واکنش

شیمی و فناوری

واکنش

شیمی و فناوری

دانشجویان شیمی فناوری

پیوندهای روزانه

شیمی پیشرانه‌ها

چهارشنبه, ۱۵ بهمن ۱۳۹۳، ۰۲:۰۱ ق.ظ
معرفی شیمی پیشرانه

موشک های فضایی مانند موشکهای آتشبازی عمل می کنند . سوخت با ماده ای به نام اکسنده که حاوی گاز تسریع کننده احتراق یعنی اکسیژن است ، ترکیب می شود آنگاه این ترکیب که یک پیشران محسوب می شود می سوزد و گازهای داغی را تولید می کند  این گازها منبسط می شوند و از طریق یک دماغه خارج می شود و سبب حرکت موشک به طرف بالا می شود.

این واکنش را برای اولین بار در قرن هفدهم ، دانشمند انگلیسی اسحاق نیوتن در قانون سوم حرکتش بیان کرد . او اظهار کرد که برای هر عملی ( خروج گازها ) عکس العملی است مساوی و بر خلاف جهت آن ( حرکت موشک ) .

  اصول مشابه

اصول اساسی موشک های آتش بازی که در جشنها استفاده می شوند ، تفاوت چندانی با موشکهای پرتاب کننده فضاپیما ها ندارند . نیرویی که هر موشک را به طرف جلو حرکت می دهد ، نیروی پیشران نامیده می شود .

قدرت نیروی پیشران به سرعت خارج شدن گاز خروجی بستگی دارد . نیروی پیشران به موشک شتاب می دهد و سبب افزایش سرعت آن می شود . مقدار شتاب نیز بستگی به جرم موشک دارد هر چه موشک سنگین تر باشد ، برای رسیدن به فضا ، به نیروی پیشران بیشتری نیاز دارد .

تا زمانی که موتورهای موشک روشن و در حال تولید نیرو پیشران هستند ، شتاب فضاپیما نیز هر لحظه زیادتر می شود .

موتور موشک یا از سوخت مایع استفاده می کند یا جامد ، اما ممکن است یک موشک کامل در مراحل مختلف از هر دو نوع سوخت استفاده کند .

کارشناسان موشک هایی را پیشنهاد کرده اند که از انرژی اتمی به صورت سوخت استفاده می کنند ، زیرا آنها از نظر مصرف انرژی بسیار مقرون به صرفه اند . اما ترس از خطر استفاده از سوخت اتمی مانع استفاده از این نوع موشک ها شده است .

سوخت های پیشران از نوع سوخت و اکسنده نشکیل شده است . برای روشن کردن موشک ، کافی است یه جرقه به سوخت برسد آن را روشن کرده است سوخت تا قطره آخر می سوزد و از دماغه موشک خارج می شود .

اولین موشک را در قرن یازدهم در کشور چین ساختند . آنها موشکهایی بودند که از سوخت جامد استفاده می کردند .

سوخت این موشک ها نوعی باروت بود که از ترکیب نیترات پتاسیم ، زغال سنگ چوب و سولفور تشکیل شده بود .

پیشرانش (Propulsion): رانشی که در اثر خروج گاز تولید شده درمحفظه احتراق از نازل و انبساط آن در سطح بیرونی نازل پدید می‌آید.

پیشرانه (Propellant):  اسم فاعل Propulsion، مواد پرانرژی (شامل سوخت و اکسید کننده) هستند که برای سوختن یکنواخت و بدون خطر، جهت تامین انرژی پیشرانش طراحی می‌شوند.

نیروی تراست (Thrust): طبق قانون سوم نیوتن نیرویی که یک پشیرانه در موشک ایجاد می کند بصورت نیروی عکس العمل می باشد و در اصطلاح نظامی به آن، نیروی تراست می گویند.

طبقه بندی پیشرانه‌ها:

الف- پیشرانه‌های مایع

ب- پیشرانه‌های جامد

ج- پیشرانه‌های ژل

د- پیشرانه‌های هیبرید

الف) طبقه بندی پیشرانه‌های مایع:

پیشرانه‌های مایع دو نوعند:

1- Mono propellant: سوخت و اکسیدانت یک مایع می‌باشد. مثل هیدرازین، H2O2، نیترو متان و ایزوپروپیل نیترات.

2- Bi propellant : سوخت و اکسیدانت دو مایع مجزا  مثل [O2(Liq.),H2(Liq.)]، [O2(Liq.),Kerosene] و[HNO3,UDMH] که خود اینها دو نوعند:

– Hypergolic: سوخت و اکسیدانت به محض تماس با یکدیگر شعله‌ور می‌شوند. آمین‌ها با اسید نیتریک

– Non Hypergolic: سوخت و اکسیدانت واکنش خودبخودی با یکدیگر ندارند.

طبقه‌بندی پیشرانه‌های مایع بر مبنای دیگر:

1- Storable: تحت دما و فشار معمولی به صورت مایع هستند و قابل ذخیره کردن می‌باشند.

