1.8.1. Метод неразрушающего контроля или инспекция
Впротивоположность разрушающим тестам, которые могут включать в себя оценку свойств при разрушении образцов, неразрушающие методы контроля разрабатываются, чтобы гарантировать качество и целостность материала или их сложных сборок путем проверки без их изменения. Эти проверки обычно подразделяются на три категории:
1) инспекция массы топлива, чтобы идентифицировать трещины, полости и неоднородности;
2) проверка связи корпуса с зарядом, чтобы идентифицировать расслоения, трещины и включения;
3) контроль геометрии для подтверждения размеров.
Вслучае прочно скрепленных зарядов очень важно проверить наиболее критические зоны связи, которые располагаются обычно
врайоне переднего и заднего торцов.
Простые методы, такие как визуальный или размерный контроль, широко используются либо для выявления каких-либо поверхностных аномалий, либо контроля функциональных размеров конечного объекта. Вообще эти методы не предусматривают использование каких-либо усложненных принципов. Но они позволяют применять довольно сложные технологии; такие как эндоскопия, телевидение, стереоскопия, лазерная проксиметрия и др. Эти методы бесполезны для контроля границ раздела или массы твердотопливного заряда. Поэтому необходимо прибегать к помощи прогрессивных технологий, которые позволят нам проникнуть в материал, независимо от его природы. Наиболее широко применяемые для этих целей методы основаны, главным образом, на анализе или обнаружении волны, излучения после их абсорбции, отражении или эмиссии. Самыми старыми и наиболее широко используемыми являются ультразвуковой и рентгеновский методы. Более современные методы, основанные на новых принципах, предполагают использование мощных автоматизированных компьютерных методов, которые ускоряют анализ информации.
65
Реализация этих методов обычно требует создания больших инфраструктур и вложения крупных инвестиций. Выбор поэтому должен быть сделан очень тщательно, чтобы гарантировать, что отделения контроля зарядов позволят осуществлять контроль качества легко и с наименьшими затратами. Основной трудностью является то, что в каждом корпусе имеются наложенные границы раздела, иногда располагаемые позади зоны, обычно не связанной с другой. Это означает, что одна зона может скрывать другую,
иметоды, подходящие для анализа первой поверхности раздела, полностью бесполезны для другой зоны. Используемые методы подразделяются на две категории:
1)«глобальные» методы, которые обеспечивают качественную информацию на большой площади в одно время;
2)«местные» методы, которые обеспечивают качественную
иколичественную информацию об ограниченном участке. Желательно выбрать один метод, с помощью которого можно
обеспечить эти два типа исследований.
1.8.2. Внутренний контроль
Как уже упоминалось, старейшими и еще широко используемыми методами являются ультразвуковой и рентгеновский.
1. Проверка с помощью рентгеновских лучей. Этот метод позволяет нам оценить внутреннюю гомогенность топливного заряда (отсутствие трещин, воздушных пузырей, пористости, посторонних включений), качество связи между различными элементами твердотопливного заряда (лайнер–корпус или тепловая изоляция, лайнер–топливо, топливо–топливо), а также определить толщину различных компонентов. Этот тест основан на изменении поглощения рентгеновских лучей элементами, составляющими заряд, которое переводится в контрастные отличия на различных материалах, используемых для получения изображения за счет излучения. На пленке, обычно негативного типа, полости и расслоения, которые обладают пониженным поглощением, будут изображены в виде темных линий или участков. Металлические посто-
66
ронние предметы обладают большим поглощением и поэтому будут выглядеть более бледно. Рентгеновские или Х-лучи получаются бомбардировкой быстрыми электронами мишени из тяжелого металла (рис. 1.20). Получаемые энергии могут находиться в пределах от 50 кэВ до нескольких десятков миллионов электронвольт. Энергия приблизительно в 2 МэВ получается с помощью электростатического генератора Ван-де-Граафа, а большая энергия – с помощью электромагнитного линейного ускорителя.
