Diretrizes de Demonstração de Vida em Tolerância a Danos COPV

Este artigo é da Atualização Técnica de 2025.

O NESC investiu tempo e recursos significativos para compreender melhor o desempenho dos vasos de pressão compósitos sobreembalados (COPV) e, mais importante, como esses sistemas complexos de armazenamento de alta pressão podem falhar. Essas embarcações, que armazenam fluidos de sistemas de propulsão e suporte de vida de alta pressão em veículos de lançamento e espaçonaves, são onipresentes na NASA, e as falhas têm o potencial de ser catastróficas.

Este ano, o NESC finalizou o trabalho em um conjunto de diretrizes destinadas ao uso por funcionários públicos da NASA e empreiteiros de apoio no desenvolvimento ou avaliação de dados de demonstração de tolerância a danos para COPVs. Essas diretrizes são baseadas na experiência do NESC na avaliação de aplicações de COPV em toda a agência e na compilação das melhores práticas para cumprir os requisitos de tolerância a danos da AIAA S-081, o padrão para COPVs usados ​​em voos espaciais humanos e robóticos, e da NASA-STD-5019, Requisitos de controle de fratura para hardware de voo espacial.

Anteriormente chamada de “vida segura”, a vida de tolerância a danos pressupõe a existência de trincas detectáveis ​​antes do serviço e demonstra que tais trincas, nos piores locais e orientações, não crescerão até falhar ao longo da vida útil. É aplicado um fator de vida 4x, exigindo que as trincas não cheguem à falha (vazamento ou crescimento instável) dentro de quatro vezes os ciclos de serviço esperados.

Estas diretrizes destinam-se a apoiar o pessoal da NASA na aplicação dos requisitos do S-081 e também a esclarecer áreas que historicamente tiveram interpretações variadas. E ao aproveitar as avaliações do NESC, onde as abordagens à tolerância aos danos foram consideradas pouco conservadoras, as diretrizes oferecem melhores práticas para minimizar o risco com base em dados de apoio – e fazem-no sem introduzir novas normas. As diretrizes abordam vários aspectos da vida útil da tolerância a danos, incluindo:

• Mecânica COPV e correlação do modelo,

• Identificar locais de pior caso para tolerância a danos,

• Avaliação não destrutiva (EQM),

• Abordando proporções de aspecto de crack,

• Abordando o crescimento de crack autofrettage,

• Realizando demonstração de vida útil de tolerância a danos por meio de análise usando um software de análise de crescimento de fissuras como NASGRO,

• Realizar a vida útil de tolerância a danos por meio de testes de cupom ou recipiente, e

• Abordar o crescimento de fissuras sob carga sustentada e fissuras ambientalmente assistidas.

Ao determinar os piores locais para avaliação da tolerância a danos, as diretrizes oferecem um método para avaliar os fatores contribuintes – tensão/deformação, propriedades do material, espessura e tamanho inicial da fissura. As regiões identificadas mostram diferentes formas de material de revestimento e soldas, e dentro de cada forma, o tamanho inicial da fissura com base no método NDE utilizado, a espessura mínima e o nível de tensão/deformação de pico são determinados para essa forma. As diretrizes fornecem então as melhores práticas para abordar a tolerância a danos com cada forma de material e localização de pior caso no COPV.