موشك و تجهيزات آنها و ويژگي‌هاي كاريشان

[mahdi.adelinasab]

این مبحث رو من قبلا هم گذاشته بودم ولی به دلیل در خواست چند تا از دوستان باز هم قرارش دادم.
این مقاله در مورد موتورهای جت هست که در مورد سوخت اون کار شده و اصلا وضعیت کاری اونها به چه صورت هست!
=======================================================

انسان هنگامي كه به آتش دسترسي پيدا كرد، از مشكلات بسياري نجات يافت و آتش عامل مبارزه با مشكلات شد. بدين طريق آتش وسيله و ابزاري براي گسترش و توسعه تمدن قرار گرفت. به كمك آتش ماشين‌هاي بخار، موتورهاي احتراق، توربين‌هاي گازي دست شد، اما هيچ‌كدام از آنها قادر به انجام حجم كاري معادل با آنچه در موتور موشك انجام مي‌گيرد، نبود.
موتور موشك، ماشين حرارتي منحصر به فردي است كه كار انجام شده در حجم كاري به نسبت كوچك آن به ازاي سوخت مصرف شده در يك ثانيه، معادل چندين هفته كار پيوسته ماشين‌هاي معمولي است. مقدار حرارت ايجاد شده در يك ثانيه در واحد حجم محفظه، هزار برابر بيشتر از موتور احتراق داخلي است. فشردگي و وزن نسبتا كم از مشخصه‌هاي ديگر موتورهاي موشك است كه آن‌ها را از ديگر ماشين‌هاي حرارتي متمايز مي‌كند. اما بيش از همه وجود شعله با درجه حرارت چندين هزار درجه در كنار سرماي زياد، نزديك به صفر مطلق در موتور موشك جلب توجه مي‌كند، در صورتي كه جدايي آنها به وسيله ديواره‌هاي فلزي با ضخامت حداكثر يك ميليمتر صورت مي‌گيرد. چندين نوع موتور موشك وجود دارد. اما براي شناخت مشكلات اصلي ساخت موتورهاي موشك و روند گسترش مفهوم فني اين رشته، عاقلانه است كه از موتورهاي موشك سوخت مايع شروع كنيم كه اكنون بيشترين موارد استفاده در صنعت فضايي را به خود اختصاص داده است.

موتورهاي موشك سوخت مايع
شماي كلي
اساسا تجهيزات و كار موتور موشك سوخت مايع واضح و گويا است. سوخت و اكسيد كننده مايع ذخيره شده در باك‌ها را بايد تحت فشار به محفظه تزريق كرد(براي اين منظور سيستم تزريق پيش‌بيني مي‌شود)، سپس محترق كرد و نتيجه احتراق به وسيله بلوك نازل بيرون رانده مي‌شود كه باعث ايجاد سرعت زياد جريان مي‌شود. در نتيجه آن نيروي پيش رانش(پيش‌ران)لازم براي حركت موشك به وجود مي‌آيد. اما عملي كردن اين اصول نياز به صنعت پيشرفته و سطح تكنولوژي بالايي دارد.
از مفهوم موتور نه فقط محفظه احتراق يعني جايي كه دبي جرمي جريان دارد، يلكه مجموعه تجهيزات تامين كننده توليد انرژي فهميده مي‌شود. محفظه، سيستم تزريق، تجهيزات كنترل و شيرها، رگولاتورها، شيرهاي اطمينان و كليه لوله و اتصالات كه به صورت يك مجموعه واحد مونتاژ مي‌شود، موتور ناميده مي‌شود. مشخصه اصلي طراحي موتور نيروي رانش(پيش‌ران) آن است كه براي موشك‌هاي بزرگ پيش‌ران تعيين كننده نوع موتور است و در يك رنج وسيع تغيير مي‌كند. موتور آمريكايي F1 به عنوان مثال در سطح زمين پيش‌راني معادل 690 تن نيرو مي‌دهد و ارتباط پنج دستگاه از اين موتورها با مجموع پيش‌ران بيش از 3400تن نيرو تامين كننده كار مورد نياز مرحله اول موشك سارتون-5 است. از طرف ديگر موتورهايي وجود دارند كه پيش‌ران آنها در حد چندين گرم است. اين گونه موتورها در سيستم تنظيم وضعيت ماهواره‌ها استفاده مي‌شود.
اما علاوه بر ايجاد نيروي پيش‌ران لازم، اقتصاي بودن و همچنين حداقل دبي جرمي مصرفي را بايد مدنظر داشت. كم بودن دبي جرمي مصرفي موتور، همان‌طور كه مي‌دانيم با توجه به پيش‌ران مخصوص، يعني پيش‌ران بر دبي جرمي تعريف مي‌شود و اين كه با چه روش‌هايي پيش‌ران مخصوص بالا به دست مي‌آيد، اين موضوع يك بحث خاص است.
پيش‌ران مخصوص تنها شاخص بهيه بودن موتور نيست. علاوه بر آن وزن نيز مهم است. بهينه بودن موتورهاي مرحله اول موشك‌هاي لاستيكي و موشك‌هاي فضايي دارا بودن وزن 15-7 كيلوگرم نيرو به ازاي هر تن نيرو پيش‌ران در خلاء تعريف مي‌شود. براي مراحل بعدي موشك و يا براي موتورهايي كه در ارتفاعات بالا كار مي‌كند اين شاخص 12-20 كيلوگرم نيرو به ازاي هر تن نيرو پيش‌ران در خلاء در نظر گرفته مي‌شود و در نهايت شرايط كاربردي مهم است كه قبل از همه به انتخاب سوخت و اكسيد كننده بستگي دارد و علاوه بر آن سازه موتور و سيستم خدمات زميني به سوخت و اكسيد كننده وابسته است. سوخت و اكسيد كننده موتور موشك را بايد در يك رنج مشخص جهت تنظيم پيش‌ران(استارت و قطع) تزريق كرد و براي پروازهاي فضايي همچنين بايد جند بار استارت و خاموش شدن را قبلا بررسي كرد. در آينده براي سفينه‌هاي فضايي يكي از مسايل مهم، ساخت موتورهاي جندبار استارت شونده با زمان كار بالا است.

 

[mahdi.adelinasab]

ادامه

ادامه

در زبان فني كلمهم موتور مفهوم كلي دستگاه موتور را در خود دارد كه مجموعه تجهيزات توليد كننده نيروي پيش‌ران است. عبارت دستگاه موتور در برگيرنده تعداد همه موتورها، همچنين قطعات مختلف نيرويي موتور، المان‌هاي سيستم شارژ سوخت همراه با لوله‌هاي متصل كننده باك‌ها با موتور، مكانيزم‌هاي كنترل موتور، گاهي اوقات سرومكانيزم و خيلي از المان‌هاي ديگر است. موتور نمي‌تواند به تنهايي و ايزوله شده از مجموعه موشك بررسي شود. به عنوان مثال از موتور همراه انتظار مي‌رود كه پيش‌ران مخصوص بالايي داشته باشد، اما اين مطلب به مشخصات كلي موشك ارتباط دارد. اگر فشار در محفظه را بالا ببريم، پيش‌ران مخصوص افزايش مي‌يابد، اما وزن سيستم تزريق زياد مي‌شود و پارامترهاي سيستم شارژ تغيير مي‌كند. بنابراين، افزايش فشار توام با افزايش وزن استو از طرفي در فشار پايين پيش‌ران مخصوص كاهش مي‌يابد. بنابراين بايد مقدار مناسب فشار را انتخاب كرد كه اين انتخاب با در نظر گرفتن ويژگي‌هاي خود موشك صورت مي‌گيرد. مثال‌هاي ديگري مانند انتخاب نسبت اكسيد كننده به سوخت اپتيمم وجود داردكه به ازاي آن پيش‌ران ويژه ماكزيمم را خواهيم داشت، اما از نظر مشخصه وزني در شرايط اپتيمم نخواهيم بود. در چنين حالت‌هايي مشكل نه در راستاي مشخصات موتور و نه به نفع مشخصات وزني اجزاي سوخت، بلكه جهت رسيدن به اپتيمم كلي سيستم حل مي‌شود.

 

[mahdi.adelinasab]

سيستم تزريق بدون توربوپمپ

سيستم تزريق بدون توربوپمپ

سيستم تزريق، مجموعه‌اي از تجهيزات است كه نه تنها فشار لازم براي سوخت و اكسيد را در هنگام ورود به محفظه احتراق تامين مي‌كند، بلكه مشخص كننده دز آن‌ها نيز هستند.
سيستم تزريق بدون توربوپمپ،‌ساده‌ترين نوع است. نحوه كار آن بدين صورت است كه به هر يك از باك‌هاي سوخت و اكسيد كننده، گاز فشرده شده تزريق مي‌شود به طوري كه سيال با اين فشار بتواند فشار لامز محفظه و همچنين افت فشار در مسيرهاي تغذيه را تامين كند.
به رغم سادگي، سيستم مكشي معايبي دارد: در مسيرها و باك‌ها فشار بالا وجود دارد. ديواره‌هاي مخازن را بايد ضخيم‌تر انتخاب كرد و در نتيجه وزن بالا مي‌رود. براي موشك‌هاي كوچك تا حدي اين مساله قابل قبول است و به جهت سادگي سازه، اين سيستم استفاده مي‌شود. اما براي موشك‌هاي بالستيك دوربرد كه از نظر مشخصه‌هاي وزني محدوديت داريم، اين سيستم قابل استفاده نيست. علاوه بر كاهش مشخصه‌هاي وزني، در تزريق بدون توربوپمپ، به علت اين كه در حين پرواز در موشك بايد سوخت و اكسيد كننده ذخيره براي تزريق و گاز فشرده وجود داشته باشد، باعث كاهش شاخص وزني مي‌شود. يك متر مكعب هوا در فشار مثلا kg/cm240 در باك تقريبا معادل kg/cm225 در محفظة احتراق است و اين مقدار، فشار زيادي نيست و بايد سعي كرد آن را افزايش داد. اين در واقع توضيح دهنده تبديل كامل انرژي سوخت به انرژي جنبشي گازها است. در سيستم تزريق بدون توربوپمپ افزايش فشار در محفظه فقط با افزايش وزن سوخت و اكسيد كننده امكان‌پذير است.
بنابراين، تزريق بدون توربوپمپ مرز كاربرد مشخصي دارد به طوري كه با حجم سوخت و اكسيد كننده، جرم سر جنگي و يك سري پارامترهاي ديگر موشك و در نهايت با شرايط كاربردي تعيين مي‌شود. در مجموع مي‌توان گفت كه كاربرد تزريق بدون توربوپمپ در موشك‌هاي كوچكي جنگي يا هواشناسي با برد و ارتفاق پرواز محدود عاقلانه است.
ساده‌ترين نوع تزريق بدون توربوپمپ، تزريق گاز از مخازن فشار بالا به كمك ردوكتور(فشارشكن) است. اين سيستم به نام سيستم تزريق بالوني ناميده مي‌شود.
اين سيستم به دليل اين كه كنترل فشار در باك‌هاي سوخت و اكسيد كننده به راحتي امكان‌پذير است مناسب است. اما در عوض بايد هزينه اضافي به خاطر وزن بالون‌هاي فشار بالا، كه يكي يا چند تا است و در آن بايد در حين پرواز، گاز ذخيره موجود باشد، پرداخت كرد.
تزريق بالوني از نظر وزني بدترين نوع نسبت به ديگر سيستم‌هاي مكشي است و اين موضوع بايد باعث مي‌شد كه اين سيستم مدت‌ها پيش از بين رفته باشد، اما به دليل سادگي تنظيم فشار در سيستم بالوني، تعيين كننده قابليت اعتماد بالاي آن است و علاوه بر آن مي‌توان بدون هيچ سختي خاصي فرايند تزريق را قطع و وصل كرد كه براي سيستم‌هاي چند‌بار استارت شونده كه در صنعت فضايي كاربرد وسيعي دارد، استفاده مي‌شود. موتورهاي كار كننده در خلاء مي‌توانند با فشار كم در محفظه احتراق كار كنند. اين مزيت، دليل اصلي براي استفاده از تزريق بالوني جهت سفينه‌ها و موشك‌هاي فضايي است. به عنوان مثال موتورهاي فرود و پرواز سفينه ماه پيما آپولو داراي سيستم تزريق بالوني است.
در اين سيستم تزريق بالوني هنگام كار موتور مجموعه‌اي از شيرها به كار مي‌افتد و به جاي هواي فشرده از هليوم سبك استفاده مي‌شود كه جهت كارايي بيشتر پيشگرم مي‌شود.
تزريق بالوني همچنين كاربرد خود را در موتورهاي كمكي سفينه‌هاي فضايي پيدا كرده است و در موتورهاي سيستم جهت دهي كه دبي جرمي كم و تعداد استارت موتور هزارها بار است، استفاده مي‌شود. تزريق بالوني همچنين در تجهيزات مختلف موتورهاي موشك سوخت مايع امروزي استفاده مي‌شود. اين تزريق كمكي سوخت و اكسيد كننده و توليد فشار اضافي شارژ در باك‌هاي سوخت واكسيد كننده توام با تزريق پمپ‌ها است كه در آينده در مورد آن صحبت خواهد شد.
تزريق بدون توربوپمپ فقط بالوني نيست. براي رهايي از وزن بالون‌هاي فشار بالا، مي‌توان سيال عامل(گاز) را به كمك گازي كردن محصولاتي كه به شكل جامد يا گاز مايع هستند، شارژ كرد. تجربه ساخت سيستم‌هاي مشابه بارها تكرار شده است،‌اما چنين سيستمي به طور گسترده كاربرد ندارد. دبي جرمي گازهاي داغ حاصل از سوخت جامد، به سختي قابل كنترل است و نمي‌توان به آن اعتماد كرد. در نهايت، آكومولاتورهاي(مخازن) فشاري سوخت مايع يعني سيستمي كه در آن راكتور-مولد گاز داغ مستقيما در مخازن سوخت نصب مي‌شود، پيشنهاد شده است.
در روي درپوش(عدسي) بالايي هر باك، صفحه انژكتور نصب شده است كه از باك‌هاي كوچك مخصوص سوخت واكسيد كننده كمكي خود اشتعال شارژ مي‌شود. تزريق سوخت و اكسيد كننده كمكيبه كمك گاز فشرده شده در بالون‌هاي كوچك صورت ميگير. بدين صورت يك سيستم تركيبي حاصل مي‌شود كه آكومولاتور فشار بالا در آن فقط با سوخت و اكسيد كننده كمكي كار مي‌كند. سوخت و اكسيد كننده اصلي به كمك محصولات احتراق حاصل از سوخت و اكسيد كننده كمكي هب صورت مكشي تزريق.
اما اين سيستم ضمن دارا بودن شاخص‌هاي وزني خوب، همچنين قابليت اعتماد لازم و سادگي كنترل دبي جرمي سوخت واكسيد كننده كمكي را دارد. سيستم تزريق با آكومولاتورهاي فشاري سوخت مايع در موشك‌هاي با برد نسبتا كوتاه‌، جايگاه خاصي دارند. براي موشك‌هاي قوي‌تر كاربرد اين سيستم و همچنين در حالت كلي استفاده از سيستم تزريق بدون توربوپمپ عاقلانه نيست. در سفينه‌هاي فضايي نيز آكومولاتورهاي فشار سوخت مايع كار برد چنداني ندارد كه علت آن درجه حرارت بالاي حاصل از احتراق و در نتيجه آن لزوم كاربرد فولادهاي مقاوم در مقابل حرارت به جاي آلياژهاي سبك آلومينيوم-منيزيم براي باك‌هاي سوخت و اكسيد كننده است.

