International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.16
no.1
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pp.50-63
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2015
Explosive bolts are one of pyrotechnic release devices, which are highly reliable and efficient for a built-in release. Among them, ridge-cut explosive bolts which utilize shock wave generated by detonation to separate bolt body produce minimal fragments, little swelling and clean breaks. In this study, separation phenomena of ridge-cut explosive bolts or ridge-cut mechanism are computationally analyzed using Hydrocodes. To analyze separation mechanism of ridge-cut explosive bolts, fluid-structure interactions with complex material modeling are essential. For modeling of high explosives (RDX and PETN), Euler elements with Jones-Wilkins-Lee E.O.S. are utilized. For Lagrange elements of bolt body structures, shock E.O.S., Johnson-Cook strength model, and principal stress failure criteria are used. From the computational analysis of the author's explosive bolt model, computational analysis framework is verified and perfected with tuned failure criteria. Practical design improvements are also suggested based on a parametric study. Some design parameters, such as explosive weights, ridge angle, and ridge position, are chosen that might affect the separation reliability; and analysis is carried out for several designs. The results of this study provide useful information to avoid unnecessary separation experiments related with design parameters.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.5
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pp.53-59
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2019
Solid fuel reacts with an oxidizer during combustion of a propellant to increase performance. Representative solid fuels are aluminum, cyclotrimethylenetrinitramine (RDX) and octahydro-1, 3,5,7-tetra nitro-1,3,5,7-tetrazocin (HMX). During combustion, these compounds generate white smoke by reacting with moisture and produce materials that are harmful to the environment, such as carbon monoxide, carbon dioxide, and methane gas. This study prepared a high-nitrogen-containing energetic material, hydrazinium 5-aminotetrazolate (HAT), which could be applied as a solid fuel. The compound was characterized by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, and a thermal analysis was measured by differential scanning calorimetry (DSC). Also, the specific impulses and volumes of detonation gases were calculated using the EXPLO5 program.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.22
no.6
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pp.134-141
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2018
In this paper, the possibility of using an MDF (Mild-detonating Fuse) as a linear separation device is studied. An MDF is a small diameter metal (lead) tube filled with explosives (RDX). Aluminum plate cutting experiments are carried out with different values of target plate thickness and explosives per unit length. Based on the experimental results, a numerical analysis method including the failure criteria is established. The mechanism and characteristics of using MDFs for aluminum plate cutting are identified; the possibility of using the current system as a linear separation device is verified. By utilizing a developed numerical method, the separation reliability for diverse structures and MDFs can be predicted in advance and the number of experiments required for development can be minimized.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.20
no.3
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pp.63-70
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2016
The pyrotechnic separation devices are widely used in space systems and guided weapons during the launching and operations, however, they generate intensive pyroshock and fragments that can cause critical damages or the malfunction of electric devices onboard. There have been proposed many types of alternative devices to avoid pyro-induced problems since 1960's. A ball-type separation bolt is the one of alternative Pyrotechnic Mechanical Devices (PMD). In this study, the detail separation behavior of the ball-type separation bolt is analyzed using ANSYS AUTODYN. A simplified one-dimensional mathematical model, consisting of a combustion model and 5-stages of differential equation of motions, is also established to effectively describe the entire separation process.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.8
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pp.625-631
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2013
Reliability of a pin puller was predicted by Monte Carlo simulation. The prediction method is based on the stress-strength interference model that failure occurs if the stress exceeds the strength. In this study, the strength is considered as the energy delivered by combustion of pyrotechnics to retreat the pin to a predetermined position, whereas the stress is regarded as the energy required to resist the pin movement. The former mainly depends on the amount of pyrotechnic charge and the latter is governed by several friction forces and the energy dissipation within locking mechanism. Both the variables of stress and strength were computed using an analytical performance model. The method presented here, not depending upon a large number of test item, can be applicable to predict the reliability of other kinds of pyrotechnic devices.