Рис. 1.20. Диаграмма схемы рентгеновской установки
Анализ рентгеновских снимков – довольно тонкая операция, которая требует высококвалифицированного персонала, независимо от метода анализа изображений: невооруженным глазом или с помощью микроплотномера. Это справедливо и для радиолога, который должен знать о всех параметрах, которые сильно влияют на качество. К этим параметрам относятся:
интенсивность Х-лучей;
тип используемой пленки;
расстояние от источника до заряда;
позиционирование пленки относительно заряда;
число углов выдержки;
время экспозиции.
67
Определение этих параметров часто является результатом обмена опытом: например, увеличение интенсивности Х-лучей приводит к более короткому времени экспозиции, хотя это увеличивает зернистость изображения на пленке. Аналогично, увеличение расстояния до заряда приводит к обмену между более длительным временем экспозиции и глубиной поля снимка.
Оптическая плотность, получаемая на пленке, изменяется значительно в соответствии с площадью, находящейся под наблюдением. Необходимо обеспечение средней плотности, чтобы корректно обнаружить дефекты, часто требуются пленки с различной чувствительностью. Например, снимок связей бронепокрытие – топливо выполняется на малочувствительной пленке (slow film), в то время как центральные области снимаются на пленке с высокой чувствительностью (fast film). Точность измерения толщины (глубины) и размера дефектов зависит:
от внефокусных площадей, зависимых от фокальной длины (фокусного расстояния) радиографической камеры;
зернистости пленки;
интенсивности излучения, которая влияет наконтрастность. Х-лучевая радиография, заключающаяся в анализе получен-
ного изображения на пленке, – медленный и дорогой метод при обширных проверках, но в то же время она является довольно точным методом для контроля скрепления на границе бронепокры- тие–топливо и широко используется для больших твердотопливных зарядов.
2. Ультразвуковой контроль. Метод основан на наблюдении изменения, претерпеваемого ультразвуковой волной, проходящей через объект. Поэтому возможно определить прохождение или отражение ультразвуковой волны или проанализировать природу сигнала (амплитуда, частота, фаза). Этот тип контроля редко используется для массовых исследований, потому что топливо является сильно абсорбирующим материалом. Данный метод не очень удобен для определения размера дефекта. Однако он часто используется для контроля связи на границе топливо–бронепокрытие и зачастую ограничивается только границей раздела. Этот метод может представлять
68
интерес для оценки границ раздела связанных участков и поэтому используется как метод для анализа малых зон с использованием портативного оборудования. Могут быть иногда использованы также
идругиеметоды, подобные только что описанному:
метод γ-излучения (ограничен из-за опасности использования радиоактивных источников);
метод нейтронного излучения (не может быть использован для большой толщины углеводородных материалов);
акустическая эмиссия (сложна в осуществлении из-за низкой энергии эмиссии топлив);
инфракрасная термография (неприменима для наложенных участков связывания, таких как найдены в топливах);
оптическая голографическая интерферометрия.
Разрабатываются и новые методы, основанные на применении современных способов записи и анализа изображения.
3. Новые исследовательские методы. Новые методы позво-
ляют:
избежать недостатков классической радиографии, например, быстро получить требуемую информацию в реальное время;
обеспечить уровень приема сигнала, соответствующий требованиям;
вести пространственное наблюдение;
более точно записывать получаемую информацию;
выбрать оптимальный уровень стоимости-эффективности. Телевизионная радиоскопия. Широко используется и полностью
подходит для промышленного производства, обеспечивает возможностьнепрерывного и динамичного наблюдения (рис. 1.21).
Этот метод включает в себя применение телевидения, видеозаписи и компьютеров. Полное наблюдение в реальном масштабе времени движущегося объекта возможно с помощью автоматизированного пульта наблюдения и управления. Этот пульт наблюдения подразделяется на три сектора:
1)сектор сбора информации;
2)сектор анализа;
3)сектор памяти.