 

[mahdi.adelinasab]

تزريق توربوپمپي

تزريق توربوپمپي

در تزريق به وسيله پمپ، فشار بالا بعد از باك‌ها و به طور مستقيم قبل از محفظه توليد و مسير فشار بالا تا حد امكان كوتاه مي‌شود. در تزريق پمپي باك‌ها از فشار داخلي رهايي مي‌يابد. وزن آن‌ها كم مي‌شود و همزمان امكان افزايش قابل توجه فشار در محفظه احتراق را ممكن مي‌سازد.
با مشاهده و بررسي انواع پمپ‌هاي موجود در زمان حال، مي‌توان نتيجه گرفت كه در اين نوع سيستم تزريق، پمپ‌هاي گريز از مركز پره‌اي بيشتر كاربرد دارند. اين پمپ‌ها قابليت تامين دبي جرمي زياد، وزن به نسبت كم و تقريبا سينماتيك ساده را دارند كه در نتيجه قابليت اعتماد بالايي خواهند داشت.
لازم است بدانيم فشار توليد شده، متناسب با دانسيته سيال ، ارتفاع ستون سيال در نيروي جانب مركز كل است به عبارت ديگر شعاع R در نهايت متناسب با شتاب نرمال يا Rn2است كه n تعداد دور در دقيق است.

كه u سرعت محيطي لبه چرخ رانش است.
از اين رابطه پيداست كه براي كاهش ابعاد پمپ، براي ايجاد فشار مفروض تزريق، مي‌توان تعداد دور توربين را بالا برد. در موتورهاي مدرن n به 35 – 30 هزار دور در دقيقه مي‌رسد. اين چنين دوري در توربوپمپ‌ها، فقط مي‌تواند به كمك توربين‌هاي گازي توليد شود.
تمام موارد گفته شده در طراحي سازه در نظر گرفته يم‌شود. توربين و دو پمپ1 گريز از مركز روي يك محور نصب مي‌شوند و در يك پوسته موتاژ مي‌گردند كه از دو عدد فلانژ ورودي براي سوخت و اكسيده كننده، دو عدد فلانژ خروجي براي سوخت و اكسيدكننده تحت فشار بالا، ورودي گاز داغ، ورودي به پره توربين و در نهايت يك فلانژ براي نصب لوله عبوري گاز داغ تشكيل شده است. در نتيجه يك ماشين تركيبي ايجاد مي‌شود كه توربوپمپ ناميده مي‌شود.
اما مجموعه توربوپمپ، كل سيستم تزريق نيست، بلكه قسمت اصلي آن است.
چشمه انرژي لازم براي كار، توربين است و نه فقط توربين بلكه عوامل و عناصر كمكي ديگر تامين كننده مجموعه سيستم تزريق لازم است.
براي اولين بار مجموعه توربوپمپ روي موتور موشك نصب شد كه در خصوص آن قبلا به طور مفصل گفت و گو شد. شاخص‌هاي فني توربوپمپ اين موشك خيلي بالا نبود. توان حدود 340 كيلووات و دبي جرمي 125كيلوگرم بر ثانيه، فشار نزديك به 40كيلوگرم نيرو بر سانتي‌متر مربع و وزن كلي مجموعه توروبوپمپ 160 كيلوگرم نيرو را دارا بود.
در موتور موشك براي شارژ توربين، مقداري زاپاس آب اكسيژنه در باك 1 وجود داشت كه در حين تجزيه مقدار زيادي گرما توليد مي‌كرد.
آب‌اكسيژنه – پيوندي مقاوم ندارد و به راحتي تحت اثر بعضي عناصر كه خود در واكنش شركت نمي‌كنند، به بخار آب و هيدروژن گازي كه به نام بخار گازي ناميده مي‌شود تجزيه مي‌شود. در سيستم تزريق از حلال آبي پرمنگنات سديم(مخزن2) به عنوان كاتاليزور استفاده مي‌شود. آب اكسيژنه و پرمنگنات به كمك هواي فشرده، واقع در بالون‌هاي 3(مجدد تزريق بالوني)، به راكتور 4 يا مولد بخار گاز شارژ مي‌شود. از آن‌جا بخار گاز به دست آمده(بادرجه حرارت حدود 380 درجه سلسيوس) به پره‌هاي توربين 5 وارد مي‌شود و سهمي از انرژي آن به محيط منتقل مي‌شود. اگزوز خروجي از طريق لوله مخصوص 6 صورت مي‌گيرد و گازها خراج شده مقدار كمي پيش‌ران اضافي توليد مي‌كند كه در اثر اتلاف 2كيلوگرم گاز بر ثانيه است. پيش‌ران مخصوص در نتيجه اين افت تقريبا به اندازه 3 واحد افت مي‌كند.
در نتيجه، توربين مقدار دور لازم براي پمپ‌هاي 7و8 را ايجاد مي‌كند. براي كار نرمال سيستم تزريق،‌نه تنها مقدار دور، بلكه فشار سوخت واكسيد كننده ورودي به پمپ‌ها خيلي مهم است. در دورهاي بالاي چرخ‌رانش، به مقدار قابل توجهي فشار سيال ورودي به پمپ كاهش مي‌يابد. اگر فشار محلي كمتر از فشار بخار سيال در درجه حرارت مورد نظر باشد، سيال شروع به جوشيدن مي‌كند. روشن است كه اين جوشش شبيه كاهش فشار، مشخصه محلي خود را دارد. حباب‌هاي بخار تزريق توام با سيال در ناحيه فشار بالا، كندانسه مي‌شود. پديده جوشيدن سرد و كندانسه شدن بخار، كاويتاسيون ناميده مي‌شود. كاويتاسيون از ديدگاه ديناميكي، مرتبط با سرعت زياد بخار كندانسه و مسدود كردن ناحيه‌اي از عبور سيال، خطرناك است. در پمپ‌ها( و به طور كلي ماشين‌هاي پره‌اي) معمولا رژيم‌كري كاويتاسيوني قابل قبول است و براي كار نرمال سيستم تزريق لامز است كه فشار در ورود پمپ‌ها كمتر از مقداري كه اخواص سوخت واكسيد كننده در درجه حرارت مورد نظر به دست مي‌آيد، نباشد، بلكه بايد تعداد دور پمپ، پروفيل پره‌ها و پروفيل كانال ورودي نيز در نظر گرفته شود.
فشار در ورد به پمپ با ارتفاع سيال در مخزن و لوله‌ها و همچنين شتاب حركت موشك تعيين مي‌شود. در سازه موشك‌هاي بالستيك اين فشار در پريود اوليه پرواز، زمانيكه هنوز شتاب كم است براي كار نرمال پمپ‌ها كافي نيست. بنابراين لازم است در مخزن يك بالشتك گازي با فشار كمكي معين ايجاد كرد. اين فشار، خيلي كم‌تر از فشاري است كه در سيستم تزريق بدون توربوپمپ گذاشته مي‌شود. اين فشار از حد دهم اتمسفر تا جندين اتمسفر تغيير مي‌كند و فشار شارژ ناميده مي‌شود.
روش اصلي ايجاد فشار شارژ در مخازن موشك‌هاي بالستيك به كمك تزريق گاز فشرده شده از بالن‌هاي گاز است. اما در موشك v-2 از روش گاز كردن عناصر با درجه حرارت جوش پايين استفاده شده است. اكسيژن مايع از طريق يك لوله باريك به مبدل وارد مي‌شود و به شكل گازي با فشار لازم براي شارژ به مخزن اكسيژن برگردانده مي‌شود.
در زمان حال در بيشتر موشك‌هاي امروزي براي شارژ مخازن از هليوم گازي يا محصولات گازي شده سوخت و اكسيد كننده اصلي استفاده مي‌شود. اكنون بررسي مي‌كنيم كه چگونه مي‌توان سيستم تزريق v-2 را بهينه كرد و دقيق‌تر اينكه چگونه تاريخچه گسترش تكنولوژي سيستم تزريق را بررسي كرد.

 

[mahdi.adelinasab]

تكامل (پيشرفت) سيستم تزريق

تكامل (پيشرفت) سيستم تزريق

موتور موشك v-2 در ابتدا با چهار سوخت اكسيژن مايع، الكل اتيليك و دو سوخت كمكي آب اگسيژنه ومحلول آبي پرمنگنات سدين كار مي‌كرد. تعداد زياد سوخت واكسيد كننده موتور، مشكل جدي است و آماده سازي آن براي استارت مشكل است. بنابراين اولين چيزي كه در راه بهينه كردن موتور به نظر مي‌رسد، استفاده از كاتاليزور جامد به جاي استفاده از كاتاليزور مايع است. اين كاتاليزور جامد همان پرمنگنات(سديم يا پتاسيم) است كه به شكل سنگ پا در داخل راكتور در حين مونتاژ موتور گذاشته مي‌شود. بعدها انواع ديگري از اين كاتاليزورهاي جامد پديد آمد. اولين آن‌هغا بر اساس نقره بود كه آب‌اكسيژنه در مجاورت باآن تجزيه مي‌شود. هدف اصلي در تغيير كاتاليزور نبود بكله با اين كار در موشك‌هاي v-2 به جاي چهار سوخت مايع فقط سه سوخت مايع باقي مي‌ماند. هدف ديگر، افزايش ذخيره سوخت و اكسيدكننده و همچنين آب‌اكسيژنه در موشك‌هاي بزرگ با سيستم تزريق توربوپمپي بود. براي اولين بار چنين سيستمي در موتور موشك B5B مورد استفاده قرار گرفت كه در خصوص آن صحبت خواهد شد. در اين موتور تزريق آب اكسيژنه بدون پمپ با طرح كلاسيك موشك CK فضايي سفينه واستك وسخد و غيره . . . غيرممكن است.
موتورهاي جانبي موشك CK به نام‌هاي RD-107 و مركزي به نام RD-108 است. اين موتور پيش‌راني معادل 102تن نيرو با ضربه مخصوص 314 در خلاء را مي‌دهد. براي كار توربين ذخيره آب‌اكسيژنه‌اي معادل 5/1تن لازم است.
تزريق بدون توربوپمپ چنين مقدار آب اكسيژنه باعث اتلاف وزني قابل ملاحظه‌اي مي‌شود. بنابراني در موتورهاي RD-107 و RD-108 سيستم توربوپمپي براي آب‌اكسيژنه به كار رفته است. همچنين براي شارژ ازت مايع به مخغازن سوخت و اكسيد كننده از تزريق توربوپمپي استفاده شده است.
مجموعه توربوپمپ داراي چهار پمپ است. پمپ اول براي اكسيژن، دومي براي نفت(كراسين) و دو پمپ كوچك 4و5 براي آب‌اكسيژنه و ازت. پمپ‌هاي كمكي با دور بالاتري كار مي‌كنند بنابراين حركت آن‌ها از محور اصلي به وسيله گيربكس 6 تامين مي‌شود.
براي استارت موتور لازم است كه آب اكسيژنه به سرعت وسيله پمپ تزريق شود كه چرخش پمپ از محصولات تجزيه شده همان آب‌اكسيژنه تامين مي‌شود. توربين تا زماني كه آب‌اكسيژنه تزريق نشده است، كار نخواهد كرد و آب‌اكسيژنه وارد راكتور نخواهدشد، چون كه توربين كار نمي‌كند. در تكنولوژي ماشين‌هاي حرارتي اين مطلب عمومي و كلي است. به عنوان مثال موتور احتراق داخلي نيز تا زماني كه تركيب متراكم در سيلندرها موجود نباشد، كار نخواهد كرد و تركيب متراكم وجود ندارد. زيرا موتور كار نمي‌كند. بنابراين استارتر لازم است. در موتور موشك سوخت مايع نيز چنين وضعيتي موجود است. براي ساختار سازه استارتر مي‌توان انواع و نمونه‌هاي مختلفي پيشنهاد كرد، اما اصول آن‌ها يكي است. آكومولاتور انرژي براي اين كار لازم است و مي‌توان از مقدار كمي آب اكسيژنه استفاده كرد. آب اكسيژنه در راكتور تجزيه مي‌شود و به فرم گاز فشرده شده حتي بدون پيش‌گرم شدن به پره‌هاي توربين تزريق مي‌شود.
توربين براي بالا بردن دور شافت و رساندن آن به مقدار لازم، مورد نياز است. دور لازم منظور دوري است كه موتور بتواند خود به خود وارد رژيم محاسبه‌اي شود.
ساخت موتور RD-107 و RD-108 نقش مهم در گسترش فن موشك سازي و صنعت فضايي ايفا كرد. اين موتورهاي خيلي مطمئن هستند و تا به امروز استفاده مي‌شوند.
از نقطه نظر فن موشكي و انتظاراتي كه امروزه از موتورهاي مي‌رود، كاربرد سوخت سوم براي چرخش توربين نمي‌تواند به عنوان بهترين راه حل محسوب شود. چون كه اولا، سوخت سومي كه پيوند ضعيف داشته باشد(مانند آب‌اكسيژنه) خدمات زمين را خيلي مشكل مي‌كند ثانيا انرژي آزاد شده در اثر تجزيه آب اكسيژنه 80%، خيلي كم‌تر از آنچه هست كه احتراق سوخت و اكسيد كننده اصلي ايجاد مي‌كند.
قبل از هر چيز به نظر مي‌رسد كه بايد غلظت آب‌اكسيژنه را افزايش داد. اما همه اين‌ها به سادگي قابل انجام نيست. محصولات تجزيه شده آب‌اكسيژنه خالص حرارتي بالاتر از 1000درجه دارد كه فاصله‌هاي تنگ و باريك بين پره‌هاي توربين در برابر اين حرارت بايد مقاومت كند. در خصوص توليد آب‌اكسيژنه با غلظت بالاتر در همين اواخر موفقيت‌هاي نسبي حاصل شده است. از آب غني شده مقدار كمي آب‌اكسيژنه به دست مي‌آيد و در آب‌اكسيژنه نبايد هيچ گونه محلول ديگري وجود داشته باشد كه باعث تجزيه خود به خود آن شود.
بنابر اين براي رهايي از سوخت سوم به دلايل گفته شده، همان‌گونه كه قبلا در خصوص كاتاليزورهاي مايع گفته شد بايد تدابير لامز را انديشيد كه در اين حالت توربين با محصولات احتراق سوخت و اكسيد كننده اصلي بايد كار كند.
اما در اين جا و در بقيه موارد مشكل عايق حرارتي پره‌هاي توربين پابرجاست. اگر در خصوص بخار گاز به دست آمده از تجزيه آب‌اكسيژنه خالص، درجه حرارت بالايي داشته باشيم، در مورد محصولات احتراق سوخت و اكسيد كننده اصلي چه مي‌توان گفت،‌چون كه چند ثانيه بعد از شروع كار موتور، توربين و همراه با آن بقيه مجموعه موتور موشك به تلي از فلز داغ تبديل مي‌شود.
اجزيا سوخت و اكسيد كننده اصلي از مسير فشار بالا(پشت پمپ‌ها) گرفته مي‌شود و به يك رآكتور مخصوص با نسبت سوخت و يا اكسيد كننده غني شده تزريق مي‌شود، به طوري كه درجه حرارت گاز وارده به توربين از درجه حرارت مجاز بيشتر نباشد.
تركيب غني شده با سوخت از مسير فشار بالا به مولد گاز وارد مي‌شود و از آن‌جا به پره‌هاي توربين مي‌رسد، سپس از طريق مسير خروجي(اگزوز) خارج مي‌شود كه مقدار پيش‌ران كمي ايجاد مي‌كند. قسمتي از گاز به كار گرفته شده در توربين به سمت مخزن سوخت براي شارژ هدايت مي‌شود، اما در مسير، مقداري از حرارت به مبدل براي گازي كردن سيال هليوم موجود در بالن داده مي‌شود. اين بالن‌ها را در مخزن اكسيد كننده يعني جايي كه درجه حرارت آن پايين است،‌جاسازي مي‌كنند. به اين ترتيب موشك از سوخت سوم و حفاظت از آب‌اكسيژنه رهايي مي‌يابد. به عبارت ديگر توربوپمپ فقط با سوخت و اكسيد كننده اصلي كار مي‌كند.

