مقالات
در حال خواندن
موشک های سوخت جامد و سوخت مایع
0

موشک های سوخت جامد و سوخت مایع

توسط محمد دمرلو۲۳ اردیبهشت, ۱۳۹۶

تعریف موشک

پرتابه‌ای است که با نیروی عکس‌العمل ناشی از خروج گاز (معمولاً ناشی از سوختن سوخت) حرکت می‌کند. در موشک ماده اکسیدکننده نیز به همراه سوخت حمل می‌شود و سوختن سوخت در آن نیاز به اکسیژن هوا ندارد. از این نظر موشک با راکت و فشفشه فرق دارد.

انواع موشکها
موشک‌ها از نظر سوخت به دو دسته موشک با سوخت مایع و موشک با سوخت جامد تقسیم می‌شوند.

موشکهایی با سوخت پیشران جامد

سوختهای پیشران از یک نوع سوخت و یک اکسنده تشکیل شده‌اند. برای روشن شدن موشک، کافی است یک جرقه کوچک سوخت پیشران آنرا آتش بزند. سوخت آتش گرفته تا آخرین قطره می‌سوزد. گازهای حاصل از سوخت پیشران را از طریق دماغه انتهایی موشک خارج می‌شوند. اولین موشکها را احتمالا در قرن یازدهم میلادی در کشور چین ساخته‌اند. آنها موشکهایی بودند که از سوخت پیشران جامد استفاده می‌کردند. سوخت موشک یک نوع باروت بود که از مخلوطی از نیترات پتاسیم ، زغال چوب و سولفور تشکیل شده بود.

موشکهایی که از سوخت پیشران جامد استفاده می کنند، اغلب به عنوان موشکهای تقویت کننده‌ای استفاده می‌شوند که نیروی اولیه موشکهای بزرگتر را تأمین می‌کنند. موشکهای بزرگتر خود از سوخت پیشران مایع استفاده می‌کنند. بزرگترین موشکهای مصرف کننده سوخت جامد با ۴۵ متر ارتفاع جزء موشکهای تقویت کننده شاتل فضایی ایالات متحده محسوب می‌شوند. آنها حاوی ۵۸۶۵۰۰ کیلوگرم (۲/۱ میلیون پوند) سوخت پیشران هستند که بطور متوسط ۱۳ میلیون تن (۵/۳ میلیون پوند نیرو) نیروی پیشران را تولید می‌کنند.

این موشکها را طوری طراحی کرده‌اند که بعد از اتمام سوخت و افتادن در دریا ، از دریا بیرون کشیده شده ، دوباره برای مأموریتهای بعدی سوختگیری می‌شوند. ساخت موشکهایی که از سوخت جامد استفاده می‌کنند چندان دشوار نیست. آنها مقدار زیادی نیروی پیشران را در یک مدت زمان کم تولید می‌کنند. تنها ایراد این نوع موشکها این است که بعد از روشن شدن به راحتی خاموش نمی شوند. به عبارت دیگر ، نمی‌توان آن را به آسانی تحت کنترل درآورد.

 انواع موتورهای به کاررفته در موشک ها به وسیله ی پیشران جامد

  • جت
  • توربو فن
  • پالس جت
  • رم جت
  • اسکرم جت

انواع پیشرانه های جت (با سوخت جامد)

پیشرانه های جت به دو گروه اصلی هوا زی و غیر هوازی تقیسم می شوند که راکت ها از نوع غیر هوازی بوده و پیشران های توربو جت ،توربو فن، توربو پراپ، توربو شفت، پالس جت و رم جت از انواع هوازی هایی هستند که برای ایجاد نیروی پیشرانش در هواگردها (Aircraft) مورد استفاده قرار می گیرند.

نیروی پیشرانش در موتورهای توربو جت عکس العملی است که منحصراً از عمل جت سیال که از خروجی موتور بیرون می زند بدست می آید و نام موتور جت نیز از اینجا گرفته شده است.

موتور های توربو فن،توربو پراپ و توربو شفت گونه های اقتباس یافته ای از موتور های جت هستند که تقریباً بیشتر نیروی پیشران را از طریق فن، ملخ و روتور (به واسطه ی شفت) ایجاد می کنند.

