پیشرانش ژل پایه پیشرانش ژل پایه

[seyedmohammad 10,524]

بسمه تعالی 

182

پیشرانش ژل پایه

همه تاکنون الکل ژله ای یا سوخت ژلاتینی که با باعنوان تجاری آتشزنه به فروش میرسه رو دیدید . برای تهیه این ماده به دو روش عمل میشه   یا با حل کردن اندکی کربومر در حداقل آب و سپس تنظیم pH  با استفاده از چند قطره دی یا تری اتانول آمین ژل رو درست میکنن و بعد الکل رو اضافه میکنن  تا یک محلول کامل و پایدار تشکیل شود .یا اینکه کلسیم کربنات را با استیک اسید واکنش داده و آب آن را خارج میکنن بعد به رسوب کلسیم استات حاصل الکل اضافه میکنن تا ژل تشکیل بشه .

اینکار رو در مورد مواد پر انرژی تر هم میشه انجام داد و ازونها برای ساخت پیشرانه ی موشک و یا راکت و یا سر جنگی  استفاده کرد .در این حالت موادی به سوخت اصلی اضافه میشه که اون رو با حفظ خاصیت احتراق به شکل نیمه جامد درمیاره . امروزه با گسترش نانو شیمی و وجود انواع پلیمرها ، معمولا از پلیمر برای این کار استفاده میشه . 

استفاده از ژل به عنوان ماده موثره ی سر جنگی مسوق به سابقه هست . بمب های ترمو باریک در برخی انواع از خود دارای دوغاب ژله ای هستند . نوعی ماده ی منفجره به نام ریزال  risal که توسط روسها استفاده میشه حالت ژله ای داره .بمب معروف ناپالم هم از ترکیبی با حالت ژله ای بهره میبرد .

پيشرانه هاي ژل بیس در واقع آخرین فن آوری در زمینه ی پیشرانش هستند  كه آنها رو مي توان حالت بهينه شده پيشرانه هاي مايع دانست. ضربه ویژه بالا، دانسيته مناسب، ايمني بيشتر نسبت به پيشرانه هاي مايع و جامد و امکان مديريت تراست از جمله مزاياي اين پيشرانه ها نسبت به پيشرانه هاي متعارف جامد و مايع هست که هر مورد رو به طور جداگانه اشاره خواهیم کرد انشالله . مزیت دیگر این پیشرانه ها ، فشار بخار کمتر، قابلیت پذیرش مواد پرانرژی جامد و قابلیت انبارداری آسان تر هست .

ضربه ویژه ( ایمپالس ویژه ) : مواد پر انرژی جامد اکثرا  همون مواد فعال در سوخت جامد مانند پودر المینیوم  ، منیزیم و بور  هستند . با اضافه كردن ذرات جامد پرانرژي فلزي و غيرفلزي به مواد منفجره هوا سوز (FAE)، سطح انرژي و در نتيجه ضربه ویژه آنها به ميزان فوق العاده اي افزايش مي يابد.

دانسیته : تلاش هایی برای اضافه کردن مواد جامد پرانرژی  به سوخت مایع انجام شده ولی مشکل اینه که  به دليل اختلاف چگالي وزني ذرات جامد با سوخت مايع، معمولاً پديده اي به نام ناپايداري فاز و ته نشين شدن ذرات جامد كه عمدتاً ناشي از تاثير نيروهاي خارجي (جاذبه، شتاب سلاح و ...) مي باشد در اين نوع تركيبات رخ مي دهد که با ژل کردن سوخت مایع این مشکل از بین میره .به دلیل اهميت توزيع يكنواخت و همگن اين ذرات جامد درون سوخت مايع موجب میشه  كه مشخصه كلوئيدي * ژل  به عنوان يك مزيت مورد توجه قرار بگیره.