 

[mahdi.adelinasab]

ادامه

ادامه

پرواضح است كه با صرف نظر كردن از آب‌اكسيژنه مي‌توان به سيستم تزريق با فشار بالاتري رسيد. در موتور RD-107 و RD-108 يك قدم بزرگ به جلو برداشته شد و براي شارژ مخازن سوخت و اكسيد كننده از تزريق ازت مايع به وسيله پمپ استفاده شد. پمپ شارژ ازت مايع را در موتورهاي ذكر شده بايد به عنوان يك موفقيت و شانس طراحي شمرد، چرا كه براي شارژ آب‌اكسيژنه نيز پمپي با گيربكس لازم نصب شده است. بنابراين مي‌توان در اين بلوك يك پمپ ديگر براي شارژ ازت نصب كرد.
در اين‌جا به بحث امكان‌پذيري افزايش فشار در محفظه احتراق بر مي‌گرديم. افزايش فشار در محفظه احتراق با افزايش فشار تزريق امكان‌پذير است. براي رسيدن به اين هدف بايد دور پمپ‌ها را افزايش داد اما تعداددور با ايجاد كاويتاسيون محدود مي‌شود و اگر تاكنون مشكل رسيدن به فشار مناسب براي شارژ مخازن مطرح بود، اكنون بحث افزايش فشار شارژ ورودي به پمپ مطرح مي‌شود. براي موشك‌هاي فضايي بزرگ با مخازن سوخت و اكسيد كننده با حجم بالا، در اثر يك افزايش كوچك فشار شارژ با افزايش قابل ملاحظه وزن مخازن و وزن فرايند كاري روبه‌رو مي‌شويم. فشار شارژ را در ورود به پمپ نه تنها بايد افزايش داد بلكه بايد عملا در حداقل سطحي نگه داشت كه شرايط عدم ايجعاد كاويتاسيون و همچنين پايداري مخازن در برابر نيروي فشاري محوري تامين شود. مطلب بعدي نصب پمپ‌هاي كمكي دور پايين براي تامين فشار لازم و كار مطمئن پمپ‌هاي اصلي سيستم تزريق است. منطق جالبي براي گسترش و بسط سيستم تزريق بررسي شد: از سيستم مكشي به توربوپمپي و از توربوپمپي به سيستم تركيبي كه قبل از پمپ اصلي پمپ‌هاي كمكي اوليه نصب مي‌شود.
پمپ‌هاي كمكي به نام پمپ‌هاي اوليه نام‌گذاري شده است. اين اسم‌گذاري منطقي است جرا كه به پمپ‌هايي اطلاق مي‌شود كه قبل از پمپ اصلي نصب شده است و معمولا محودر طويلي با آن دارد. پمپ‌هاي كمكي نصب شده در خروجي مخازن سوخت و اكسيد كننده را معمولا بوستر مي‌نامند. پمپ بوستريداراي دور به نسبت پايين (به جهت دوري از كاويتاسيون) و فشار خروجي در حد 10-15كيلوگرم نيرو بر سانتي‌مترمربع را توليد مي‌كند. براي جرخش پمپ‌هاي بوستري، توربين‌گازي و مولد گاز مورد نياز نيست. مي‌توان از خاصيت هيدروليك استفاده كرد. سيال عامل از خط و وارد توربين هيدروليكي مي‌شود، سپس سيال به مسير فشار پاسين عودت داده مي‌شود و مجددا به پمپ وارد مي‌گردد.
وظيفه پمپ بوستري را پمپ‌هاي اژكتوري نيز مي‌تواند انجام دهند. قسمتي از سوخت و اكسيد كننده از خط فشار بالاي P3 به سوراخ‌هاي اژكتور هدايت مي‌شود و در جريان اصلي خروجي افزيش فشار P2 در ورد به پمپ اصلي تزريق را خواهيم داشت. پمپ اژكتور ساده و مطمئن است و راندمان پايين آن مشكلي ايجاد نمي‌كند چون اتلاف و تبديل انرژي به حرارت در نهايت به محفظه احتراق بر مي‌گردد.
امروزه توأم با افزاي فشار در محفظه احتراق موتور موشك سوخت مايع، پمپ‌هاي بوستري، قسمت تفكيك ناپذير سيستم تزريق توربوپمپي است. اگر به خواهيم در خصوص ويژگي‌هاي سيستم تزريق در موتورهاي پيشرفته امروزي صحبت كنيم، نبايد هيدروژن مايع را فراموش كنيم.
هيدروژن مايع دانسيته كمي دارد(71%گرم بر سانتي‌متر مكعب) و همان‌طور كه از رابطه 1-3 پيداست، با كاهش دانسيته براي رسيدن به فشار بالاي تزريق لازم است كه سرعت محيطي را افزايش داد. اما u2 متناسبب با تنش به وجود آمده در لبه پره‌هاست كه با افزايش u مقدار بحراني تنش نزديك مي‌شويم. بنابراين براي موتورهاي هيروژني- اكسيژني از پمپ‌هاي چند طبقه‌اي استفاده مي‌شود. چنين تفكيكي براي توربوپمپ‌ها به جهت اختلاف فاحش در وزن مخصوص سوخت و اكسيد كننده و تفاوت شاخص‌هاي اپتيمم آن‌ها انتخاب مي‌شود. به رغم مشكل تفكيك توربوپمپ‌ها از يكديگر، امكان كنترل دقيق نسبت اكسيد كننده به سوخت و در بعضي حالات را حتي در تركيب سوخت و اكسيد كننده را فراهم مي‌كند.
پمپ‌هاي چند طبقه‌اي فقط براي هيدروژن استفاده نمي شود. در كنترل تزريق سوخت و اكسيد كننده بايد يك ذخيره فشاري كافي روي رگولاتور داشته باشيم و براي تامين اين فشار به خصوص در محفظه‌هاي فشار بالا، طبقات اضافي در پمپ و بعضي اوقات محرك‌هاي مختلف مورد نياز است.
در اين سيستم گاز از توربين با سرعت نسبتا كمي خارج و به دليل عدم احتراق كامل، به صورت غني به مولد گاز وارد مي‌شود. لازم به ذكر است كه در اين حالت به علت كامل نبودن احتراق، افت انرژي داريم كه به خصوص با افزايش فشار در محفظة احتراق و افزايش جر‌م گاز براي توربين محسوس است.
اگر گاز خروچي از توربين مجددا به محفظه احتراق موتور براي احتراق مجدد هدايت شود، در اين صورت افت‌ها كاملا از بين‌ خواهد رفت. چنين سيستم تزريق سيستم بسته ناميده مي‌شود و مجموعه چنين موتوري به اسم موتور موشك سوخت مايع با احتراق مجدد ناميده مي‌شود. در زمان حال سيستم تزريق بسته پيشرفته‌تر است و بر اساس آن موتورهاي جديد زيادي كه با سوخت واكسيد كننده‌هاي متفاوتي كار مي‌كنند، ساخته مي‌شود.

 

[mahdi.adelinasab]

محفظه احتراق

محفظه احتراق

محفظه احتراق موتور مشابه سيستم تزريق، مسير طولاني در گسترش و تكامل تدريجي فني را گذرانده است و بررسي تاريخچه طراحي آن خسته كننده است. اما بررسي امكانات تكنولوژي و از طرفي كامل بودن احتراق سوخت و اكسيد كننده و شرايط عايق حرارتي لازم و مفيد است.
براي همه محفة‌ها در اصل خطوط كلي مشخص كننده، مشابه است. در ابتداي محفظه صفحه انژكتور نصب مي‌شود. وظيفه آن آماده سازي سوخت و اكسيد كننده براي احتراق و ايجاد مخلوط سوخت و اكسيدكننده يا به عبارت ديگر تامين اختلاط مناسب است. در محفظه احتراق انرژي حرارتي توليد مي‌شود و محصولات احتراق ابتدا از قسمت همگراي نازل، سپس از قسمت واگراي آن عبور مي‌كند. اين كه همگرايي چقدر بايد باشد و اين كه حجم محفظه احتراق مناسب چيست، همه اين‌ها سئوالاتي است كه بعدا زماني كه در خصوص ويژگي‌هاي احتراق و جريان بحث مي‌كنيم، بررسي خواهد شد.
درجه حرارت بالاي محصولات احتراق، لزوم فرايند خنك‌كاري را بيان مي‌كند. اين مشكل خيلي ظريف است و محاسبات دقيق و همچنين بررسي دقيق رژيم تزريق را مي‌طلبد. ما فعلا فقط اصول كلي را بررسي مي‌كنيم. مقدار حرارت اصلي(سوخت و يا كسيد كننده) گرفته مي‌شود. بدين جهت محفظه احتراق دو جداره ساخته مي‌شود و عنصر خنك كننده به طور مستقيم به صفحه انژكتور وارد نمي‌شود، بلكه ابتدا به كلكتور نازل وارد مي‌شود و از آن‌جا در جهت خلاف جريان به انژكتورها هدايت مي‌شود كه مقدار لامز حرارت را از ديواره داخلي جذب مي‌كند.
اين مشكلات در محفظه‌هاي احتراق حل شده است. آن‌ها در سالهاي دراز بدون تغيير مانده‌اند، اما راه حل‌هاي مناسب سال به سال تغيير مي‌كند. بدين جهت محفظه احتراق يك‌سازه ظريف و دقيق توام با هنر خاص طراحي باقي مانده است.
هم‌اكنون محفظه موتور v-2 در مقايسه با نمونه‌هاي جديد، مشابه يك عتيقه است كه ارزش نگهداري در موزه‌هاي صنعتي را دارد. سازه آن از فولاد و با جوشكاري ساخته شده و خيلي بزرگ و سنگين است. در اين محفظه براي قابليت اعتماد بيشتر فرايند اختلاط، چند عدد محفظه نيم‌كروي كوچك نصب شده است. احتراق از اين محفظه‌هاي كوچك شروع مي‌شود و در محفة احتراق اصلي خاتمه مي‌يابد. سازه آن پيچيده است و مهم‌تر اين كه از ديدگاه تكنولوژي مناسب نيست. در محفظه‌هاي امروزي معمولا از صفحه انژكتورهاي تخت استفاده مي‌شود كه در آن‌ها به راحتي و به سادگي چند صد انژكتور نصب مي‌شود كه تامين كننده جريان حرارتي يكنواخت در طول محفظة احتراق استوانه‌اي است. همچنين ساخت محفظه احتراق استوانه‌اي خيلي راحت‌تر است.
هنگام طراحي محفظه احتراق بايد مقاومت و پايداري پوسته در برابر تنش‌هاي حرارتي داخلي را در نظر گرفت. پوسته داخلي تحت فشار خارجي اضافي اعمالي قرار دارد و اگر تدابير خاصي براي آن در نظر گرفته نشود، ممكن است پايداري خود را از دست بدهد. همان طوري كه از درس مقاومت مصالح مي‌دانيم براي اين كه تنش بحراني را افزايش دهيم، بايد سختي پوسته را در خمش افزايش دهيم. به عبارت ديگر بايد در اين حالت ضخامت پوسته را افزايش داد. اما پوسته نه فقط تحت بار است، بلكه همان‌طور كه مي‌دانيد به شدت از داخل گرم مي‌شود. درجه حرارت ديواره به شدت تابعي از مقاومت حرارتي است كه با افزايش ضخامت پوسته افزايش مي‌يابد(اين مطلب در ادامه با محسابات تاييد مي‌شود). اين بدين معني است كه براي پوسته‌هاي صخيم‌تر خطر داغ برداشتن محلي بيشتر است كه در نتيجه ذوب مي‌شود. در صخامت‌هاي كم، پوسته قابليت تحمل فشار اضافي خارجي را ندارد.
راه حل واحد براي ضد و نقيض ايجاد شده، اتصال دو پوسته به يكديگر است. پوسته جداره خارجي تحمل بارهاي حرارتي وارده از گاز را ندارد و بايد بارهاي نيروي اصلي را تحمل كند و پوسته داخلي كه در يكسري نقاط با پوسته خارجي متصل است، انتقال دهنده نيرو است. در نتيجه پوسته را بايد از موادي ساخت كه هادي حرارتي خوبي باشد، و در عين حال پايداري حرارتي خوبي نيز داشته باشد و ضخامت آن هم در حد امكان كم باشد.
چنين راه حلي براي مشكل خنك‌كاري از خيلي قبل بررسي شده بود، اما براي انجام آن مدت‌ها امكان تكنولوژي لازم موجود نبود.
از جمله در محفظه احتراق موتور موشك v-2 از نظر سازه‌اي هيچ شباهتي به موتورهاي موشك امروزي ندارد . پوسته داخلي فولادي با صحامت به نسبت زياد است و در چندين نقطه دور از يكديگر به صورت حلقه‌اي با سوراخ‌هايي براي عبور سيال خنك كننده(الكل اتيليك) به پوسته خارجي متصل شده است. در اين سازه ضخامت ديواره خنك شونده در محل اتصال زياد است و خنك‌كاري غير مؤثر است و به رغم تدابير انديشيده شده، مجبور به كم كردن غلظت الكل تا 75% شده‌اند. در نتيجه علل ذكر شده شبيه به چگونگي اتصال پوسته و غيره، افت چند ده واحد از ضربه مخصوص پيش‌ران را داريم.
در حال حاضر، طراحان، روش‌هاي متعددي را كه تقريبا شبيه به يكديگر است، براي اتصال پوسته‌ها به كار گرفته‌اند.
در روش اول، اتصال پوسته‌ها به كمك يك ورقه نازك صورت مي‌گيرد. روش دوم بدين صورت است كه پوسته داخلي كه با گاز داغ در تماس است، از يك ورقه نازك با پره‌هاي طولي فرز شده ساخته مي‌شود. سومين روش به نحوي است كه ناحيه محفظه احتراق از مجموعه‌اي با لولههاي نازك به شكل خاص فرم داده شده تشكيل شده است. در همه اين طرح‌ها، ضخامت المان‌هاي مقاوم حرارتي خيلي زياد نيست و در حد چند دهم ميلي‌,تر است و فاصله آزادعبور(گام) جريان كه تحت اثر فشار خارجي است، در جد 3 الي 4 ميلي‌متر انتخاب مي‌شود. جنس پوسته داخلي از مس يا برنز است. پوسته خارجي از فولاد ساخته مي‌شود. در پوسته خارجي نازل براي تحمل بارهاي نيرويي، رينگ‌هايي(حلقه‌هايي) براي محكم شدن نصب مي‌شود.
چون صخامت ديواره خنك شونده خيلي زياد نيست و جنس آن از سري مواد هادي حرارت است، مقاومت حرارتي ديواره خيلي كم است،‌بنابراين حرارت تا نقطه ذوببالا نمي‌رود و سيستم خنك‌كاري حتي با چنين فلز سبكي مانند مس به خوبي و كاملا مناسب كار مي‌كند. براي اتصال پوسته‌ها و شبكه‌ها(كاريگيت‌ها) به يكديگر از بريز در خلاء با فويل‌هاي به نسبت كنترل دقيق و فيكسچرهاي خاصي براي توليد لازم دارد. تكنولوژي آماده سازي قطعه نيمه خام كه بعدا از آن شبكه‌ها به يكديگر مونتار خواهند شد فرايند كاري پيچيده‌اي دارد و با فرم دهي تحت فشار بالاي داخلي در پرس‌هاي مخصوص انجام مي‌پذيرد.
انتخاب روش مناسب خنك‌كاري بر حسب امكانات فني و تجربيات كسب شده است، اما اساس كار بر مبناي راح حل اپتيمم، مسايل حرارتي، انرژيتيكي و مقاومت مصالح است.
شدت دريافت حرارت از گازهاي داغ وارده بر ديوراه در طول محور محفظه متغير است. بيشترين مقدار حرارت به ديوراه در ناحيه تنگ آن كه به نام مقطع بحراني ناميده مي‌شود، وارد مي‌گردد و كم‌ترين مقدار آن در مقطع خروجي اعمال مي‌شود. در طول محور محفظه احتراق همچنين فشار گاز به شدت تغيير مي‌كند كه بيشترين مقدار در محفظه احتراق و كم‌ترين مقدار آن در مقطع خروجي نازل است. بر طبق تغييرات پارامترهاي حرارتي جريان گاز، بايد سطح مقطع عبور جريان سيال خنك‌كاري متغير باشد و طراحي سيستم خنك‌كاري در مجموع، به خصوص براي محفظه‌هاي احتراق بزرگ خاص است و براي نازل و قسمت محفظه متفاوت است.
براي نازل‌هاي با نسبت انبساط بزرگ در موتورهاي فضايي كه در خلاء كار مي‌كنند، مي‌توان از خنك‌كاري آن صرف نظر كرد، چون كه بار حرارتي نسبتا زياد نيست و خنك‌كاري به صورت تشعشع انجام مي‌شود. سوخت يا اكسيد كننده خنك كننده در چنين حالاتي به كلكتور كه در فاصله دوري از انتهاي نازل قرار دارد، وارد مي‌شود. در اين صورت طول مسير خنك‌كاري كاهش مي‌يابد و افت‌هاي هيدروليكي نيز كم مي‌شود. خنك‌كاري محفظه‌هاي احتراق از مسايل ظريف مهندسي است و انتخاب و طراحي مجراي خنك كننده، تنها روش واحد براي كاهش درجه حرارت ديواره محفظه احتراق نيست.