موتورهای توربو جت

اصول پایه ی کارکرد این نوع موتورها تقریباً ساده است ، هوا از طریق یک مجرای ورودی به بخش کمپرسور وارد شده و متراکم می شود ، سپس هوای متراکم وارد محفظه ی احتراق شده و با اضافه شدن سوخت مشتعل می شود . گرمای ناشی از احتراق مخلوط هوا و سوخت باعث منبسط شدن و جریان یافتن آن به سمت انتهای موتور می گردد،این جریان منبسط شونده از میان یک سری پره های توربین عبور می کند که از طریق یک شفت به کمپرسور متصل شده اند . هوای منبسط شده توربین را به گردش در می آورد که در نتیجه باعث به حرکت در آمدن کمپرسور نیز می شوند.

زمانی که هوای منبسط شونده بخش توربین را نیز پشت سر گذاشت با سرعتی بسیار بیشتر از زمانی که وارد موتور شده از آن خارج می شود که این تفاوت سرعت بین هوای ورودی و خروجی رانش مورد نیاز را ایجاد می کند.در واقع موتورهای توربو جت شتاب بسیار زیادی به حجم کمی از هوا می دهند.

موتورهای توربوفن

توربو فن یک کمپرسورفن بسیار بزرگ در جلوی موتور دارد که نسبت زیادی از هوا پس از عبور از فن از فاصله ی بین فن و پوسته عبور کرده، در انتهای موتور با گازهای داغ خروجی موتور یکی می شوند و نیروی پیشرانه را افزایش می دهد.توربو فن ها کارایی بهتری نسبت به توربوجت های ساده دارند زیرا به حجم زیادی از هوا که ازفن عبور می کند شتاب داده می شود و با توجه به هوای کمی که از هسته موتور عبور می کند نیروی پیشرانه ی زیادی تولید می کند . موتورهای توربو فن و توربو جت در اعداد ماخ کم ، ضربه ویژه بالایی دارند این موتورها می توانند با تولید حرارت کم در مدت زمان طولانی با سوختی کم و نزدیک به سطح زمین به پرواز ادامه دهند. همین باعث می شود که امکان ردیابی آنها توسط حسگرهای حرارتی و یا رادارهای زمین بسیار کم با شد . به همین دلیل بیشتر موشک های مورد استفاده توسط ارتش های جهان از این نوع موتورها استفاده می کنند.لازم به ذکر است بهینه ی سرعت این نوع موتورها تا سرعت ۲ ماخ است.

موتورهای پالس جت

موتور پالس جت یک موتور جت است که برای متراکم سازی سوخت خود از هوا استفاده می کند .

اجزای اصلی این موتور را یک ورودی هوا به همراه مسدود کننده و محفظه ی احتراق ایجاد شده بین آنها تشکیل می دهد . تولید پیشرانه در این موتور با حرکت مکانیکی یک مسدود کننده که باعث افزایش فشار محفظه احتراق می شود صورت می گیرد.

موتور های رم جت

رم جت ساده ترین شکل یک موتورجت است و از لحاظ کارکرد ترمودینامیکی مشابه موتور جت معمولی است . در رم جت به جای استفاده از یک کمپرسور ، در اثر حرکت سریع موتور به سمت جلو هوا متراکم شده و سپس می سوزد که به این پدیده رم گفته می شود.

از این رو برای شروع به کار رم جت باید از موتور دیگری استفاده کنیم و به همین دلیل موشک های رم جت از هواپیمای متحرک رها می شوند و یا با استفاده از راکت های بوستر به آنها شتاب داده

می شود تا سرعت بگیرند.بهینه ی سرعت آنها بین ۲ تا ۵ ماخ است.

موتورهای اسکرم جت

اسکرم جت از لحاظ کارکرد شباهت بسیار زیادی با موتور رم جت دارد.تنها تفاوت بین این دو موتور درسرعت هوای ورودی به محفظه ی احتراق است.دراین موتور هوا با سرعت مافوق صوت به محفظۀ

احتراق وارد می شود و سرعت هوا درتمام مسیر عبور از موتور ما فوق صوت باقی می ماند.حد اکثر ضربه ی ویژه ی قابل دست یابی توسط موتور اسکرم جت توسط پدیده ی خفگی حرارتی محدود می شود.با افزایش سرعت ورود هوا به محفظه ی احتراق موتور ، دمای هوا نیز افزایش می یابد و این افزایش دما باعث افزایش سرعت صوت می شود.

مواردی که در طراحی موتور اسکرم جت باید در نظر گرفته شود اختلاط مناسب هوا و سوخت، احتراق بهینه ی مخلوط سوخت و هوا و همچنین یکپارچگی موتور با بدنه ی هوایی است.