2- Cryogenic: تحت شرایط دما و فشار معمولی به صورت گاز هستند و تحت دماهای بسیار پایین و فشارهای بسیار بالا به صورت مایع در می‌آیند و شرایط نگهداری خاصی دارند. مثل [O2(Liq.),H2(Liq.)].

ب) طبقه‌بندی پیشرانه‌های جامد:

پیشرانه‌های جامد نیز بر مبانی مختلفی طبقه‌بندی می‌شوند. از جمله:

–     پیشرانه‌های تفنگی (پیشرانه‌های انفجاری)

–     پیشرانه‌های موشکی (پیشرانه‌های غیرانفجاری)

یا

–     پیشرانه‌های بدون دود

–     پیشرانه‌های کم دود

–     پیشرانه‌های دود دار

به طور متعارف پیشرانه‌های تفنگی به صورت زیر طبقه بندی می‌شوند:

1- پیشرانه‌های تک پایه (بر پایه نیتروسلولز)

2- پیشرانه‌های دو پایه (بر پایه نیتروسلولز و نیتروگلیسیرین)

3- پیشرانه‌های سه پایه (بر پایه نیتروسلولز و نیتروگلیسیرین و نیتروگوانیدین)

4- پیشرانه های با آسیب پذیری کم یا   LOVA

(Low Voulnerability Ammunition)

به طور متعارف پیشرانه‌های موشکی به صورت زیر طبقه بندی می‌شوند:

1- پیشرانه‌های دو پایه (همگن)

2- پیشرانه‌های کامپوزیت یا مرکب (ناهمگن)

پیشرانه‌های دو پایه خود به چند دسته تقسیم می‌شوند:

1- دوپایه معمولی (اکسترودی یا ریخته‌گری)

2- CMDB (دوپایه اصلاح شده مرکب)

3- EMCDB (دوپایه اصلاح شده الاستومری ریخته‌گری)

4- EMEDB (دوپایه اصلاح شده الاستومری اکسترودی)

5- XLDB (دوپایه شبکه‌ای شده)

مقایسه پیشرانه‌های مایع و جامد:

پیشرانه‌های مایع

پیشرانه‌های جامد

تکنولوژی موتور پیچیده و گران

تکنولوژی موتور ساده و ارزان

تراست کم تا متوسط در زمان بالا

تراست بالا در زمان کوتاه

کنترل تراست امکان‌پذیر

کنترل تراست تقریباً امکان ناپذیر

امکان توقف/شروع مجدد

عدم امکان توقف/شروع مجدد

آماده سازی زمان‌بر و پرهزینه

آماده سازی سریع و کم هزینه

انبارداری با شرایط خاص

انبارداری نسبتا آسان

 

بستگی به موارد کاربرد از پیشرانه های مایع یا جامد استفاده میشود.

نوع انتخاب به نوع استفاده و وزن کاربرد مورد نظر بستگی دارد.

در موارد نظامی، جنبه مالی کمتر مورد نظر قرار میگیرد و جنبه های مربوط به کارایی و قدرت پررنگ تر میشود.

ج) پیشرانه‌های ژل:

از افزودن یک عامل ژل‌کننده به اجزای پیشرانه‌های مایع به دست می‌آیند (به منظور افزایش دانسیته) و می توان گفت که نسل پیشرفته‌ی پیشرانه های مایع می باشد.

عامل ژل‌کننده برای اکسیدانت مثل سیلیکون دساید (نظیر ژل اسید نیتریک).

عامل ژل‌کننده برای سوخت مثل اتیل‌سلولز (نظیر ژل UDMH).

د) پیشرانه‌های هیبرید:

برای ایجاد قابلیت شروع/توقف برای موتورهای سوخت جامد  طراحی شده‌اند و  خود به دو دسته تقسیم می‌شوند:

1- هیبرید مستقیم: سوخت جامد و اکسیدکننده مایع نظیر: HTPB و O2(Liq.).

2- هیبرید معکوس: سوخت مایع و اکسیدکننده جامد نظیر: ترکیب سوخت‌های هیدروکربنی و آمونیوم پرکلرات.

پیشرانه‌های هیبریدی نسل پیشرفته‌ی پیشرانه های جامد می باشند که در نسل پیشرفته‌تر آنها، ژل جایگزین مایع شده است.


منبع: +

نظرات  (۰)

هیچ نظری هنوز ثبت نشده است

ارسال نظر

کاربران بیان میتوانند بدون نیاز به تأیید، نظرات خود را ارسال کنند.
اگر قبلا در بیان ثبت نام کرده اید لطفا ابتدا وارد شوید، در غیر این صورت می توانید ثبت نام کنید.
شما میتوانید از این تگهای html استفاده کنید:
<b> یا <strong>، <em> یا <i>، <u>، <strike> یا <s>، <sup>، <sub>، <blockquote>، <code>، <pre>، <hr>، <br>، <p>، <a href="" title="">، <span style="">، <div align="">
تجدید کد امنیتی