 

[mahdi.adelinasab]

المان‌هاي آرماتور

المان‌هاي آرماتور

شماي المان‌هاي كنترلي موتور خيلي شبيه به طرح‌هاي الكترونيكي است كه در اين‌جا به جاي مقاومت، خازن‌ها، ديودها و ترانزيستورها از لوله‌ها، مقاومت‌هاي هيدروليكي، رداكتورها(فشار شكن‌ها)، شيرها، ديافراگم‌هاي برشي، رگولاتور دبي جرمي و المان‌هاي ديگر استفاده مي‌شود.
المان‌هاي آرماتوري با توجه به مفهوم خاص آن منحصر به فرد است و هر كدام قابليت كاربردي خاصي دارند.
اكثر آرمارتورهاي الكتروپنوماتيك موشك استاندارد شده است. تعداد زيادي از المان‌ها از جمله لوله‌ها، مهره‌ها، رزوه‌ها، اتصالات و بعضي ازانواع شيرها استاندارد است، اما براي همه عناصر به كار رفته و نسبتا پيچيده، ارائه استاندارد قابل اعتماد براي اتصالات و آب‌بندي‌ها عملي نيست و با توجه به هر موتور خاص و وظيفه مشخص، تحت مشخصه‌هاي مفروض تهيه مي‌شود.
در مقايسه با تعداد زيادي از مسايل موجود در فن موشك‌سازي، تكنولوژي آرماتور ساده‌تر و ملموس‌تر به نظر مي‌رسد. پس از انتخاب روش‌هاي مناسب تزريق سوخت و اصول خنك‌كاري محفظه احتراق، مسايل باقي‌مانده ساده‌تر است و تنها كافيست كه مشكلات مربوط به تزريق اسمي، استارت موتور، سپس قطع آن را بررسي كرد. عملا فن آرماتوري شبيهبه هيدروليك است و قديمي شده است. اين فن همزمان با توليد اولين لوله‌هاي انتقال آب ايجاد شد و همراه با ساخت ماشين بخار و مبدل‌هاي آبي توسعه يافت. شيرها، مونتاژ مهره‌ و اتصالات، آب‌بندها، پيچش مواد وري رزوه و بسياري از موارد ديگر امروزه براي همگان روشن و شناخته شده است، اما در صنعت موشك‌سازي عدم دقت كافي يا بي‌تفاوتي هزينه گران و سنگيني را به دنبال دارد. در شرايط كاري براي تامين قابليت اعتماد و صحت آرماتور،‌شرايط خاصي اعمال مي‌شود. بنابراين در صنعت موشك‌سازي فن آرماتور موتور نيز سح بالايي پيدا كرده است.
مونتاژ كلي آرماتورها و لوله‌هاي موتور موشك سوخت مايع، امروزه مشخصه خاصي در فضاي موجو.د موتور دارد. ترسيم نقشه مونتاژ فني و اندازه‌گذاري نواحي اتصال در چنين فضاي پيچيده‌اي خيلي مشكل است و تعداد نقشه‌ها و برش‌هاي زياد نيز در مقاطع خاص كفايت نمي‌كند.
بنابراين در توليد و ساخت موتور، علاوه بر مدارك فني و نقشه‌هاي تهيه شده به وسيله كامپيوتر، همان‌گونه كه در صنعت هواپيما‌سازي نيز مرسوم است، ماكت موتور اصلي و نمونه لوله‌هاي خميده مورد استفاده در موتور نيز ساخته مي‌شود.
هنگام ساخت اشكال پيچيده لوله‌ها همواره نمي‌توان به طور دقيق آن‌ها را طبق نقشه ساخت كه اين مطلب مشكلاتي را در هنگام مونتاژ ايجاد مي‌كند. براي لوله‌هاي با قطكم و طول به نسبت بلند، مي‌تتوان در محل مونتاژ خميدگي لازم را ايجاد كرد و فلانژهاي اتصالي با كيفيت خوبي عمل مي‌كنند، اما براي لوله‌هاي با قطر بزرگ چنين كاري غير ممكن است. بنابراين لوله‌هايي با قطر بيشتر، الزاما از الماني‌هاي الاستيك خمشي استفاده مي‌شسود. در مسيرهاي فشار بالا،سليفون به وسيلهرينگ‌هاي فرزي تقويت مي‌شود كه در قسمت فرورفتگي آن نصب مي‌شود. علاوه بر آن سطح سيلفون با رزين صخيم پوشيده مي‌گردد. در موارد خاص از شلنگ‌هاي فلزي الاستيك استفاده مي‌شود. سطح رويي اين شلنگ‌هابا رزي و نوار فلزي پوشيده مي‌شود و كاربرد آن‌ها در حين مونتاژ بسيار راحت است.
شماي كلي مسيرهاي ارتباطي موتور را، شماي پنوماتيك-هيدروليك مي‌ناميم. اما از نظر فني اين عبارت كامل نيست و بايد به آن پيشوند الكترو يا پيرو را اضافه كرد. المان‌هاي كنترلي موشك و از جمله موتور، كاملا الكتريكي است و براي استارت موتور و قطع سوخت و اكسيد كننده و براي انجام بسياري از فرمان‌هاي يك بار استفاده شونده، از نوع انفجاري استفاده مي‌شود.
شبكه كابل‌هاي الكتريكي خط اصلي ارتباطات موشك به مجموعه باتري‌هايي متصل شده است كه اين مجموعه به ترتيب فرمان‌هاي استارت، باز و بسته شدن شيرها را براي تنظيم شارژ گاز فشرده شده و ارسال سوخت و اكسيد كننده انجام مي‌دهد. علاوه بر آن كابل‌هاي الكتريكي وظيفه تغذيه سيستم‌هاي انتقال قدرت الكتريكي را به عهده دارند. از سوخت‌هاي انفحاري به عنوان چشمه انرژي يكبار استفاده شونده براي تغيير وضعيت شيرها از يك حالت به حالت ديگر استفاده مي‌شود. سيستم پنوماتيك وظيفه كمكي شارژ مخزن‌ها، تزريق سوخت واكسيد كننده كمكي را در حالتي كه به علت عدم توان كم سروالكتريك‌ها درست كار نمي‌كنند، به عهده دارد.
در نهايت جريان سوخت واكسيد كننده اصلي به محفظه احتراق و مولد گاز وارد مي‌شود.
سيستم پنوماتيك المان‌هاي كنترلي مخازن فشار بالا به وسيله رداكتور تغدي مي‌شود. از نظر سازه‌اي رداكتور را مي‌توان مشابه يك شير در نظر گرفت كه شمال فنر است. نيريو فنر به شير وارد مي‌شود و در نتيجه گاز به ناحيه فشار پايي اعمال مي‌گردد. هنگام مصرف گاز با دبي ثابت،‌شير در موقعيت تعادل قرار دارد. نيروي اعمالي از فنرها و نيروي حاصل از فشار گاز در ديافراگم در حالت تعادل قرار دارد. اگر به دليلي دبي جرمي در مجموعه پنوماتيك افزايش يابد، فشار در ناحيه افت مي‌كند. بنابراين، نيريو اعمالي از طرف گاز به ديافراگم كاهش مي‌يابد. اين بدين معناست كه شير از مقطع دور شده و دبي جرمي از ناحيه فشار بالا افزايش مي‌يابد. اگر همچنين دبي جرمي به مجموعه كاهش يابد، شير بر اثر فنر نيم بسته مي‌شود. تنمظيم رداكتور در فشار مورد نظر به كمك نيروي اوليه در فنر، به وسيله مهره صورت مي‌گيرد. براي تنظيم شارژ گاز فشرده، از شيرهاي كنترلي با سروهاي الكترو مغناطيسي استفاده مي‌شود كه قابليت شارژ يا قطع تزريق گاز را با سيگنال الكتريكي دارد.
سيگنال كنترلي جريان ثابت به ناحيه الكترومغناطيسي اعمال گرديده است به طوري كه باعث حركت محوري به سمت پايين المان مي‌شود و در نتيجهشير بالايي و پاييني حركت مي‌كند و نيروي كنترلي يكساني را از طرف گاز متراكم تحمل مي‌كند. بدين صورت نيروي حاصل از الكترومغناطيسي فقط در فنر جمع مي‌شود.
زماني كه شير پاييني رها مي‌شود، رابط ورودي با خروجي متصل مي‌شود و گاز به مصرف كننده مي‌رسد. در اين حالت شير بالايي، عبور گاز رذا به طرف سوراخ تخليه قطع مي‌كند. زماني كه جريان قطع شد، تحت اثر فنر شيرها به سمت بالا حركت مي‌كنند، شارژ گاز قطع مي‌شود و فشار باقي مانده پشت شير از طريق سوراخ تخليه مي‌شود.
فشار مجموعه پنوماتيكي براي كنترل شيرهاي هيدروليكي، در حالت‌هايي كه نيروي كنترلي زيادي مورد نياز است،‌استفاده مي‌شود.
در بين مجموعه‌هاي كنترلي سوخت و اكسيد كننده، ديافراگم‌هاي جدا كننده برشي جايگاه ويژه‌اي دارند. پيدايش آن‌ها منوط به تجهيزات يكبار عمل كننده و كاربردي در مصارف نظامي است. مشابه المان‌هاي آرماتوري، ديافراگم‌ها به جهت سادگي و آب‌بندي مطمئن توجه خاصي را به خود جلب كرده‌اند.
دو نوع ديافراگم از نوع برش آزاد و اجباري داريم. ديافراگم‌ها با توجه به فشار برش مشخص انتخاب مي‌شوند. اين انتخاب در نتيجه كار تجربي و فني طولاني قابل حصول است.
اين فشار برش تامين كننده مي‌نيمم پراكندگي مجاز فشار برش در محدوده يك بچ(پارتي) توليدي است. براي ساخت چنين ديافراگم‌هايي از پلاستيك‌هاي نرم و آلومينيوم استفاده مي‌شود. براي اينكه برش در محل معين به طور مناسب صورت بگيرد، ديافراگم به تجهيزات خاصي مجهز مي‌شود. معمولا بعد از عملكرد، قسمت‌هايي از ديافراگم در مسير حركت نمي‌كند، فقط خمش پيدا مي‌كند و به ديوراه‌هاي لوله فشرده ميشود.
فرق ديافراگم‌هاي برش اجباري با ديافراگم‌هاي آزاد در اين است كه ديافراگم‌هاي برش اجباري تحت يك فرمان فشاري عمل نمي‌كنند، بلكه در لحظه اعمال سيگنال عمل مي‌كنند و از نخ‌هاي افروخته شده سوخت انفجاري درست مي‌شوند و در جهت جريان پاره مي‌شوند.
بايد توجه داشت كه تزريق مستقيم گاز داع به ناحيه پر شسده از سيال هميشه مقبول و عملي نيست. بنابراين درلوله‌هاي سوخت واكسيد كننده با قطر بالا، ديافراگم استارت شير به صورت پيچيده‌ترنشان داده شده است، ساخته مي‌شود. زماني كه تزريق سوخت واكسيد كننده انجام شد، گاز گرم از گرين انفجاري از طريق رابط و سوراخ به ديافراگم فلزي خم شونده كه با سيال هيچ‌گونه تماسي ندارد، وارد مي‌شود.
نيروهاي محوري ايجاد شده باعث برش پين‌هاي فيكس شده 4 و چاقوي 5 مي‌شود كه با حركت پوسته8، ديافراگم جدا كننده 6 در محيط بريده مي‌شود. اما لبه برنده چاقو، يك دايره كامل را ايجاد نمي‌كندو در ديافراگم قسمت نيم بريده باقي مي‌ماند. بنابراين روي ديافراگم قسمتي باقي مانده است كه چاقو(كاتر) روي آن اثر نمي‌كند و از اين محل ديافراگم خم مي‌شود. براي قابليت اعتماد زياد براي ان كه مشكلي در ديافراگم نباشد، در محل ذكر شده يك پله به شكل كماني از دايره ايجاد مي‌شود.
شيرهاي ديافراگمي فقط براي باز كردن مسيرها كاربرد دارد. جهت بستن مسيرها، شيرهاي قطع مورد نياز است. براي قطع مسيرهاي اصلي سوخت و اكسيدكننده، اين شيرها قبل از صفحه انژكتور موتور نصب مي‌شوند و با فرمان اصلي قطع، عمل مي‌كنند(بدين جهت آنها را شيرهاي اصلي مي‌نامند).
اما شيرهاي اصلي معمولا فقط وظيفه قطع را به عهده ندارد. بريا تعداد زيادي از موتورها، به خصوص موتورهاي چندبار استفاده شونده، وظيفه رژيم استارت نيز به عهده اين شيرهاست. چون در حين قطع سوخت و اكسيدكننده، توربين و پمپ‌ها هنوز به جهت اينرسي كه دارند، به چرخش ادامه مي‌دهند، بنابراين فشار سيال قبل از شيرهاي قطع به شدت افزايش مي‌يابد، بنابراين در خيلي حالات در سيستم‌هيدروليكي مسير(جداگانه‌اي) در نظر گرفته مي‌شود. سوخت واكسيد كننده بعد از قطع از شير قطع به سمت عقب، به مسير با فشار كم بر مي‌گردد . مجددا وارد پمپ مي‌شود. قطع شارژ سوخت و اكسيد كننده از محفظه به اين مسير(جداگانه) در همان شير اصلي انجام مي‌گردد.
ساده‌ترين شماي سازه‌اي شير اصلي- شماي كفي- نشيمن‌گاه است. روي دسته اين كفي يك فنر نصب مي‌شود كه نيروي آن در جهت مقابل جريال سيال است و پيش فشردگي با فشار معين روي آن گذاشته مي‌شود(فشار بيشتر يعني دبي بيشتر). براي بستن و باز كردن شيرها معمولا از سروپيستونپنوماتيكي استفاده ميشود. المان‌هاي آرماتور ذكر شده و گاه بررسي شسده در اصل كاملا ساده‌اند و قابليت اعتماد بالايي دارند. اما برسي ساختاري المان‌هاي كنترلي،‌ممكن است به مراتب مشكل‌تر باشد. اما اصول عملكرد آن‌ها را همراه با شماي كنترلي موتور مي‌توان بررسي كرد.