ایمنی و ریالیبلیتی : این مساله مربوط به یکی از تفاوت های مهم سوخت جامد و مایع هست و اون هم رزونانس شدید سوخت مایع در حین حرکت موشک هست . این رزونانس هم با تغییر مرکز ثقل موشک روی هدایت موشک تاثیر میزاره و هم ایجاد الکتریسته ساکن میکنه که میتواند در مواردی خطرناک باشه .برای هدایت دقیق تر همواره فرامینی درون کد هدایت موشک نوشته میشه تا خطاهای حاصل از تکان های سوخت مایع رو اصلاح کنه .  سوخت جامد این مشکل رو نداره ولی چون از درون به سمت بیرون میسوزه لازمه که بدنه ی موشک که در تماس با بیرون قالب سوخت هست به صورت ویژه تقویت بشه تا در مقابل سوخت ، مقاومت داشته باشه . مشخصه که این مشکل در سوخت ژله ای وجود نداره و سوخت به صورت یکنواخت و مانند سوخت مایع میسوزه . البته ژله هم در مقایسه با سوخت جامد تا حدودی رزونانس داره ولی در مقابل سوخت مایع به حساب نمیاد . مساله ی بعدی نجات از فرآیند خطرناک و بسیار ریسکی ریخته گری یا قالب گیری سوخت جامد هست که بسیار ظریفه و همواره احتمال عدم قالب گیری درست و کرم خوردگی درون سوخت وجود داره .

مدیریت تراست : سوخت جامد  در کنار مزیت هایی که نسبت به سوخت مایع داره مانند انبارداری طولانی تر ، امکان مدیریت سوزش وجود نداره و پس از روشن کردن سوخت تا انتهای قالب میسوزه . این یکی از دلیل هایی هست که در موشک های سوخت جامد چند استیج پیش بینی میشه تا بشه با چند قسمت کردن سوخت ، تاحدودی اون رو مدیریت کرد . 

انبار داری : سوخت ژل مانندسوخت مایع قابل تزریق در هر ظرف وبه هر شکلی هست در صورتی که قالب گیری سوخت جامد از قواعد خاصی پیروی میکنه و بعد از یکبار قالب گیری امکان تغییر شکلش نیست . همچنین بر خلاف سوخت مایع چکه نمی کند و در مقابل شرایط نامناسب انبار داری مقاوم تر است . طبق اعلام شرکت گرومن هزینه ی انبار داری این نوع سوخت به نسبت سوخت جامد یک به ده هست . 

 

 در طي دهه هاي اخير تحقيقات وسيعي جهت ساخت، كنترل كيفيت، احتراق و بكارگيري اين پيشرانه ها صورت گرفته است. ولی به دلیل لبه ی تکنو لوژی بودن ، چیز زیادی تاکنون در رسانه ها منتشر نشده است . با توجه به گستره ی استفاده هر جا که موتورهای راکتی امکان استفاده داشته باشند امکان استفاده از ازین تکنولوژی نیز وجود دارد . از جمله كاربردهاي اين پيشرانه ها، بكارگيري آنها در موتور اژدرها، موشک های بالستیک و کروز  و حتی سيستمهاي پرتاب صندلي خلبان مي باشد.

اولین تلاش ها در دهه 50 و در naca  و برای ساخت سوخت جهت استفاده در موتورهای رمجت ( جهت استفاده در هواپیماها و موشک ها ) انجام شده و به شکست انجامید . در دهه های بعد نیروی هوایی آمریکا تحقیقات رو ادامه داده و سعی کرد برای موشک های برد بلند سوخت هیدرازین و مشتقاتش ( دی متیل و تری متیل ) رو به صورت ژل مورداستفاده قرار بده که اونهم در اوایل دهه 80 متوقف شد . بعد از شکست در نیروی هوایی ، نیروی زمینی پروژه های کوچکتری برای این هدف مشخص کرد و یکی از اولین کارهای موفق که در این زمینه رسانه ای شده مربوط به تست دو موشک تاو توسط TRW است که ادعا  شده باعث برد بیشتر تاو نسبت به موتور قبلی شده است .لینک

