流量控制阀调查显示出的失败原因

经过 Chris Gebhardt

在努力期间,一年的融入流量控制阀(FCV)提升阀的一部分解放’STS-126于2008年11月发布已缔结了在调查结果揭示STS-126解放最有可能原因的情况下结束官方调查的建议,并随后去年的一些穿梭任务增加了涡流读数。

审查问题:

在努力期间’2008年11月14日推出,“MPS(主要推进系统)发动机#2GH2(气态氢)流量控制阀(FCV)LV57似乎从低流量转变为高流量位置而不被命令这样做,”注释1月7日的计划要求控制委员会(PRCB)的FCV Poppet调查摘要介绍。

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阀门的飞行后检查显示了〜87度的提升头的解放’s circumference.

这一发现导致在整个航天飞机舰队中立即检查FCV,随后的发现和STS-119任务,直到提升着解放的原因可以确定或者FCV的完整性,以便发现验证。

GH2 FCV(其中每个SSME [航天飞机主发动机)的GH2 FCV(其中有一个)设计为从ET LH2罐中提供具有适量加压GH2的每个发动机,同时保持ET LH2罐飞行压力限制。

fcvs是“通过相应的Ullage压力信号调节器打开/关闭。当ET ulrage压力超过33.2 psia时(低流量)。当压降低于32.8 psia时,关闭(hi flow)”注意失败摘要演示–可用于L2上下载。

A3当命令FCV时“ON,”一个带有一个电磁阀“spring return”充电,导致FCV上的提升阀靠在春天。

相反,当命令FCV时“OFF,”电磁阀断电,导致提升阀打开。

鉴于GH2 FCV的重要性质在上升期间维持ET LH2罐压力,解放和多个FCV故障的主要问题是液体氢气罐的过压(导致“overboard venting”并创造火灾危险)和液体氢气罐的加压(导致“外部罐结构故障或低SSME Turbo泵净正压压力”).

对解放的FCV提升头的进一步影响是“下游组件/线损坏或堵塞和/或线破裂”导致外部罐的欠压和轨道原子机船尾机身中的相应​​通风和火灾危害。

审查STS-119的已接受的航班理由和随后的航班:

特别是,对所有FCV信息的审查表明,飞行中FCV提升阀失败的总体可能性低–特别是由于所有FCVS后STS-126通过非破坏性评估(NDE)涡流检查检查。

A2此外,FCVS背后的广泛飞行历史允许工程师得出结论,在FCV提升阀中的任何未检测到的裂缝(涡流检查之后)不太可能在单个上升中生长到失败点(解放)。

这种飞行历史,结合Fractography和Fracture分析“表明,由于HCF(高循环疲劳)和H2(氢)辅助静电装载环境,小裂缝可能需要一些飞行以增长失效,以辅助静电装载环境,”注意故障摘要分析。

仍然,可能性–虽然极低了–存在车辆和FCV提升阀之间的共振可以加剧未检测到的裂缝并在单个飞行中加速提升阀失败。

如果FCV提升阀中的未检测到的裂缝会导致一次飞行失败,专家认为– at most –提升阀的只有125度的圆周将会释放。

“基于工程判断的裂缝专家的界限分析预测了125度的最大粒子释放。”

尽管如此,部分失败分析的部分介绍了各种可能的故障模式。

“ET通风分析显示,即使发动机启动早期发生故障,也不显示单个提升阀故障(最多170度的周长)。在120秒之前通风需要在前90秒内需要两个125度提升阀故障” of flight.

A4通过解放的影响测试获得了额外的信心,表明,即使GH2 FCV提升阀的最大可能的圆周面积应该在上升期间释放,对连接的GH2线路造成的损害也不会大或绩效足以导致ET - 加压事件。

“ET下加压分析表明,压制罐所需的MPS / ET GH2线中的孔尺寸比在冲击测试期间产生的最大损坏的60倍,”注意故障分析报告。

此外,the amount of damage necessary to cause the over-pressurization of the ET is eight times (8x) larger than the damage created during the largest possible circumferential area liberation tests.

而且,“Orbiter易燃性分析表明,冲击测试期间产生的损坏与超过浓度限制所需的损坏相当。 (燃烧需要氧气源和点火源也存在)。”

最后,蒙特卡罗概率风险评估证实,由于GH2 FCV提升脚脚群,造成的损坏风险很低。

考虑和测试:

FCV.分析的初始结果导致使用EDDY电流检查来验证STS-119的所有FCV的完整性。

A5从那时起,每次航班都有其FCVS检查飞行前和飞行后,由于涡流检查期间返回的签名,一些FCV被从服务中删除。

在某些情况下,FCV的NDES揭示了表示看不见的地下裂缝的假定的签名的增加–在提升过程中可以传播的裂缝。

但是,在2009年12月访谈NasaspaceFlight.com上,KSC发布集成经理Mike Moses表示,正在进行的FCV问题的调查显示,这些NDE检查和地面测试方法可能会导致飞行后涡流的裂缝和增加签名。