 

[mahdi.adelinasab]

كنترل پيش‌ران (نيروي جلوبرنده)موتور

كنترل پيش‌ران (نيروي جلوبرنده)موتور

مشخصه‌هاي موتور موشك بايد تكرار پذير باشد. با تست يك موتور، دومي، سومي و غيره . . .، ما بايد در يك رژيم براي همه موتورهاي همان مقدار پيش‌ران را به دست‌آوريم.
اما در عمل و همچنين در تست‌هاي استند و تست‌هاي پروازي، اين شرط با دقت لازم برآورده نمي‌شود. براي اين مشكل مجموعه‌اي از علت‌ها وجود دارد: شرايطساخت موتور، ويژگي‌هاي توليدذ سوخت و اكسيدكننده، شرايط درجه حرارتي هنگام استارت و بسيراي پارامترهاي ديگر. انحراف پيش‌ران از مقدار نامي و همين‌طور نرسيدن به شاخص‌هاي وزني نرمال موشك باعث مي‌شود كه سرعت موشك در پايان بخش فعال با مقدار اسمي محاسبه‌اي تفاوت داشته باشد.مساله كنترل بدين صورت انجام مي‌شود كه تعقيب كننده پيش‌ران در كل ناحيه فعال و جبران كننده انحراف پارامترهاي حركتموشك از مقدار اسمي باشد. در نتيجه،‌كنترل پيش‌ران در ارتباط تنگاتنگي با مساله دقت هدايت است.
در مورد روش‌هاي هدايت در جاي خود گفت و گو خواهد شد. اكنون ما بايد روشن كنيم كه چگونه سيستم كنترل بايد به مجموعه به شكل كلي شماي پنوماتيك هيدروليكي موتور اضافه شود.
كاملا مشهود است كه تغييرات پيش‌ران به كمك تغيير دبي جرمي سوخت و همچنين اكسيد كننده امكان‌پذير است. بنابراين، يك بعد مفيد ديگر كنترل مشاهده مي‌شود. اگر در فرايند بخش فعال هدايت فقط سرعت و پيش‌ران را تعقيب نكنيم. و همزان به دنبال مقدار ذخيره باقي مانده سوخت واكسيدكننده نيز باشيم، در نتيجه مي‌تانيم امكان كنترل سوخت واكسيدكننده باقي مانده در باك‌ها را دست‌آوريم، و اين در حقيقت امكان كم كردن مقدار ذخيره سوخت تضميني و همچنين بهبود شاخص‌هاي وزني موشك را مي‌دهد.
اساس روش كنترل فوق در اين حقيقت نهفته است كه به كمك انرژي كم بتوان توان‌هاي زيادذ راك نترل كرد.
اين اصل براساس كنترل پيش‌ران به كمك تغيير تعداد دورتوربين است. اگر دبي جرمي سوخت و اسكيد كننده وارد شده به مولد گاز تغيير يابد،دبي جرمي سوخت و اكسيدكننده وراد به محفظه احتراق تغيير مي‌يابد. بنابراين دبي جرمي‌هاي زياد به وسيله دبي جرمي‌هاي كم كنترل مي‌شود.
براي مخلوط سوخت و اكسيد كننده شارژ شده به مولدذ گاز، غني بودن يكي از آن‌ها مشخص كننده است. اگر مقدار بيشتري اكسيد كننده از مقدار مورد نياز براي احتراق كامل مخلوط، شارژ شود، مخلوط را ترش و مطالق با آن مولد گاز را اكسيدي(غني با اكسيد كننده) مي‌نامند. اگر همچنين به مخلوط، سوخت اضافي وراد شود، مولد گاز غني با سوخت خواهيم داشت. در زبان فني نيز ممكن است اصطلاح مخلوط شيرين و ترش شنيده شود.
مقدار حرارت ايجاد شده در مولد گاز هنگامي كه غني با يكي از عناصر سوخت و يا اكسيد كننده كار مي‌كند، با توجه به مقدار اين اضافه تعيين مي‌شود. شارژ مقدار بيشتر و يا كم‌تر، به راحتي توان توربين را تغيير مي‌دهد. بنابراين درحالت غني با اكسيد كننده لازم است كه مقدار سوخت شارژ شده را كنترل كرد و در حالت غني با سوخت، مقدار اكسيد كننده رابايد كنترل كرد. اين ساده‌ترين روش است، اما هميشه بهترين روش نيست. افزايش راژ يكي از عناصر(سوخت يا اكسيدكننده) باعث افزايش درجه حرارت مي‌شود كه با مقاومت پره توربين محدود مي‌گردد. بنابراين پيشنهاد مي‌شود كه به طور همزمان هر دوي سوخت و اكسيدكننده تغيير كند و نسبت ثابت بماند. در اين صورتا مقدار انرژ توليد شده در مولد گاز متناسب با تزريق خواهد بود و چون تركيب شيميايي محصولات احتراق ثابت مي‌ماند. در نتيجه درجه حرارت سيال عامل نيزثابت مي‌ماند.
هنگام انتخاب بين اسيدي يا غني با سوخت، ملاك وابسته به طرح كلي موتاور و خواص فيزيكي شيميايي سوخت و اكسيدكننده است. از جمله براي موتور با سيكل باز مخلوط غني با سوخت ترجيح داده مي‌شود. در نتيجه بالاتر بودن ظرفيت حرارتي سيال عامل وارد شده به توربين،‌در درجه حرارت مورد نظر، قابليت كاري بيشتر و تلفات ضربه ويژه خروجي از اگزوز بعد از توربين نسبت به مخلوط اسيدي كم‌تر خواهد بود. در انتخاب روش كنترل نقطه نظرهاي عملي نيز اثر مي‌گذارد كه مرتبط با تامين صددرصد قابليتكاري المان‌هاي آرماتوري در خط سوخت و اكسيد كننده با نقطه جوش بالا و در خطوط با نقطه جوش پايين است.
اگر پمپ‌هاي سوخت و اكسيد كننده، محرك جداگانه‌اي داشته باشد، به عبارت ديگر هر گدام با توربين خود كار كنند، كنترل دبي جرمي كل و نسبت اكسيدكننده به سوخت را به راحتي مي‌توان با تغيير دور توربين كنترل كرد. زماني كه محرك واحد داشته باشند(يك توربين براي هر دو پمپ)با تغيير تعداد دور مي‌توان فقط مجموع كلي دبي جرمي را كنترل كرد و در خصوص نسبت هر يك از دبي‌ جرمي‌ها نمي‌توان تدبيري انديشيد.
در اين حالت مدار كنترلي با شير اضافي كه روي يكي از مسيرهاي اكسيد كننده يا سوخت نصب مي‌شود، كنترل مي‌شود. اولويت و ترجيح انتخاب يكي از اين نمونه‌ها در وهله اول با توجه به ويژگي‌هاي سوخت و اكسيد كننده به كار برده شده صورت مي‌گيرد.
مولد گاز با سوخت و اكسيدكننده اصلي و غني با اكسيد كه از لوله‌هاي اصلي بعد از پمپ‌ها تغديه مي‌شود، كار مي‌كند. سوخت از طريق خط CBA و با عبور از رگولاتور دبي جرمي وارد مولد گاز مي‌شود. دبي جرمي سوخت در مسير اصلي به كمك يك اوريفيس اندازه‌گيري مي‌گردد. چون سطح مقطع اوريفيس ثابت است، دبي جرمي فقط تابعي از سرعت جريان است. توام با افزايش سرعت جريان، اخلاف فشار قبل و بعد از اوريفيس افزايش مي‌يابد. بنابراين رگولاتور داده‌هاي دبي جرمي را به شكل افت فشار دريافت مي‌كند و وظيفه آن تثبيت اين اختلاف فشار در دامنه مفروض است. اگر دبي جرمي در لوله سوخت به دليلي كاهش يابد، مطابق با آن اختلاف فشار مي‌افتد و رگولاتور مقدار سوخت تزريقي به مولد گاز را افزايش مي‌دهد. افزايش شارژ سوخت به مخلوطي كه از كسيد كننده اضافي انبوه شده است، باعي كامل شدن احتراق مي‌شود و انرژي سيال عامل وارد شده به توربين افزايش مي‌يابد و اين به نوبه خود باعث افزايش دور توربين و پمپ‌ها مي‌شود. در نتيجه آن مقدار سوخت و اكسيدكننده شارژ شده همزمان بيشتر مي‌گردد و اختلاف فشار دو سرا اورفيس ثابت مي‌شود. سيستم كنترل موشك بر حسب نياز مي‌تواند فرمان افزايش يا كاهش پيش‌ران را به موتور صادر كند.
براي اين منظور در رگولاتور دبي جرمي، تغييرات تنظيم بر اساس تغيير به كمك پيچ تنظيم و تغيير نيروي فشرده شده در فنر صورت مي‌گيرد.
فشار از طريق مغزي اعمال مي‌شود و فشار به مغزي اختلاف فشار، نيريو محوري روي پيستون ايجاد مي‌كند و بسته به پيش فشردگي اوليه فنر، سطح مقطع بين پيستون لبه بوش تغيير مي‌كند. در نتيجه دبي جرمي سوخت وارده به مولد گاز از طريق مغزي تغيير مي‌كند. با جرخاندن دسته از موقعيت مفروض، نيريو فنر تغيير مي‌يابد و رگولاتور در موقعيت جديد تنظيم مي‌شود. فيكس كننده تثبيت كننده موقعيت بست در وضعيت خود است كه فقط در زمان نگهداري و حمل و نقل مورد نياز است. فعلا ما فقط در خصوص تغيير دبي جرمبي سوخت و اكسيدكننده صحبت كرديم. براي اين كه نسبت اكسيد كننده به سوخت را بتوان در يك سطح معين نگه داشت، در مسير لوله‌هاي سوخت، شير نصب مي‌شود كه تغيير دهنده سطح مقطع مسير است. اين عمل به كمك المان صروت مي‌گيرد كه در تغيير مكان محوري، دريچه واقع شده در استكان را مسدود مي‌كند. اين دريچه به صورتي شكل داده شده است كه بين زاويه چرخش محور و دبي جرمي عبور از شير،‌رابطه تقريبا خطي و جود داشته باشد، كه در كنترل راحت و مناسب است.

 

[mahdi.adelinasab]

استارت و قطع

استارت و قطع

به مخازن پرشده از سوخت و اكسيدكننده مايع، شيرهاي متصل مي‌شود. براي موتوري كه فقط يكبار استارت مي‌شود، قبل از استارت، شير اكسيدكننده باز مي‌گردد و اكسيژن به طور خود به خود مسير پمپ را پر مي‌كند و كمي از آن از طريق شير باز در ناژ تخليه خارج مي‌شود. اكسيژه شروع به جوشيدن مي‌كند و مدت زماني لازم است كه پمپ خنك شود. سپس درناژ بسته مي‌شود و شارژ باك شروع مي‌گردد. وقتي كه فشار در مخازن به اندازه مورد نظر رسيد، فرمان مبني بر چرخش توربين از استارتر داده مي‌شود و در نتيحه آن و بر طبق برنامه، شيرها باز مي‌شوند و شيرها براي قطع سوخت و اكسيد كننده تعبيه مي‌شوند و هنگام آماده سازي استارت بازند. همچنين شيرها ودر مسيرهاي اكسيد كننده ممكن است در يك شير خلاصه شوند.
همزمان و توام با بالا رفتن دور توربين، فشار در لوله‌ها افزايش مي‌يابد و سوخت و اكسيد كننده شروع به وارد شدن به مولد گاز و محفظه به صورت مخلوط مي‌كنند. لازم است كه اين مخلوط را محترق كرد.
سوخت و اكسيد كنند‌ه‌هايي وجود دارند كه خود به خود آتش‌مي‌گيرند. يعني زماني كه سوخت و اكسيد كننده با هم برخورد مي‌كنند آتش مي‌گيرند و آن‌ها را خود مشتعل مي‌نامند، اما اكثر سوخت و اكسيدكننده‌هايي كه در فن موشك‌ها استفاده مي‌شوند، از اين نوع نيستند، بنابراين لازم است كه سيستمي براي احتراق آن‌ها تعبيه شود كه كاملا قابل اعتما باشد. اگر در لحظه احتراق در محفظه احتراق موتور يا مولدگاز، مقدار زيادي مخلوط جمع شده باشد، تاخير در احتراق باعث انفجار شديد مي‌شود. بنابراين تزريق مخلوط سوخت واكسيد كننده و لحظه احتراق بايد تعيين شده باشد.
در زمان حاضر سه نوع احتراق موجود و عملي است: پيروتكنيكي، شيميايي و الكتريكي. احتراق پيروتكنيكي فقط در سيستم‌هاي تك استارته استفاده مي‌شود. عامل احتراق سوخت و اكسيدكننده، سوخت جامد داغ توزيع شده در محفظه احتراق است.
قبلا از نخ هاي افروخته شده انفجاري استفاده مي‌شده است به طوري كه اين نخ‌هاي انفجاري مشتعل مي‌شود و مخلوط سوخت و اكسيدكننده به داخل فضاي محفظه احتراق وارد و احتراق ملايم مي‌شود.
احتراق شيميايي، مرتبط با استفاده از سوخت و اكسيد كننده خود مشتعل كمكي است.
Aمحل و مسير چاشني است. در اين محل رابط فلانژي از طرف لبه‌ها با ديافراگم بسته شده و با سوخت مشتقل كننده پر شده است، به طوري كه با تماس با اكسيد كننده اصلي مشتعل مي‌شود. با چرخش توربين، فشار بالا مثي‌رود و ديافراگم را پاره مي‌كند و در ابتدا سوخت كمكي به جاي سوخت اصلي وراد مولد گاز مي‌شود. اين روش احتراق ممكن است در بعضي حالات و همچنين در محفظه احتراق استفاده شود.
احتراق الكتريكي لازم به توضيح ندارد زيرا اين روش براي هر فرد قابل فهم است و اگر فرد با كار موتور اتومبيل آشنا باشد متوجه مي‌شود كه فرآيند عملكرد آن چگونه است. چاشني الكتريكي به خوبي براي احتراق سوخت و اكسيدكننده هيدروژني اكسيژني كاربرد دارد.
بعد از آن كه سوخت و اكسيد كننده اصلي وارد مولد گاز شدند، كنترل پيش‌ران به وسيله رگولاتور دبي جرمي صورت مي‌گيرد، اما موتور به رژيم پيش‌ران كامل به سرعت وارد نمي‌شود. موتور در حدود 5-2 ثانيه در رژيم اوليه در پيش‌راني تقريبا معادل 50-30%پيش‌ران اصلي نگه داشته مي‌شود. كنترل موتور در رژيم اوليه و انتقال به پيش‌رانكامل به وسيله رگولاتور دبي جرمي انجام مي‌پذيرد. در سازه رگولاتور براي چنين هدفي يك اشپين اضافي براي نگهداري شير در وضعيت فشرده شده تعبيه شده است. براي انتقال به رژيم اصلي به وسيله سوخت انفجاري شبيه به آنچه در بعضي از انواع شيرهاي قطع انجام مي‌گردد، اين اشپين قطع مي‌شود.
لزوم مرحله مقدماتي به چند علت توصيه مي‌شود.يكي از آن‌ها آساني و اعتماد استارت موتور در دبي جرمي كم است. اما فقط اين نيست. در پيش‌ران مرحله مقدماتي،‌اگر مشكلي در موتور مشاهده شود به عنوان مثال فشار پايين در محفظه يا مولد گاز، كاهش تعداد دور يا چيزي شبيه به اين‌ها، هنوز امكان حفظ مجموعه دارد. بدين ترتيباز كار انداختن اتوماتيك برنامه پيش‌بيني شده براي استارت و انتقال به قطع اضطراري موتور با بستن تمام مسيرهاي تغذيه صورت مي‌پذيرد. در شرايط مشابه كه اين مشكلات خيلي حاد نباشد، امكان نجات موشك ميسر است. رژيم مرحله مقدماتي براي موتورهاي چند محفظه‌اي مفهوم خاصي پيدا مي‌كند. به عنوان مثال در موشك CK همان‌طور كه مي‌دانيم در هنگام استارت لازم است كه 32 محفظه را به كار انداخت. استارت هنگامي موفق است كه همه محفظة‌ها بدون اشكال كار كنند.
در سيستم‌هاي استارت امروزي، كنترل بيشتري صورت مي‌گيرد. در رژيم كاري اوليه جوياي وضعيت كليه پارامترهاي همه المانهاي موتور مي‌شود و كامپيوتر با برنامه از قبل تعبيه شده در آن، وضعيت قابليت كاري موتور را بررسي مي‌كند و وابسته به اين پارامترهاي يا فرمان ورود به رژيم اصلي موتور و يا فرمان قطع كار موتور را مي‌دهد. خاموش كردن موتور را مي‌توان با دو مثال مشخص كرد. ابتدا موتور به رژيم پيش‌ران كم وارد مي‌شود و اين باعث كاهش ضربه هيدروليكي(ضربه قوچ)هنگام عملكرد سريع شيرهاي قطع مي‌شود. اما اصلي‌ترين مساله، كاهش افت ايمپالس بعد از خاموشي است كه روي برد اثر مي‌گذارد كه در اين خصوص قبلا صحبت شد. انتقال موتور به مرحله نهايي كار، با كاهش تزريق سوخت و اكسيدكننده به مولد گاز صورت مي‌گيرد. اين مهم به عهده روگولاتور دبي‌جرمي است. زماني كه لازم است موتور خاموش شود، بر طبق سيگنال رسيده از سيستم كنترل، فنر كنترل شل مي‌شود و رگولاتور باعث كار مولد گاز در رژيم كاري پايين‌تر مي‌گردد. قطع نهايي به كمك شيرها صورت مي‌گيرد.

