月の前哨戦

航空宇宙|極低温流体 SAFE-SHEAR™バーストディスク

キングストン・ビッカースによる

極低温流体の管理は、現在および将来の宇宙プログラムの基礎となるものです。打ち上げ時、軌道上の貯蔵庫、および月面でこれらの推進流体を利用できることは、将来の火星への有人探査ミッションに不可欠です。極低温流体は、加圧された燃料タンクや推進剤サブシステム内に存在しています。これらの燃料の安全な使用圧力を維持することは非常に重要であり、過圧が発生すると宇宙船の壊滅的な損失につながる可能性がある。極低温燃料の管理に関するもう一つの懸念事項は、「ボイルオフ」と呼ばれるプロセスです。ボイルオフとは、長期の宇宙ミッションでの使用中に極低温推進剤貯蔵システムから発生する生成物の損失のことを指します。

一般的なバーストディスクの設計では、限界を超える圧力にさらされるとダイアフラムが破裂します。この「壊れやすい」要素は、これらのタイプのバーストディスクの性能に大きな影響を与えます。打ち上げ時の衝撃荷重、振動、中止手順、運用上のボイルオフサイクル、および長期的なサービスの要件から、過圧ソリューションとして薄い単一形ダイアフラムに頼ることは、せいぜい不安を感じさせるだけです。

対照的に、先進的なSAFE-SHEAR™バーストディスクの設計は、従来の/有形のラプチャーディスクを破壊する多くの重要なアプリケーションパラメータに影響を受けません。これらの高度なバーストディスクは、何百万回もの衝撃、振動、熱サイクル、および最大95%の破断圧力のスロッシングに耐えることができます。当社のバーストディスク機能により、極低温流体の設計者は、高圧用のシリンダー設計を最適化することができ、それにより、圧力に依存したシステムを作動させるために十分な推進剤と酸化剤が利用可能であることを保証します。当社の高度なバーストディスクは、製品の損失を防ぎながら、これを実現します。当社の漏洩率は、10-8標準立方センチメートル/秒以下のGHeです。(SCCS)

充実した安全機能と漏れ防止機能は、その操作方法によって可能になりました。液体や気体からの内圧が所定の(校正された)差圧に達すると、精密に調整されたベルビルスプリングが反転し、ダイアフラムを鋸歯状のパンチに押し込み、系圧を開放します。この動作メカニズムにより、先進のバーストディスクは驚くべき破断精度を実現しています。SAFE-SHEAR™ バーストディスクは、1~10,000 psi (0.007~690 bar) の破断圧力で±1% の設定が可能で、-457~1,000°F (-270~540°C) の温度範囲での許容差を提供します。

アニメーテッドバーストディスク

パンチがダイアフラムに突き刺さると、バーストディスクは急速にすべての圧力を解放します。最低限の圧力で動作する必要があるアプリケーションや、システムが遠隔地にあり充電できない場合の損失を防ぐために、当社ではバーストディスクと一体化した圧力逃がし弁を組み込むことができます。当社のリリーフバルブは、すべての製品圧力の損失を防ぐため、圧力に依存するコンポーネントの動作を継続することができます。当社のバーストディスク/リリーフバルブコンポーネントは、他の冗長システムと比較して最大80%の軽量化を実現しています。

NASA は、このタイプのアドバンストディスクを 2 つのリリーフバルブと同等と考えており、1 つのディスクで NASA の 2 つのフォールトトレラント要求を満たすことができます(参照:NASA ペイロード安全要求 NHB 1700.7; NASA-JSC NSTS/ISS 18798; JCS Letter TA-88-074)。– "ペイロード用バーストディスクの好ましい設計は、破断を確実にするために、切断面に対して反転膜を採用したものである。過去の使用実績と経験から、このタイプのバーストディスクは、信頼性の高い圧力開放装置として認定されています。

バーストディスクの宇宙ベースのアプリケーションには、攻撃的なロケット燃料、酸化剤、およびその他の過酷な流体に耐えるように設計された材料ソリューションが必要です。構造の材料には、アルミニウム、ステンレス鋼、超合金、およびPTFEを含めることができます。

国際宇宙ステーションやオリオンなどの有人宇宙飛行のアプリケーションの他にも、当社のSAFE-SHEAR™技術を利用した宇宙船、衛星、航空機には以下のようなものがあります。

  • RRM3 軌道上給油ミッション宇宙飛行士のサムズアップとK-Portのシールと衛星
  • カッシーニ宇宙船
  • ハッブル宇宙望遠鏡
  • スピッツァー望遠鏡
  • 広域赤外線サーベイエクスプローラ
  • マース・グローバル・サーベイヤー
  • 重力プローブ-B
  • V-22オスプレイ/KC-390