“团队正在看的一件事是,非破坏性评估实际上可能导致我们的一些问题’re trying to avoid,” stated Moses. “团队正在查看那里的数据’仍然有一些工作要做,但似乎我们的地面测试实际上可能导致一些可以在飞行期间传播的一些裂缝。”

此问题还提到了FCV故障摘要。

A6在地面测试期间,六个未飞行的FCV经历了他们的海盗破裂。“硬件证据表明,基流环境对提升阀半径造成相当大的损坏,如破裂的六个0飞行普通的普通的普通的普通的普通的。”

由于需要非常高的交替应力(54 ksi)以在GH2 FCV提升阀中启动裂缝(那些相同的应力将加速GH2环境中的裂纹增长),因此裂缝的最可能原因已经追溯到地面GN2 (气态氮气)处理或地GH2测试环境。

测试“指向GN2处理作为可能的发起源或接地GH2测试环境,比飞行中较高的振幅响应更高,”注意失败分析演示。

计算流体动力学(CFD)声学模型的组合和“结构模式的交叉点及其在声发射流测试数据中的存在为损坏考虑提供了两个感兴趣的区域,即使迄今为止的最先进的分析没有预测启动。”

这些感兴趣的领域的第一个是GH2飞行和测试环境,第二个是GN2“全卒中力量平衡在瓦尔科测试。

A10对于GN2全冲程测试环境,“VALCO的喇叭形0361壳体将CFD响应增加约3至直壳的响应。完整的行程案例在壳体上座椅时穿过56到68 kHz之间的结构模式。

“喋喋不休:反复座位和未置于提升阀可以具有在CFD和动态分析中捕获的放大特征/颤动。入口条件和行程变异性可能会影响响应,”注意演示文稿。

另外,发现GN2 85%全冲程壳体基于显示出意外的声学环境数据来保持放大FCV提升阀上的应力的可能性“non-symmetric” response “在流量平衡GN2测试的拉回阶段。”

这个签名可能是一个标志“用模式和颤动响应锁定。”

此外,“damping”对结构共振处的交流幅度有显着影响;然而,对于在操作条件下缺乏结构阻尼的测量,这种因子非常不确定。

结果和建议:

总而言之,全年调查为航天飞机计划产生了六项建议,其中首先是对调查的官方闭幕“地面流动引起的损伤作为最可能的裂纹启动来源。”

第二次建议建议继续使用基于NDE检查和硬件观测(涡流,MAT实验室审查,MPI和SEM)的飞行理由。这是建议维持的建议“评估尚未分析的广大声发射数据。”

A8第四个建议特别适用于圣约130,并为此建议“emphasized attention” to Endeavour’S LV-57位置FCV。“这种特殊的位置是1301个海洋动物家族中唯一一个,以连续地表现出相当大的裂缝增长(STS-126失败,STS-127区3区裂纹开发到.22英寸缺陷)。”

如果此趋势继续使用STS-130,建议更换所有外壳/阀门硬件。

最后的两个建议与FCVS的地面处理侧有关。

建议#5主张用于GH2和GN2接地测试模式的出口管外壳的重新设计的实施。这将是为了除去噪声水平的许多声学频率并证明声学环境传感器的有效性。

最终建议是删除或减少全冲程淡化流量平衡测试,和/或实施有效的GH2和GN2地面测试控制“提高重复性并减少运行时。”

此外,目前正在努力支持Poppets和活塞密封件的新采购,以支持额外的0飞行提升阀测试。

A9此外,每次飞行后,所有FCV都将继续删除,检查,清洁,重新组装和–如果他们通过检查–在轨道上重新安装未来航班。

因此,工程师已经得出结论,STS-126上的FCV解放最有可能导致恒压裂纹增长与来自飞行和未飞行的FCV的后续地测试数据显示地面测试程序是最有可能的原因提升阀裂缝形成。

由于所有广泛的测试,剩余的五个航天飞机任务存在强大的航班理由,安全措施,以确保仅在那些剩余的任务中逃离可行的FCV。

正如迈克摩西所说的那样,“当您回到并查看团队对此问题的所有作用时,您可以看到采取适当步骤以确保最高的安全级别。这是一个复杂的车辆,您永远无法让自己认为您完全了解它是如何工作的。

“We’现在已经飞行了近30年,我们学到了每一个飞行的新东西。我们认为我们在流量控制阀上有一个非常好的手柄。 STS-126证明我们需要花一些时间,看看我们的数据,重新评估我们对该系统的了解,并证明我们是我们的– and that we are – safe to fly,” stated Moses.

L2成员:文档 - 上述文章引用了段 - 在相关的L2部分中可以满足,现在大约4000多个GBS

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