 

[mahdi.adelinasab]

رژيم‌هاي كاري خود ارتعاشي موتور

رژيم‌هاي كاري خود ارتعاشي موتور

اكنون ما به يكي از مهم‌ترين پديده‌هايي كه غالبا در حين تست‌ها و مونتاژ موتورهاي موشك سوخت مايع مشاهده مي‌شود، توجه مي‌كنيم. بحث در خصوص رژيم‌هاي ارتعاشات خود محرك يا در مورد احتراق ارتعاشي است.
اين سئوال نه فقط براي موتورها مهم است بكله كاربرد عمومي نيز دارد. اصول بروز خود ارتعاشي در فرآيندهاي كنترلي براي از بين بردن مجموعه مشكلات مكانيكي، الكترونيكي و راديوالكترونيكي واحد است. همچنين در تكنولوژي موشكي، جايي كه ما با سيستم‌هاي اتوماتيك سروكار داريم، مسايل خود ارتعاشي جايگاه خاصي دارد. بنابراين در مباحث آينده، به رژيم‌هاي خود ارتعاشي بر خواهيم گشت.وقتي كه بخواهيم حركت موشك و اصول كنترلي آن را بررسي كنيم، در آنجا نيز در حالت كلي توضيح داده خواهد شد كه به كمك چه مثالهايي مي‌توان اين پديده را تحقيق و بررسي كرد و چگونه مي‌توان احتمال خطر بروز خود ارتعاشي نامطلوب را پيش‌بيني كرد. فعلا ما فقط به توضيح اين مساله مي‌پردازيم.
در علم مكانيك، خودارتعاشي در حالت كلي مربوط به فرآيندهايي است كه اثر پريوديك خارجي وجود ندارد و به تاثير از تغيير پريوديك پارامترهاي داخلي در خود سيستم ايجاد مي‌شود و مطابق با اين تغييرات، مصرف پريوديك انرژي از بعضي چشمه‌هاي خارجي صورت مي‌گيرد.
رژيم‌خاي خود ارتعاشي در مهندسي كاربرد فراوان دارد. بارزترين مثال خودارتعاشي كنترل شونده، موتور اتومبيل با احتراق داخلي است. مكش و تراكم مخلوط كاربراتور و بعدا احتراق، انبساط و تخليه مثالي از فرآيند خودارتعاشي كنترلي است. فرستنده‌هاي راديويي كه امواج با فركانس ثابت را ارسال مي‌دارند نيز نوعي از كاربرد فني فرآيندهاي خود ارتعاشي است. اين چنين مثالهايي در اطراف زندگي ما، خيلي زياد است. مجموعه‌اي از مثال‌ها وجود دارد كه خودارتعاشي بدون پيش‌بيني به وجود مي‌آيد و كار نرمال سيستم را به هم‌ مي‌ريزد و در نتيجه آن حادثه‌اي يا مشكلي ايجاد مي‌شود. بنابراين، بايد در موتور موشك‌هاي سوخت مايع به آن توچه داشت.
رژيم‌هاي احتراق ارتعاشي در حين كار با اولين موشك‌هاي جنگي سوخت جامد در جنگ جهاني دوم مشاهده شد. همچنين وقتي كه در دهه‌هاي چهل و پنجاه ميلادي كار روي موتورهاي سوخت مايع شروع شد خيلي زود متوجه شدند كه در اين نوع موتورها نيز مشكل وجود دارد. بروز رژيم ارتعاشي در موتور سوخت مايع باعث شگفتي طراحان شد. به خصوص وقتي كه خودارتعاشي در مرحله تست‌هاي استند و حتي در موتورهاي نصب شده روي موشك خود را نشان داد.
در آن زمان علت مشكل به طور دقيق مشخص نبود و لازم است كه كم و بيش به گزارشس‌ها و بحث‌هاي واقع‌گرايانه ارجاع شود. در ضمن تجربه به دست آمده براي آينده مفيد واقع شود.
در شروع، انواع ارتعاشهاي خود محرك، همگي به يك شكل ظاهر مي‌شدند كه درمان و چاره آن‌ها نيز با تدابير مشابه صورت مي‌گرفت. اما همان‌طور كه در تجربه كار پزشكي مشخص شد كه بيماري سرماخوردگي انواع گوناگون دارد و براي هر نوع آن يك واكسن خاص مورد نياز است، در اين‌جا نيز در آناليز خودارتعاشي مشاهده شد كه چندين نوع خودارتعاشي وجود داردو براي هر كدام نيز راه حل جداگانه وجود دارد.
چنين تقسيم‌بندي براي انواع خودارتعاشي و زير گروه‌هاي آن منطقي است.
رژيم‌هاي خودارتعاشي به صورت يك زنجيره توابع ديفرانسيلي نوشته مي‌شود. به عنوان مثال A تابعي از B، B تابعي از C و C از D تابعي است و فرض مي‌كينم كه D تابعي از A است. اگر به يكي يا چند تا از پارامترهاي شمرده شده، اغتشاشي اعمال گردد، همه آن پارامترها به شكلي برحسب زمان تغيير خواهند كرد. در شرايط معمولي، زماني كه خودراتعاشيوجود ندارد، هيچ تغييري در وضعيت پارامترها مشاهده نمي‌شود و به فرم اوليه خود باز مي‌گرداند. اما ممكن است كه تغيير دامنه در هر يك به وجود آيد و نسبت به زمان افزايش يابد.
سيكل بسته تغييرات ABCDA براي چنين سيستمي، مانند موتور موشك به جهت حلقه‌هاي ارتباطي كه روي يكديگر اثر مي‌كند مشكل‌تر مي‌شود. به سيكل مورد نظر مي‌توان به عنوان مثال همچنين حلقه‌هاي CDEC و ABFA را پيشنهاد كرد.
البته در شرايط مشابه بروز حلقه‌هاي خودارتعاشي با يكديگر مرتبط هستند. آناليز چنين سيستم خودارتعاشي به مراتب ساده‌تر مي‌شود اگر فركانس‌هاي خودارتعاشي در هر يك از حلقه‌ها به طور محسوس با يكديگر متفاوت باشند در اين صورت مي‌توان ارتباط بين حلقه‌ها را ضغيف در نظر گرفت. در اين‌جا مي‌توان نتيجه گرفت كه اگر هنگام تست، خودارتعاشي با فركانس مشخص در يك زنج خاص به وجود آيد، مي‌توان بلافاصله گفت كه چه حلقه‌اي را كه مرتبط كننده بين پارامترها است، بايد تغيير داد كه خودارتعاشي سيستم از بين برود.
رژيم‌هاي خودارتعاشي به وجود آمده در موتورهاي موشك سوخت مايع را برحسب فركانس تقسيم‌بندي مي‌كنند. نوع اول- ارتعاشات فركانس پايين. اين‌ها فقط در تست‌هاي پروازي مشاهده مي‌شوند. آن‌ها در تست استند به وجود نمي‌آيند. فركانس اين نوع ارتعاشات در رنج 10 تا 100 هرتز قرار دارد. علت بروز اين نوع خودارتعاشي به خود از ارتباط بين تغيير شكل الاستيك طولي پوسته موشك و تغيير پيش‌ران حاصل مي‌شود.
در ارتعاشات طولي پوسته به طور پريوديك، فشار سوخت و اكسيد كننده در ورود به پمپ‌ها تغيير مي‌كند و در نتيجه تزريق و پيش‌ران تغيير مي‌كنند و در نتيجه، زنجيره اثر ارتباطي در همان تغييرشكل طولي پوسته بسته مي‌شود.
در چنين بررسي‌هايي لازم نيست كه عامل اوليه شروع ارتعاشات را جست‌وجو كرد(اين يك اشتباه فراگيراست) چون به سئوال بي‌جواب اول تخم‌مرغ بوده است يا مرغ بر مي‌گرديم.
آناليز خودارتعاشي فركانس پايين در موشك كاملا مشكل است. جرم سوخت و اكسيد كننده در مخازن كه به وسيله درپوش‌هاي خم شونده الاستيك تحمل مي‌شود، تعداد زياد از جرم‌هاي معلق و پيچيدگي تابع تبديل فشار در ورود به پمپ برحسب تغييرات پيش‌ران از جمله مسايلي است كه بايد بررسي شود. هدف كاملا روشن است و توفق آن در مرحله مطالعه طراحي است. در نتيجه لازم است كه از بروز خودارتعاشي جلوگيري كرد و تدابير لازم براري از بين بردن آن‌ها را به كار برد.
سيستم كنترلي كه قبلا بررسي شد در مقابله با اين نوع از خودارتعاشي ناتوان است. رگولاتور دبي جرمي و شير داراي اينرسي نسبتا زيادي هستند. آن‌ها براي تغييرات نسبتا ملايم پيش‌ران و دبي جرمي كاربرد دارند. سيستم كنترل خود محرك، استعداد ايجاد فركانس طبيعي با ارتعاشات فركانس پايين‌تر را دارد كه اين سئال در مرحله مطالعه طراحي هر سيستم كنترلي بررسي مي‌شود.
هنگام بروز ارتعاشات فركانس پايين طولي، خارج كردن پارامترهاي سيستم از ناحيه خطر ناپايداري مشكل است. تغيير سختي پوسته يا تغيير قانون محوه توزيع جرم، عملا غير ممكن است. بنابراين در شرايط خيلي ضروري، يك از تدابير، نصب دمپرهاي هوايي است كه نزديك به لوله‌هاي سوخت و اكسيد كننده همراه با مخازن(حجم‌هاي) بسته‌اي نصب مي‌شود. هنگام شارژ سوخت و اكسيد كننده در اين مخازن، حباب‌هاي هوا توليد مي‌شود. در اين صورت سيال غير قابل تراكم با خواص تغيير يافته شبيه تراكم‌پذير مي‌شود كه مشخصه‌هاي ديناميكي سيستم ارتعاشي به اين صورت تغيير مي‌يابد. با تغيير حجم اين دمپرها مي‌توان سهم بالايي از اين فركانس‌هاي خطرناك خود تحريك را از بين برد.
نوع دوم ارتعاشات در رنج فركانسي 50 تا 300 هرتز قرار مي‌گيرد. اين نوع ارتعاشات، در تست استند موتور ايجاد مي‌شود و غالبا بر اثر فشار معكوس در محفظه روي سيستم شارژ اتفاق مي‌افتد. اگر در محفظه به دليلي فشار بالا رود، در اين صورت سيستم تزريق، آن را به صورت يك مقاومت حس مي‌كند. در نتيجه، تزريق سوخت و اكسيد كننده كم و محدود مي‌شود و به نوبه خود با يك تاخير زماني باعث كاهش فشار در محفظه مي‌شود. بدين ترتيب يك حلقه ارتباطي بسته شده بين محفظه و سيستم تزريق ايجاد مي‌گردد كه در اين صورت خودراتفاشي ممكن است ايجاد شود. به اين صورت فشار بالا مي‌رود، در نتيجه دبي جرمي كاهش مي‌يابد و در اثر كاهش دبي جرمي فشار كم مي‌شود، بنابراين دبي جرمبي افزايش مي‌يابد. اثر مدت زمان پاشش سوخت و اكسيد كننده تا تبديل آن‌ها به محصولات احتراق كه به شكل يك تاخير زماني ظاهر مي‌شود، نقش حلال را بازي مي‌كند. با افزايش افت فشار روي انژكتور به خودارتعاشي فركانس متوسط مي‌توان غلبه كرد. اين كار باعث ضعيف شدن اثر معكوس(برگشت) تغيير فشار سريع داخل محفظه روي كار سيستم تزريق مي‌شود. گاهي اوقات براي مبارزه با اين ارتعاشات و تغيير فاز اترعاشات، دبي جرمي و فشار طول يك يا چند تاز از لوله‌هاي شارژ سوخت و اكسيدكننده به محفظه را تغيير مي‌دهند.
بالاخره سومين نوع خودارتعاشي، ارتعاشات فركانس بالا است كه ارتعاشات داخل محفظه‌اي با فركانس‌هاي بالا 500هرتز هست. اين پديده از نوع گاز ديناميكي و خطرناك‌ترين نوع خودارتعاشي است. اين ارتعاشات ارتباطي به سيستم تزريق و محفظه ندارد و بيشتر در موتورهايي با پيش‌ران بالا ظاهر مي‌شود. مكانيزم بروز آن‌ها بر اين اساس است كه زمان توليد گاز(گازي شدن) ثابت نيست و تابعي از فشار نزديك به صفحه انژكتور موتور است. با افزايش فشار محلي(مهم نيست به چه دليلي ايجاد مي‌شود) گاز با شدت بيشتري توليد مي‌شود و در نتيجه فشار محلي بازهم افزايش مي‌يابد و موجي با سرعت صوت توزيع مي‌شود. با انعكاس موج از طرف ديواره مقابل، موج به صفحه انژكتور بر مي‌گردد و مجددا توليد گاز شديد‌تر مي‌شود. پريود چنين ارتعاشي برحسب زمان مورد نياز موج به طوري كه طولي برابر با طول مشخصه محفظه را طي كند، تعيين مي‌شود. مدهاي ايجاد شده ارتعاشي به مدهاي طولي و عرضي تقسيم مي‌شود.
در مدهاي طولي موج‌ها از صفحه انژكتور به سمت نازل محفظه احتراق حركت مي‌كنند. در مدهاي عرضي يا شعاعي موج‌ها متقارن و غير متقارن هستند و از ديواره‌هاي عرضي محفظه منعكس مي‌شوند.
شكل خود ارتعاشي فركانس بالا نه تنها باعث اثر رزونانسي در سازه ديواره‌هاي نازك محفظه مي‌شود، بلكه در تغيير ساختار لايه گاز كناره ديواره و بر هم زدن رژيم خنك‌كاري مؤثر است. اگر خودارتعاشي فركانس بالا به وجود بيايد، محفظه حتي ثانيه‌اي نمي‌تواند در چنين رژيمي كار كند. راه چاره مبارزه با خودارتعاشي فركانس بالا، انتخاب طول مناسب محفظه، نصب صفحه صليبي ميراكننده ارتعاشات بين ناحيه گسترش موج و تغيير شكل صفحه انژكتور است. برطرف كردن كامل رژيم خودارتعاشي مشكل است، اما مي‌توان قطعا تاكيد كرد كه در زمان حاصر، تجربه كافي براي مبارزه با اين پديده به دست آمده است و در فن موشك‌سازي امروزي مشكلي در اين خصوص وجود ندارد.