69
Рис. 1.21. Телевизионная радиоскопия: динамическое наблюдение
Благодаря новой конструкции этот метод имеет много преимуществ и значительно улучшает экономические показатели в операциях контроля. Наблюдение с помощью этого нового метода, например твердотопливных зарядов диаметром 64 мм позволяет гарантированно определять полости от 0,8 до 8 мм и посторонние предметы со средним диаметром около 0,5 мм.
Томоденситометрия. В медицинской области эта технология известна как «сканирование». Она является логическим развитием томографии (рис. 1.22), которая явилась развитием радиографии. Эта технология позволяет, используя компьютер, проводить воспроизводство изображений последовательных слоев объекта, обеспечивая запись на пленку информации, которая недоступна для классического рентгеновского метода, в частности, для наблюдения за внутренней конфигурацией образцов. За счет воспроизводства последовательных секций получается трехмерная картина проверяемого объекта. Как и в случае телевизионной радиоскопии, полный автоматизированный контроль является важным преимуществом, позволяющим получать, анализировать и решать задачи в реальном времени при минимальной стоимости (рис. 1.23).
70
Рис. 1.22. Схема томографического контроля
Рис. 1.23. Организация работы установки томоденситометрии
71
Этот метод получения изображений, используемый до недавнего времени главным образом для небольших объектов, сейчас успешно применяется для контроля ступеней баллистических ракет.
Комптоновское рассеивание. Этот метод позволяет воспроизводить изображения с помощью компьютеров, получающихся при наблюдении комптоновского эффекта, рассеивании рентгеновских или гамма-лучей при воздействии на проверяемый объект. Одним из его преимуществ является то, что источник и детектор находятся на одной стороне объекта (рис. 1.24).
Рис. 1.24. Схема метода контроля качества с помощью комптоновского рассеивания
Если только периферия очень толстого объекта контролируется, то этот метод позволяет применять менее мощные генераторы Х-лучей, чем это необходимо в случае томоденситометрии с Х-сканированием.
72
Глава 2 СВОЙСТВА СМЕСЕВЫХ ТВЕРДЫХ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ
2.1.Энергетические характеристики
ихарактеристики горения
(стандартный практический удельный импульс)
Изолиты (полиуретаны на основе простого полиэфира и пер-
хлорат аммония). Эти неметаллизированные топлива используются
восновном в газогенераторах или в качестве составов для маршевых ступеней ракет, где требуется низкая сигнатура (отсутствие твердых частиц). Удельный импульс и плотность довольно низкие. Некоторые составы, в которых часть перхлората аммония была заменена на нитрогуанидин, чтобы получить скорость приблизительно 1–3 мм/с при 7 МПа, имеют удельный импульс невыше 180–190 с.
Буталиты (полибутадиеновое связующее, перхлорат аммо-
ния). Диапазон скоростей горения этих топлив с уменьшенной дымностью намного шире. Они используются для тех же самых целей, наблюдается тенденция их использования вместо изолитов. Топлива с уменьшенной дымностью имеют самый высокий удельный импульс в диапазоне от 235 до 239 с со скоростями горения при 7 МПа выше 60 мм/с, если используется очень мелкий перхлорат аммония и высокое содержание ферроценовых катализаторов. При более низких скоростях горения, с другой стороны, их импульсы сравнимы с импульсами неметаллизированных полиуретановых топлив, потому что перхлорат аммония должен быть замещен, в частности, на охлаждающий агент.
Алюминизированные смесевые полиуретановые топлива, или изоланы (полиуретаны, перхлорат аммония, алюминий). Стан-
дартный удельный импульс редко превышает 240 с, и эти топлива
внастоящее время заменяются на полибутадиеновые топлива.
Алюминизированные смесевые полибутадиеновые топлива, или буталаны (полибутадиен, перхлорат аммония, алюминий).
73