Kim, Bohoon;Kang, Wonkyu;Jang, Seung-gyo;Yoh, Jai-ick
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.20
no.5
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pp.19-30
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2016
We presented a hydrodynamic modeling necessary to accurately reproduce shock-induced detonation of pyrotechnic initiator. The methodology for such numerical prediction of shock propagation is quite straight forward if the models are properly implemented and solved in a well-formulated shock physics code. A series of SSGT(Small Scale Gap Test) and detailed hydrodynamic simulation are conducted to quantify the shock sensitivity of an acceptor that contains 97.5% RDX. A TBI(Through Bulkhead Initiator) system, consisting of a train configuration of Donor(HNS+HMX) - Bulkhead(STS) - Acceptor(RDX), were investigated to further validate the interaction between energetic and non-reactive materials for predicting the detonating response for successful operation of such small pyro device.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.21
no.5
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pp.80-87
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2017
The performance of a pyrotechnic device that consists of donor/acceptor pair separated by a bulkhead relies on shock attenuation characteristics of the gap material and shock sensitivity of the donor and acceptor explosives. In this research, a micro Kapton flyer was accelerated by an exploding foil initiator (EFI) to figure out shock sensitivity of hexanitrostilbene (HNS) to impact. The averaged shock pressure and duration imparted to the explosive by flyer impact are measured by using a velocity interferometer for any reflector (VISAR) and impedance matching technique. Consequently, this research shows the possibility to determine the critical flyer velocity for initiating the miniaturized pyrotechnic unit by determining the relations between the impact velocity, the amplitude and width of impact loading.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.24
no.2
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pp.1-13
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2020
The characterization of aging of the pyrotechnic device is conducted thermally, chemically, and spectroscopically. The device is comprised of two parts: (i) igniter composed of Zr and (ii) pyrotechnic delay composed of ZrNi alloy. The thermally induced chemical reaction is identified through Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Thermogravimetry Analysis (TGA). The peak deconvolution of the themo-chemical data is used to estimate the enthalpy change of each metallic fuel component. Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) are used for chemical species analysis. The decomposition of oxidants by moisture significantly affected the fuel aging, and the formation of oxide film and metal oxide on the fuel surface gave rise to the thermal energy decrease.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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1994.11a
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pp.21-26
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1994
Conventional electroexplosive devices (EED) commonly use a very small metal bridgewire to ignite explosive materials i.e. pyrotechnics, primary and secondary explosives. The use of semiconductor devices to replace “hot-wire” resistance heating elements in automotive safety systems pyrotechnic devices has been under development for several years. In a typical 1 amp/1 watt electroexplosive devices, ignition takes place a few milliseconds after a current pulse of at least 25 mJ is applied to the bridgewire. In contrast, as for a SCB devices, ignition takes place in a few tens of microseconds and only require approximately one-tenth the input energy of a conventional electroexplosive devices. Typically, when SCB device is driven by a short (20 $\mu\textrm{s}$), low energy pulse (less than 5 mJ), the SCB produces a hot plasma that ignites explosive materials. The advantages and disadvantages of this technology are strongly dependent upon the particular technology selected. To date, three distinct technologies have evolved, each of which utilizes a hot, silicon plasma as the pyrotechnic initiation element. These technologies are 1.) Heavily doped silicon as the resistive heating initiation mechanism, 2.) Tungsten enhanced silicon which utilizes a chemically vapor deposited layer of tungsten as the initiation element, and 3.) a junction diode, fabricated with standard CMOS processes, which creates the initial thermal environment by avalanche breakdown of the diode. This paper describes the three technologies, discusses the advantages and disadvantages of each as they apply to electroexplosive devises, and recommends a methodology for selection of the best device for a particular system environment. The important parameters in this analysis are: All-Fire energy, All-Fire voltage, response time, ease of integration with other semiconductor devices, cost (overall system cost), and reliability. The potential for significant cost savings by integrating several safety functions into the initiator makes this technology worthy of attention by the safety system designer.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.21
no.6
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pp.39-48
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2017
In this study, combustion modeling of ZPP and $BKNO_3$ mainly used in the PMD industries has been performed. Saint Robert's law, energy conservation equation, and the Noble-Abel equation of the state have been used for governing equations. The results of pressure obtained from established combustion models and actual CBT have been compared. In the case of ZPP, the model has predicted a pressure curve similar to that of the experimental results, but $BKNO_3$ has showed that the maximum pressure of the model is greater than the experiment at small chamber volume. For these gaps, the probability of $BKNO_3$ unburning has been considered.
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