 

[mahdi.adelinasab]

موتورهاي موشك سوخت جامد

موتورهاي موشك سوخت جامد

ويژگي‌هاي اصلي
در فصل قبلي در خصوص مشخصه‌هاي عمومي تجهيزات موشك‌هاي بالستيك سوخت جامد و حتي در مورد بيوگرافي آن‌ها صحبت كرديم. اكنون به خود موتور موشك سوخت جامد توجه مي‌كنيم.
سوخت جامد، برخلاف سوخت مايع به محفظه تزريق نمي‌شود. كل سوخت در خود محفظه به شكل گرين قرار داده مي‌شود وپس از احتراق كاملا در معرض آتش قرار دارد و اگر احتراق شروع شده باشد، ديگر به سختي مي‌توان در فرآيند سوختن آن دست‌برد.
تلاش در حل مشكل كنترل موتور سوخت‌هاي جامد، هنوز به نتيجه قطعي نرسيده است. بنابراين برنامه احتراق گرين سوخت‌هاي جامد از قبل در مرحله مطالعه طراحي برنامه‌ريزي مي‌شود و تغييرات پيش‌ران اسمي موتور موشك سوخت جامد نسبت به زمان از قبل تعيين مي‌شود كه بستگي به مشخصه‌هاي پروژه و پارامترهاي اصلي شماي موشك يا موتور طرح شده دارد.
در موتور موشك سوخت جامد مشخصه‌هاي پيش‌ران، از مقدار اسمي منحرف مي‌شود و اگر خيلي هم محسوس نباشد، در خيلي از حالات در استارت به قدري است كه به طور وضوح روي مقدار برد اثر مي‌گذارد.
چون پيش‌ران موتورهاي سوخت جامد غيرقابل كنترل است، بنابراين بايد مسير را براساس پيشگويي متناوب نقطه ثابت تغيير داد. اين چنين روش هدايت مشكل است و آن را فقط به كمك يك كامپيوتر پروازي قوي مي‌توان عملي كرد كه در اين خصوص بعدا صحبت خواهد شد.
تحليل مقاوما مصالح موشك‌هاي سوخت جامد، به طور عمده به محفظه احتراق بر مي‌گردد، به طوريكه مقاومت آن تحت فشار داخلي و رژيم دمايي تعيين مي‌شود. در اثر بارهاي اعمالي در طول مسير، نيازي به تقويت پوسته نداريم. چون پوسته خودبه‌خود خيلي محكم و مقاوم است، اما در عوض بايد محل اتصال محفظه به قسمتعدسي جلو موشك تقويت شود. در بعضي حالت‌ها(معمولا براي محفظه‌هاي كامپوزيتي) ساخت چنين تكيه گاه‌هايي به عنوان مهم‌ترين عمليات در طراحي بررسي مي‌شود. به دليل بالا بودن مقاومت پوسته در موتور سوخت جامد، در مقايسه با موشك سوخت مايع، از تعداد زيادي از محدوديت‌هايي كه در موشك سوخت مايع در قسمت پرواز در اتمسفر وجود داشت، خبري نيست.
رژيم‌كاري موتورهاي سوخت جامد عملا تابعي از بارهاي مسير نيست و عدم وجود سيستم تزريق آن را به صوتار يك بلوك مجزا در مي‌آورد. بنابراين، به طور مستقل تست مي‌شود. در نتيجه موتور سوخت جامد كاملا از ديگر المان‌ها مستقل است، به طوري كه مي‌توان آن را مانند يك مجموعه جدا طراحي كرد. اين مطلب را قبلا در مثال كاربرد موتورهاي سوخت جامد كمكي در مراحل مختلف موشك ساتورن5 ديديم.
امكانات انرژيتيكي سوخت جامد كم‌تر از سوخت مايع است، همچنين شاخص‌هاي وزني موتور سوخت جامد پايين‌تر از سوخت مايع است، اما كاربرد آن‌ها ساده‌تر است. بنابراين در مسير گسترش و پيشرفت موتور سازي، موتور سوخت جامد تعقيب كننده موتور سوخت مايع است، نا زماني كه امكانات موتور موشك سوخت جامد به سطح سوخت مايع برسد و بتواند مسايل خاص را حل كند. در اين صورت سريعا تغيير سيستم شكل مايع به شكل ساده‌تر يعني سوخت جامد را خواهيم داشت. اما براي رسيدن به اين نتيجه، همان‌طور كه گفته شد، به تحقيقات چند ساله نياز است، كه يكي از مهم‌ترين آن‌ها عايق حرارتي پوسته و قسمت نازل است. تعداد زيادي مشكلات عمده در ساخت موتور سوخت جامد وجود دارد كه در رأس همه آن‌ها سوخت قرار دارد. در موتورهاي سوخت جامد، گرين اصلي‌ترين المان سازه‌اي است. بنابراين شيمي سوخت، توليد و ساخت گرين و تكنولوژي موتور در مجموع به يكديگر مرتبط هستند. براي تجزيه و تحليل از مكانيزم احتراق شروع مي‌كنيم.

 

[mahdi.adelinasab]

مكانيزم احتراق گرين سوخت جامد

مكانيزم احتراق گرين سوخت جامد

گرين سوخت جامد از سطح مي‌سوزد. در سوختن نرمال از سطح گرين، لايه‌لايه برداشته مي‌شود. مؤلفه سرعت جبهه شعله‌گرين در جهت عمود بر سطح آن، سرعت سوخت ناميده مي‌شود. سرعت سوخت به كمك تركيب شيميايي سوخت تعيين و در يك رنج تقريبا و سيع بر حسب فشار محفظه و درجه حرارت گرين تغيير مي‌كند. براي تعيين سرعت سوخت معمولا از رابطه تجربي زير استفاده مي‌شود:
U=u0*b/(b+(20-t))*p
كه u0 سرعت سوختن گرين در درجه حرارت t=20c و تحت فشار 1kg/cm2 است. p فشار در محفظه بر حسب kgf/cm2ضرايب تعيين شده تجربي است. براي همه سوختهاي جامد امروزي u0‌دررنج 0.2-0.6cm/s‌ و در رنج B=300-600c قرار دارد. در صورتي كه سرعت احتراق مشخص باشد، به راحتي مي‌توان دبي جرمي سوخت را تعيين كرد.
G=VSU
كه V وزن مخصوص سوخت، معمولا در رنج 1.6-1.8kgf/lit و s سطح سوختن گرين است. در حين سوختن شكل‌گرين تغيير مي‌كند و سطح s ممكن است كاهش يا افزايش يابد كه در نتيجه باعث كاهش يا افزايش دبي جرمي، فشار و پيش‌ران مي‌شود.
با شكل مفروض اوليه گرين، نحوه تغيير اين پارامترها معمولا با روش اختلاف محدود مشخس مي‌شود. براي مشخص كردن آن لازم است كه ابتدا نحوه تغيير سطح sرا در سوختن سطح با ضخامت uDtتعقيب كرد.
كه vt وزن مخصوص سوخت، معمولاً در رنج kgf/lit 8/1-6/1 و –s سطح سوختن گرين است. در حين سوختن شكل گرين تغيير مي‌كند و سطح s ممكن است كاهش يا افزايش يابد كه در نتيجه باعث كاهش يا افزايش دبي جرمي، فشار و پيش ران مي‌شود.
با شكل مفروض اولية گرين، نحوة تغيير اين پارامترها معمولاً با روش اختلاف محدود مشخص مي‌شود. براي مشخص كردن آن لازم است كه ابتدا نحوه تغيير سطح s را در سوختن سطح با ضخامت uDt تعقيب كرد. در گرين‌هاي پيچيده اين كار معمولاً گرافيكي انجام مي‌شود و سرعت سوختن u در اين حالت به عنوان يك مقدار متغير برحسب فشار بررسي مي‌شود.
انتخاب شكل اوليه گرين، براي تعيين محدودة معين تابع تغييرات فشار و پيش‌ران برحسب زمان لازم است. به عنوان مثال كاهش تدريجي فشار در حين كاركرد موتور مي تواند جبران كنندة كاهش مشخصه‌هاي مقاومت مصالح مواد در نتيجه گرم شدن محفظه باشد و در نتيجه وزن كاهش يابد. گاهي اوقات با بالا بردن پيش ران اوليه، سپس كاهش تدريجي آن مي‌تواند به سرعت نهايي بيشتري در موشك بالستيك دست يافت. به رابطه 2-3 برمي‌گرديم. مشهود است كه سرعت سوختن علاوه بر فشار، همچنين تابعي از درجه حرارت است. منظور درجه حرارت خود گرين است، يعني درجه حرارتي كه قبل از محترق شدن دارد و تا پايان كار ثابت مي‌ماند. شعله باعث سوختن لاية سطحي مي‌شود و جبهه آتش به عمق گرين سريع‌تر از جريان حرارتي نفوذ مي كند. به همين دليل در رابطه 2-3 اثر درجه حرارت آب و هوايي (زمستان-تابستان) منظور شده است. در حالت كلي اين مقدار oC 40 در نظر گرفته مي‌شود. براي بعضي از سوخت‌ها، سرعت سوختن در رنج درجه حرارت ذكر شده ممكن است تا مقدار 30% تغيير كند. در نتيجه فشار و پيش ران نيز سريعاً تغيير مي‌كند. بنابراين محفظه براساس بدترين شرايط از نظر مقاومت مصالح محاسبه مي‌شود علاوه بر اين بايد توجه داشت كه بر اساس زمان احتراق سوخت، برد موشك‌هاي بدون سيستم كنترل تغيير مي‌كند. بنابراين، در هنگام شليك به هدف لازم است كه تصحيح مربوط به درجه حرارت گرين را اعمال كرد.
براي اين كه اثر درجه حرارت را كاهش دهيم، براي موشك‌هاي بدون سيستم كنترل حتي از نازل‌هاي مختلف استفاده مي‌شود. به عبارت ديگر از نازل‌هاي تابستاني با مقطع عبور بزرگ و رمستاني با مقطع عبور كوچك‌تر استفاده مي‌شود. در بعضي حالت‌ها براي موشك‌هاي تاكتيكي از گرين‌هايي استفاده مي‌شود كه از قبل دماي آن ثابت نگه داشته شده است و يا قبل از شليك آن را گرم مي‌كنند، يا در كانتينرهايي با تنظيم كنندة درجه حرارت نگهداري مي‌شوند. همچنين براي موشك‌هاي بالستيكي مي‌توان از اين نوع گرين‌ها استفاده كرد.
در همه حالت‌ها لازم است قبل از هرچيز، تركيب سوختي را انتخاب كرد كه رابطه ضعيفي بين سرعت سوختن و درجه حرارت آن وجود داشته باشد، كه در اين صورت مقدار بزرگي براي پارامتر B به دست مي‌آيد. مكانيزم اثر درجه حرارت گرين روي سرعت سوختن تقريباً مشخص است. بر اثر حرارت اعمالي به گرين سوخت، ذراتي از سوخت نزديك سطح سوختن در ابتداي گازي شكل مي‌شود و واكنش‌هاي شيميايي در آن انجام مي‌گيرد. در اين فرايند نقش اساسي را شرايط انتقال حرارت از گاز به سطح گرين بازي مي‌كند. در درجه حرارت‌هاي پايين‌تر، زمان گازي شدن قدري بيشتر و در نتيجه باعث كاهش سرعت سوختن مي‌شود. به همين صورت نقش فشار نيز روشن مي‌گردد. هرچه فشار بيشتر باشد، تعداد مولكول گاز داغ بيشتري به سطح گرين برخورد خواهد كرد و با شدت بيشتري انتقال حرارت صورت مي‌گيرد. چون اين فرايند مرتبط با شرايط انتقال حرارت است، در نتيجه سرعت سوختن بايد همچنين توام با سرعت جريان گازي عبوري در طول سطح گرين افزايش يابد. در طول مسير جريان. با نزديك شدن به نازل، لحظه به لحظه مقادير جديد گاز اضافه مي‌شود و سرعت جريان افزايش مي‌يابد. بنابراين گرين از سمت نازل سريعتر مي‌سوزد. بنابراين در حين طراحي گرين و مجموعة موتور بايد به اين مطلب توجه داشت.

 

[mahdi.adelinasab]

سوخت و گرين

سوخت و گرين

اگر تابع سرعت سوختن مشخص و روشن باشد، مي‌توانيم پيش ران، فشار و دبي جرمي را محاسبه كنيم. اما اين محاسبات فقط در صورتي صحيح خواهد بود كه واقعاً بتوان گرين را پيوسته و يكنواخت در نظر گرفت. در عمل، گرين كاملاً يكنواخت نيست و تامين كردن يكنواختي آن كار ساده‌اي نيست. براي گرين‌هاي معمولي اين كار عملي است، اما براي گرين‌هاي بزرگ مشكل است و براي گرين‌هاي خيلي بزرگ چند ده تني و صد تني حل چنين مساله‌اي از نظر تكنولوژي غير ممكن است.
كاملاً واضح است كه گرين نبايد به هيچ وجه ترك و يا خلل و فرج داشته باشد كه شعله بتواند به داخل آن نفوذ كند و گرين از داخل شروع به سوختن كند. البته اين موضوع نه فقط به شرايط تكنولوژي توليد، بلكه وابستگي زيادي به شرايط نگهداري دراز مدت گرين در انبار دارد. ساختار و خواص فيزيكي حبس نبايد نسبت به زمان تغيير كند و ايجاد ترك و تغيير شكل نسبت به زمان مجاز نيست. بررسي اين مسايل، مرتبط با شيمي، مكانيك. تكنولوژي ساخت و سازمان دهي توليد و شرايط نگهداري گرين‌هاي سوخت جامد است. انرژي بالايي كه از سوخت با تركيب شيميايي معين مورد انتظار است، ممكن است تحت نسبت اپتيمم عناصر حاصل نشود و مجبور شويم عناصري را به آن اضافه كنيم. اين اضافات تغيير دهندة تركيب، ممكن است باعث پايين آمدن پيش ران مخصوص مي‌شود. به عنوان مثال تمايل به ساخت سوختني كه براي شكل دهي راحت‌تر باشد، ممكن است روي خواص خزشي و تغيير شكل آن در دراز مدت اثر بگذارد. هنگام آناليز مسايل مشابه بايد درجه حرارت و رطوبت در حين نگهداري را در نظر گرفت و علاوه بر آنها درخصوص تكنولوژي خود محفظه بايد به نحوة جا زدن گرين در داخل محفظه و چگونگي ارتباط آن با بدنة محفظه توجه خاص داشت. اين سوال‌ها را نمي‌تواند بدون مشخصه‌هاي كلي تركيب شيميايي و ساختار سوخت جامد پاسخ داد. بنابراين، در فصل بعدي در مورد تركيب شيميايي سوخت صحبت خواهيم كرد.
در زمان حاضر همة سوخت‌هاي جامد كاربردي را در حالت كلي مي‌توان به دو دسته اصلي تقسيم كرد: سوخت‌هاي دو پايه و كامپوزيت. اين دو نوع سوخت برحسب تركيب‌هاي شيميايي و خواص مكانيكي، روش‌هاي توليد سوخت و تكنولوژي استفاده شده براي توليد گرين آنها متفاوت است كه در واقع اين موضوع به فرق اساسي در سازة موتورهاي موشك مربوط مي‌شود.
سوخت‌هاي دو پايه از حلال جامد نيتروسلولز همراه با نيتروگلسيرين، توأم با مقداري عناصر ديگر كه براي بهبود خواص فيزيكي-شيميايي و مكانيكي لازم است، تشكيل مي‌شود. مشكل اصلي ساخت گرين‌هاي سوخت دو پايه به توليد گرين‌هاي بزرگ با ضخامت زياد و يكنواخت (همگون) از نظر تركيبي برمي‌گردد. امروزه اين مشكل با روش پرسي حل مي‌شود. نيتروسلولز همراه با نيتروگلسيرين و اضافات لازم با حجم زيادي آب (10 : 1) مخلوط مي‌شود. سوسپانسيون به دست آمده از ***** عبور داده مي‌شود و سانتريفوژ مي‌گردد. جرم به دست آمده را با هواي گرم خشك مي‌كنند تا مقدار رطوبت لازم به 12-10% برسد. سپس اين مخلوط در حالت گرم، رطوبت گيري مي‌شود تا زماني كه رطوبت آن به اندازة دهم درصد برسد. محصول به دست آمده تحت پرس، فرم دلخواه را به خود مي‌گيرد. روشهاي ديگري نيز براي توليد گرين وجود دارد. اين روشها بر اساس توليد اوليه گرانولي سوخت است به طوري كه با پلاستيفيكاتور آغشته مي‌شود و به صورت گرم به فرم يك جرم همگن درمي‌آيد.
سوخت‌هاي دو پايه را معمولاً هموژن مي‌نامند، نه به خاطر اين كه داراي يكنواختي بالاست، بلكه براي اين كه نقطه مقابل سوخت‌هاي كامپوزيت است به اين است خوانده مي‌شوند.
سوخت‌هاي كامپوزيت قادر هستند كه پيش ران مخصوص در خلاء معادل 300-290 واحد را بدهند. در صورتيكه سوخت‌هاي دو پايه نمي توانند مقداري بيش از 240-230 واحد را ايجاد كنند. همانطور كه مي‌بينيم سوختهاي كامپوزيت نه تنها مي‌توانند با بعضي از سوخت‌هاي مايع رقابت كنند (به عنوان مثال اكسيژن، الكل اتيليك)، بلكه مقدار پيش ران ويژه آنها بيشتر هم هست.
تكنولوژي ريخته گري سوخت‌هاي كامپوزيت به مشكل توليد گرين‌هاي با قطر بزرگ غلبه كرد، در صورتيكه هنوز اين مشكل در توليد گرين‌هايي با سوخت‌هاي دو پايه حل نشده است. سرعت سوختن سوخت‌هاي كامپوزيت نسبت به سوخت‌هاي دو پايه، حساسيت كمتري نسبت به درجه حرارت گرين و فشار در محفظه دارد. مفهوم آن در مقادير بالاي ثابت B مقادير كم نماد v در فرمول 2-3 براي سوخت‌هاي كامپوزيت نهفته است. از طرف ديگر با توجه به همگوني ساختار سوخت‌هاي دو پايه و عدم تغيير نسبي پارامترها از نمونه‌اي به نمونه ديگر، مي‌توان انبوهي از آنها را با خواص مشابه توليد كرد. همچنين در هنگام نگهداري، سوخت‌هاي دو پايه نسبت به سوخت‌هاي كامپوزيت پايداري بيشتري از خود نشان مي‌دهند. سوخت‌هاي جامد مقاومت بالايي ندارند و كساني كه با فلزات كار كرده‌اند متوجه مي‌شوند كه حد مقاومت سوخت‌هاي جامد خيلي كم است. در حين تغيير درجه حرارت از 40- تا 40 درجه سانتيگراد، حد مقاومت سوخت‌هاي دو پايه براي بعضي از شرايط استاندارد بارگذاري از 300 تا 25 كيلوگرم نيرو بر سانتي‌متر مربع تغيير مي‌يابد و براي سوخت‌هاي كامپوزيت، حد مقاومت در همين رنج درجه حرارت براي همين شرايط استاندارد، از 60 تا 10 كيلوگرم نيرو بر سانتي‌متر مربع تغيير مي‌يابد. انبساط طولي در حال انفجار براي سوخت‌هاي كامپوزيت حدود دو برابر بيشتر از سوخت‌هاي دو پايه است و در نتيجه مابقي مشخصات مكانيكي، كاملاً وابسته به اعمال فشار در هنگام تست است.

