجماد-ذوب قبل از در نظر گرفتن تخریب یا از کار افتادن سیستم مجاز نیست.

1 • با نزدیک شدن دمای هیدرازین به محدوده تشکیل انجماد/لجن (0.1-1.6 درجه سانتیگراد)، سیستم های پیشران ویجر با سناریوهای تهدیدکننده ماموریت مواجه شدند. مدل‌سازی حرارتی دقیق برای جلوگیری از یخ زدگی خطوط، انسداد و نقص پیشرانه مورد نیاز بود. 2 • خواص ترمودینامیکی هیدرازین تغییرات قابل توجهی در چگالی و فشار در سراسر انتقال فاز را تأیید می کند و بر حساسیت خطوط پیشران به تنش یخ زدگی- ذوب تأکید دارد. 3

این درس های ترکیبی مبنای شناسایی و کاهش ریسک را تشکیل می دهند.

خلاصه مشکل قرار گرفتن در معرض انجماد و ذوب سیستم های هیدرازین خطرات حیاتی زیر را به همراه دارد: • آسیب ساختاری انقباض هیدرازین در حین انجماد اجازه می دهد تا پیشرانه اضافی وارد خطوط محدود شود و شرایط "سوپر بسته" ایجاد کند که باعث پارگی خط یا اتصالات در هنگام ذوب شود. 2 • دریچه، مهر و موم و دیافراگم به خطر می افتد اجزای الاستومری و نشیمنگاه های شیر دقیق ممکن است به دلیل انبساط حرارتی تفاضلی دچار ترک خوردگی، اعوجاج یا از دست دادن قابلیت آب بندی شوند.

ارزیابی‌های حرارتی وویجر حساسیت فولاد ضد زنگ طولانی را نسبت به پروفایل‌های دمای نامتقارن برجسته کرد. 2 • انسداد خط و تشکیل لجن هیدرازین تا حدی ذوب شده می تواند «لجن» باقی بماند، جریان را محدود کند، نرخ جریان جرمی را تغییر دهد، و باعث راه اندازی سخت پیشران یا شلیک ناقص شود. 2 • نشت های خطرناک آسیب ناشی از یخ زدگی ممکن است به هیدرازین اجازه دهد تا از حبس خارج شود و خطرات سمیت، واکنش پذیری و قرار گرفتن در معرض خدمه زمینی را به همراه داشته باشد. • از دست دادن قابلیت اطمینان سیستم همانطور که در عملیات شاتل مستند شده است، سیستم های هیدرازین در معرض چرخه های انجماد و ذوب عمر محدود می شوند، reducin

g افزونگی و در دسترس بودن ماموریت. 1 • تجربه وویجر عدم قطعیت حاشیه حرارتی نشان داد که خوانش های دمایی ساده نمی توانند به طور قابل اعتمادی دمای خط واقعی را تعیین کنند، که نیاز به مدل سازی حرارتی با وفاداری بالا دارد. 2

توصیه ها اقدامات پیشگیری • هیدرازین را بالاتر از حاشیه انجماد نگه دارید تمام سیستم های هیدرازین را بالاتر از حد انجماد نگه دارید، با استفاده از بخاری، عایق، پتو، یا تصفیه گاز گرم. شامل تجزیه و تحلیل عدم قطعیت در مدل سازی و آزمایش برای اطمینان از حفظ حاشیه های مناسب در برابر انجماد در تمام مراحل عملیات. • از خنک کردن کنترل نشده در طول عملیات زمینی اجتناب کنید مطمئن شوید که مخزن، خط و اجزای سوپاپ تا زمانی که در خودرو یکپارچه شوند در مناطق تحت کنترل محیطی باقی بمانند.

پروتکل ارسال فریز پاسخ

اگر انجماد را نمی توان رد کرد:

• استفاده از سیستم تعلیق سیستم هیدرازین را تا زمانی که ارزیابی مهندسی کامل نشده است، راه اندازی نکنید. • ارزیابی تعداد چرخه های انجماد-ذوب هر چرخه را به عنوان محدود کننده عمر در نظر بگیرید، یک ارزیابی مهندسی (ایستا و خستگی) باید بر اساس تخمین های محافظه کارانه از فشارهای خط در طول / بعد از چرخه های انجماد / ذوب برای درک آسیب احتمالی خط / جزء انجام شود.

حاشیه مناسب باید بر اساس عدم قطعیت تحلیل و/یا مفروضات اساسی اعمال شود. • انجام تأیید یکپارچگی آزمایش‌های فروپاشی فشار، NDE (اگر طراحی اجازه می‌دهد)، و ارزیابی سلامت دریچه را انجام دهید. • ذوب آهسته و یکنواخت را اجرا کنید برای جلوگیری از ذوب ناشی از فشار، سخت افزار را به تدریج و به طور یکنواخت گرم کنید. تجربه شاتل با "superpacking" لزوم ذوب کنترل شده را تقویت می کند.

آمادگی عملیاتی رانش و سوپاپ • قبل از فرمان دادن به جریان، از رسیدن بسترها و شیرهای کاتالیست به شرایط عملیاتی حرارتی مناسب اطمینان حاصل کنید. • دوره های تثبیت حرارتی قبل از شروع را انجام دهید، به خصوص زمانی که دمای آمادگی پرواز در حاشیه است.

مدلسازی و مانیتورینگ حرارتی • از مدل‌سازی خطوط حرارتی با وفاداری بالا، شبیه‌سازی رویکرد مدل‌سازی خط پیشران دقیق Voyager استفاده کنید. 2 • از تکیه صرفا به دمای صفحه حجیم یا مخزن برای استنباط آمادگی خط خودداری کنید. • از آنالیز و آزمایش حرارتی برای هدایت قرار دادن ابزار دقیق در سیستم های پرواز برای نظارت بر نقاط تنظیم دماهای کلیدی استفاده کنید.

مستندسازی و ردیابی حوادث • تمام مواجهه های یخ زده را به عنوان ناهنجاری های قابل گزارش ثبت کنید. •تخصیص ساختار مهندسی و کاهش عمر سخت افزار بر این اساس.

نتیجه گیری چرخه های انجماد و ذوب هیدرازین خطرات ساختاری، عملیاتی و ایمنی قابل توجهی را برای پیشرانه و سیستم های کمکی ایجاد می کند. برنامه‌های تاریخی ناسا نشان می‌دهد که پیشگیری از انجماد هیدرازین مؤثرترین راه کاهش است، با قرار گرفتن در معرض یخ زدگی که نیاز به ارزیابی مهندسی رسمی، تنظیمات محدودیت عمر و روش‌های بازیابی کنترل‌شده دارد. پایبندی به این توصیه ها خطر را برای پرسنل، سخت افزار پرواز و موفقیت ماموریت کاهش می دهد.

مراجع 1. قوانین پرواز عملیاتی شاتل فضایی، جلد. A. All Flights, Mission Operations Diretorate, 20 ژوئن 2002. 2. W. C. Ledeboer, “Creating a Voyager Thermal Model 39 Years Into the Flight Mission, Along with Model Correlation and Application” 8 ژوئیه 2018. نوامبر 1965.