شرکت نورتروپ گرومن نیز مدعی استفاده موفق ازین فن آوری در پروژه ی موشک آینده Future Missile Technology Integration (FMTI متعلق به ارتش آمریکاست . لینک 

یکی دیگر از پیشروان پژوهش در مورد  پیشرانش ژل بیس در کشور آلمان و شرکت MBDA  هست .( لینک )آلمان از سال 2000 پژوهش در زمینه ی Gelled propellant rocket motor (GRM)   رو شروع کرده و ادعا شده که در سال 2009 این تکنو لوژی در مرحله TRL 6  قرار داشته وبنا براین میشه حدس زد هم اکنون در چه مرحله ای هست . راکتهای آزمایشی یا به اصطلاح SOUNDING ROCKETS نتایج مثبتی رو به نمایش گذاشته اند که در این پی دی اف قابل مطالعه هست .

هم چنین بر اساس این لینک ناسا در پی استفاده از سوخت هیدروژن مایع به صورت ژله ای هست که در صورت تحقق انقلابی در عرصه ی سوخت خواهد بود .

در ایران نیز با توجه به این لینک ها (1 و 2 . 3  ) در مجله ی مواد پرانرژی در دانشگاه مالک اشتر مشخصا در ودجا در مورد سوخت مایع مورد استفاده در خانواده ی موشک های ایرانی سوخت مایع ( هیدرازین ) و با توجه این دو  لینک ( 1 و 2 )  در دانشگاه امام حسین ( علیه السلام ) در سپاه پروژه هایی ( ساخت سوخت ژل با پودر آلومینیوم ) در مورد این نوع سوخت ها در جریان هست .

* کلوئید (Colloid) یا چسب‌سانی  حالتی در مخلوط مواد بین محلول و سوسپانسیون است که ذرات حل‌شونده در آن بزرگتر از ذرات محلول‌ها هستند و نور را پخش می‌کند، اما در عین حال کوچکتر از ذرات مخلوط‌ها هستند و ته‌نشین نمی‌شوند  پراکندگی ذرات آن‌ها به صورت پراکندگی یونی و مولکولی نیست، بلکه به صورت مجموعه‌های مولکولی به نام میسل می‌باشند که به راحتی از حلال، قابل تشخیص هستند

 

تصاویر : 

نمونه ی سوخت هایپر گولیک ژل شده :

 

نمونه ی کروسین ( نفت سفید ) ژل شده  و تقویت شده با الومینیوم  :

 

تصویر شماتیک موتور سوخت ژل .ژل طی فرآیند افزایش  فشار به صورت مایع درمیاد و به درون محفظه ی احتراق تزریق میشه :

 

تصویر شماتیک راکت با سوخت ژل . یک پیستون با فشار دادن ژل اون رو به شکل مایع درمیاره و به درون محفظه ی احتراق تزریق میکنه :

 

تصویر ساده تر از نحوه ی کار موتور بالا :

 

تصویر تست راکتی شرکت MBDA : 

 

هر گونه کپی برداری حتی بدون ذکر منبع مجاز و شرعا حلال است .  

 

 

 

[ak2 683]

مطلب جالبیب بود.

میشد بیشتر وارد جزئیات شد.

امیدوارم ادامه پیدا کنه

[ahmad212 18]

یک ماده ای هست که در این صد سال اخیر ساخته شده حجم کم ولی انرژی فوق العاده موندم چطور محققین توی این صد سال بهش پی نبردند

[ak2 683]

چه ماده ای؟

متوجه نشدم

[ahmad212 18]

8 hours قبل , ak2 گفت:

چه ماده ای؟

متوجه نشدم

نمیتونم بگم شاید پروپوزالی ازش درآوردم به یه پولی برسم 

[ninjah 13]

به هیچ چیزی نمی‌رسی راحت عین آب خوردن ازت میگیرن هیچی هم بهت نمیدن میخوای کار علمی بکنی برو اروپا