 

[mahdi.adelinasab]

گرين و محفظه

گرين و محفظه

فرايند سوختن (شروع و گسترش آن) كاملاً به وسيله شكل گرين جامد، ابعاد كانال‌هاي عبور جريان (پرت) و موقعيت نصب گرين در محفظه تعيين مي‌شود.
گرين‌هاي سوخت دو پايه برسي (يكي يا چندتايي) به طور آزاد قرار مي‌گيرند، اما به صورت فشرده در محفظه جا زده مي‌شوند و از حركت محوري انها با نصب يك شبكه ديافراگمي نزديك به ورودي نازل جلوگيري مي‌شود.
اين شمال كلاسيك تا قبل از به وجود آمدن سوختهاي كامپوزيت بود كه عملاً واحد و تقريباً ثابت بوده است. توليد گرين به روش ريخته گري، يك راه حل جديد براي حل مشكل بود هنگام ريخته گري لازم است كه تصال بين گرين و پوستة محفظه خوب محكم شود. اين موضوع، از يك طرف باعث ثابت شدن موقعيت گرين شده است و ديگر لزومي به نصب دمپر پيدا نمي‌شود و از طرف ديگر، اجازه نمي دهد كه شعله به فاصله لقي بين انها رخنه كند و در اين حالت گرين خود به عنوان يك عايق حرارتي عمل مي‌كند. براي محكم كردن اتصال گرين به ديوارة داخلي محفظه احتراق قبل از ريخته گري، ديواره با يك ماده چسبنده خاص آغشته مي‌شود كه در واقع نقش لايه مياني تامين كننده قابليت اعتماد ارتباط بين گرين سوخت و محفظه احتراق را ايفا مي‌كند. اين نوع طرح را گرين متصل شده مي‌نامند. و نوع معمولي كلاسيك قبلي را جازدني مي‌گويند.
لازم به يادآوري است كه از سوختهاي دو پايه اصولاً مي‌توان، گرين متصل شده به پوسته و از سوخت كامپوزيت نيز گرين جازدني توليد كرد. اما به هر صورت در عمل از اصطلاح گرين جازدني مفهوم سوخت دو پايه و از گرين متصل شده سوخت كامپوزيت فهميده مي‌شود.
ظهور و توزيع گرين‌هاي متصل شونده، وجود گرين‌هاي جازدني را نفي نمي‌كند. بلكه هر يك از آنها دامنه كاربرد متفاوتي دارند. چون گرين دو پايه جا زدني را نمي‌توان در قطرهاي بزرگ ساخت و ديواره محفظه در اين حالت به شدت از لحظة شروع سوختن داغ خواهد شد. بنابراين از گرين‌هاي جا زدني براي موتورهاي با زمان كار نسبتاً كوتاه استفاده مي‌شود. (براي موشك‌هاي تاكتيكي و موتورهاي كمكي). از گرين‌هاي كامپوزيت ريخته گري شده، براي موشك‌هاي بالستيكي و موشك هاي فضايي چند صد تني در مراحل استارت استفاده مي‌شود.
گرين استوانه‌اي شكل جازدني از سطح خارج و داخل مي سوزد. هنگامي كه سرعت سوختن از داخل و خارج يكي باشد و از طرف لبه‌ها نيز سوختن داشته باشيم، در اين صورت دبي جرمي سوخت و پيش ران در شماي ارائه شدة منحني آرام آرام كاهش مي‌يابد. در اين دياگرام به راحتي مي‌توان سه ناحيه را مشخص كرد. ناحيه OA مشخصه منحني و زمان ورود به موتور به رژيم كاري به وسيله چاشني را نشان مي‌دهد. چاشني، مشتعل كنندة احتراق است و بايد به قدري قوي باشد كه بتواند فشار در محفظه را تا سطح رسيدن به احتراق پايدار بالا ببرد. لازم به ذكر است در پوشي كه در سطح مقطع گلوگاه نازل ازقبل نصب شده است به بالا رفتن فشار كمك مي‌كند. ناحيه AB ناحيه احتراق يكنواخت ناميده مي‌شود. در اين جا تغييرات پيش ران برحسب زمان طبق گسترش شكل گرين انجام خواهد شد.
در مثال ارائه شده پيش ران آرام كاهش مي‌يابد كه مربوط به تغييرات كم سطح سوختن گرين است. در گرين‌هاي متصل شونده سوختن فقط از داخل اتفاق مي‌افتد و لذا سطح سوختن رشد شديد دارد. بنابراين آنها بايد سطح داخلي به طور مناسبي طرح شود كه تغييرات منحني سطح سوختن مناسب را داشته باشيم. معمولاً بدين منظور سطح داخلي كانال گرين به شكل ستاره طرح مي‌شود چنين شكلي را در مرحله استارت اوليه موشك سوخت جامد «تيتان- IIIC» ميتوان ديد.
كار موتور با ناحيه BC پايان مي‌پذيرد، كه در آن افت شديد پيش را داريم. در اين ناحيه سوخت تمام شده است و اثر زيادي در سطح منحني پيش ران ندارد.
تامين مقاومت گرين‌هاي سوخت جامد، يكي از مسايل اصلي در مرحله طراحي است. مشخصه‌هاي مكانيكي سوخت جامد، زياد نيست. تنش بالايي به گرين جازدني در نزديك محل نصب ديافراگم وارد مي‌شود. توأم با سوختن، گرين نازك مي‌شود و گاهي به ذراتي تبديل مي‌شود كه قسمتهايي از آن از طريق ديافراگم از محفظه به بيرون پرتاب مي‌شود و افت جزئي ايمپالس را در پي دارد. گرين‌هاي متصل شونده به طور دايم تحت فشار داخلي قرار دارند كه خطر ايجاد ترك در نزديك كانال گازي وجود دارد.
بنابراين محاسبه و بررسي تنش حرارتي و فشاري در هنگام توليد مهم است. همچنين تغيير شكل خزشي كه در مدت زماني طولاني نگهداري اتفاق مي‌افتد، بايد بررسي شود.
ساخت موتورهاي با تناژ بالا با گرين متصل شونده نه فقط از نظر تكنولوژي سخت و مشكل است، بلكه در فرايند توليد نيز مشكلات عديده‌اي دارد. در زمان خنك شدن گرين ريخته‌گري شده در محفظه و هنگام نگهداري و حمل و نقل آن، ممكن است آثار جدي در سوخت ايجاد شود. در اين صورت موتور ساخته شده با اين همه مشكلات به طور كامل از بين مي‌رود. بنابراين امروزه موتورها را از چند قسمت با گرين متصل شوندة مجزا و مستقل مي‌سازند. موتور ساخته شده كاملاً يك تكه نيست و در طول به چند قسمت تبديل مي‌شود. هر يك از قسمتها به ديگري متصل مي‌شود. اين كار براي توليد، راحتي و فراواني را به دنبال دارد، چرا كه حجم قطعات ريخته گري شونده چند تني كوچك‌تر مي‌شود و حمل و نقل آنها نيز ساده‌تر مي‌گردد و اگر عيب و مشكل مشاهده شود، فقط همان قسمت معيوب تعويض مي‌شود و نه همة موتور. موتورهايي كه شامل گرين‌هاي چند قسمتي هستند، با وجود اين كه محاسن متعددي دارند، اما داراي مشكلات خاص نيز هستند. قبل از هرچيز لازم است بررسي شود كه چگونه سوختن در ناحيه اتصال بين قسمت‌ها صورت مي‌گيرد.
معمولاً لبه‌هاي سوخت عايق مي‌شود. به عبارت ديگربا مواد پليمري مقاوم در مقابل حرارت پوشيده مي‌شود كه اجازه نمي‌دهد. شعله، سطح لبة سوخت را محترق كند. اما چگونه مي‌توان دو قسمت بدنه استوانه‌اي شكل با قطر بزرگ را به يكديگر متصل كرد؟ عايق حرارتي و ماشين كاري محل اتصال در چنين قطرهاي بزرگي، چون مقاومت بدنه كم است، كار مشكلي است. معمولاً از فلانژ با اتصال پيچ و مهره‌اي استفاده مي‌شود.
پس از بررسي مسأله ارتباط بين گرين و محفظه، پايداري احتراق را بررسي مي‌كنيم. قبلاً بيان شد كه براي پايداري احتراق سوخت جامد، حد فشار در محفظه را بايد در سطح معيني نگاه داشت. هنگام احتراق، انتقال حرارت پايدار و كاملاً زياد به سطح در حال سوختن سوخت مورد نياز است. براي هر نوع سوخت، بسته به حجم فضاي آزاد محفظه، مقدار فشار مي‌نيممي وجود دارد كه در فشار كم‌تر از آن موتور نمي‌تواند پايدار كار كند. پس از سوختن كامل گرين، احتراق‌هاي محلي صورت مي‌گيرد كه از طريق نازل مقداري مخلوط دودي شكل خارج مي‌شود. پس از چند «عطسه» كار موتور كاملاً تمام مي‌شود. مقدار پاييني فشار بحراني در يك رنج كاملاً وسيع تغيير مي‌كند. براي پايداري كار موتورهايي با پيش‌ران خيلي كم، نبايد فشار در محفظه كم‌تر از 100 كيلوگرم نيرو بر سانتيمتر مربع باشد. براي موتورهاي بزرگ، فشار بحراني كاهش مي‌يابد و تا حد 5 كيلوگرم نيرو بر سانتيمتر مربع و حتي 3 كيلوگرم نيرو بر سانتيمتر مربع مي‌رسد. سوخت‌هاي كامپوزيت پايدارتر مي‌سوزند و حد فشار بحراني آنها پايين‌تر از سوخت‌هاي دو پايه است. به هر صورت فشار در محفظه بايد بيشتر از مقدار بحراني باشد. در موتورهاي جامد، مشابه موتورهاي مايع، پديده خود ارتعاشي ايجاد مي‌شود و حتي بدترين نوع آن ظاهر مي‌گردد. مكانيزم بروز خود ارتعاشي در موتور سوخت مايع روشن‌ترو قابل فهم تر است و ممكن است از محفظه و سيستم تزريق ناشي شده باشد. در موتورهاي سوخت جامد، سيستم تزريق خارجي وجود ندارد و سيستم تزريق داخلي است. شعله سطح گرين را گرم مي‌كند و خود تأمين كنندة انرژي است. افزايش گاز باعث افزايش فشار و دبي جرمي عبوري از نازل مي‌شود كه به نوبة خود روي توليد مجدد گاز اثر مي‌گذارد.
فرايند اين مكانيزم پيچيده است و جنبه‌هاي تئوري آن ناشناخته مانده است. عدم وجود تئوري و روش‌هاي محاسبه‌اي مناسب بدين مفهوم نيست كه در عمل هيچ كاري براي مبارزه با بروز خود ارتعاشي صورت نگرفته است، بلكه امروزه خيلي از اين مطالب روشن شده است.
به طوراختصار مي‌توان گفت كه در موتورهاي سوخت جامد، به طور دقيق دو نوع فرايند فركانس پايين و فركانس بالا يا اكوستيكي اتفاق مي‌افتد. نوع اول خود ارتعاشي در رنج فركانس‌هاي از يك تا چند هرتز ايجاد مي‌شود. محفظه به طور سنكرون در همه حجم آن را حس مي‌كند. در فشارهاي خيلي كم اين خود ارتعاشي مي‌تواند به «عطسه»تبديل و احتراق قطع شود. ارتعاشات فركانس بالا در رنج فركانس‌هاي آكوستيكي رخ مي‌دهد و با تغيير پريوديك فشار در نقاط مختلف محفظه همراه با تغيير فاز مشخص مي‌شود. خود ارتعاشي فركانس بالا در موتور موشك جامد ممكن است باعث تخريب گرين و انهدام محفظه شود. در اينجا نيز مانند موتورهاي سوخت مايع، مدهاي ارتعاشات گاز ديناميكي مي‌تواند محوري و يا شعاعي باشد. چون گسترش ارتعاشات گاز ديناميكي به شدت وابسته به شكل محفظه است و از طرفي در موتورهاي سوخت جامد شكل سطح سوختن هم زمان با سوختن سوخت تغيير مي‌كند. بنابراين ارتعاشات گاز ديناميكي به وجود آمده ممكن است به مرور زمان از بين برود.
امكان ايجاد خود ارتعاشي به مقدار زيادي منوط به تغيير سرعت سوختن برحسب فشار است. كاهش شاخص v باعث كاهش احتمال ايجاد خود ارتعاشي مي‌شود. از اين نظر سوخت‌هاي دو پايه بدترند. همچنين مشهود است كه مرزهاي نواحي ناپايداري برحسب ضريب انباشتگي محفظه از سوخت تغيير مي‌كند. بنابراين هرچه حجم آزاد كم‌تر باشد، اثر گاز توليد شده روي فشار بيشتر مي‌شود. علاوه بر اين، از تجربه برمي‌آيد كه رژيم‌هاي ارتاشي همچنين مرتبط با ابعاد واقعي موتور است. اضافه كردن ذرات فلزي به سوخت‌هاي كامپوزيت تا حد زيادي اين سوخت‌ها را در مقابل خود ارتعاشي ايمن مي‌كند. همه اين نكات و نكات مفيد ديگر و همچنين يافته‌هاي تجربي امكان مقابلة موفق با رژيم‌هاي ارتعاشي احتراقي در موتورهاي سوخت جامد را فراهم مي‌كند.

 

[mahdi.adelinasab]

پایان

پایان

این مقاله پروژه درس ترمودینامیکم بوده.
این تاپیک رو تقدیم به تمام دوستان 17 سالی می کنم که علاقه مند ورود به محیط پر تلاطم دانشگاه هستند.
پیروز بوده باشید
یا علی