بهینه ی پرواز این موشک در ماخ ۶ و ارتفاع ۱۰۰ هزار پایی است.

پیشرانه مخلوط شیمیایی شامل سوخت و اکسید کننده می باشد که با سوختن در موشک ها نیروی پیشران ایجاد می نماید.پیشرانه ها با توجه به حالتشان به مایع، جامد و یا هیبرید دسته بندی می شوند.معیار دسته بندی کارایی پیشرانه ها ضربه ی ویژه یا امپلانس ویژه است.

ضربه ی ویژه مشخص می کند که به ازای مصرف یک کیلوگرم پیشرانه در یک ثانیه چند کیلو گرم نیروی پیشران فراهم می شود.

موشکهای با سوخت مایع

اکثر موشکهایی که از آنها در پروازهای فضایی استفاده می‌شود، از سوخت پیشران مایع بهره می برند. سوخت و اکسنده که در مخزنهای جداگانه‌ای نگهداری می‌شوند، هر دو مایع هستند. پمپهای قدرتمندی آنها را به محفظه احتراق می‌برند؛ در آنجا آنها باهم ترکیب شده ، شروع به تولید گازهای خروجی می‌کنند. گازهای مذکور نیز به نوبه خود از دماغه انتهایی موشک خارج می‌شوند. بعضی از موشکها از یک ماده قابل اشتعال سریع برای شروع احتراق استفاده می‌کنند. سوخت پیشران سایر موشکها هنگام ترکیب سوخت و اکسنده شروع به احتراق می‌کند.

اما روش احتراق در این موشکها اکسنده و سوخت باهم ترکیب می‌شوند و در محفظه احتراق شروع به سوختن می‌کنند. سپس گازهای خروجی حاصل از فرآیند احتراق از دماغه خارج و به عنوان نیروی پیشران ، موشک را به طرف جلو حرکت می‌دهند.
توجه کنید کمتر از سوخت مایع در موشکهای بالستیک استفاده می شود مگر در انواع قاره پیما که نیاز به رانش بیشتری دارند و گرنه بیشترین مورد استفاده در موشکهای فضایی است.

اجزای موشک های با سوخت مایع

موشک های با سوخت مایع دارای قسمتهای عمده ای به شرح زیر می باشند:

مخازن، سیستم سوخت رسانی، اتاقک احتراق، ساز و کار خنک کننده، اگزوز یا نازل.

مخازنبه محفظه هایی گفته می شود که سوخت و اکسید کننده در آنها نگهداری می شوند. محفظه های مذکور باید نسبت به واکنش و خوردگی در مقابل مایع محتوی خود مقاومت داشته و بتوانند فشارهای ناشی از انتقال سوخت در سیستمهای سوخت رسانی تحت فشار را تحمل کنند.

سیستم سوخت رسانی

به مجموعه ای از لوله های و پمپها و سوخت فشانها اطلاق می شود که کار انتقال سوخت را از محفظه های نگهداری سوخت به اتاقک احتراق بر عهده دارند. برای انتقال سوخت از مخازن از دو روش پمپاژ یاانتقال تحت فشار استفاده می شود. در روش اول یک پمپ کار انتقال پیشران را بر عهده دارد، در حالی که در روش دوم فشار یک گاز مانند هلیوم یا نیتروژن باعث حرکت پیشران ها از مخازن به اتاقک احتراق می شود.

اتاقک احتراق

محفظه ای از جنس آلیاژ فولاد بسیار محکم است که عمل ترکیب پیشرانها و احتراق در آن صورت می گیرد.

سیستم خنک کننده

به مجموعه تمهیداتی اطلاق می شود که جهت جلوگیری از ذوب یا خراب شدن اتاقک احتراق و اگزوز به علت گرمای زیاد ناشی از احتراق به کار گرفته می شود. در برخی از ساز و کارهای خنک کننده لوله‌های حاوی پیشران قبل از ورود به اتاقک احتراق از کنار محلهای مورد نیاز عبور داده می شوند. استفاده از مواد مقاوم نسبت به گرما مانند سرامیک نیز یکی دیگر از روشهای خنک سازی است.

اگزوز یا نازل

مجرایی است که وظیفه انتقال گازهای گرم حاصل از احتراق را به خارج بر عهده دارد. در طراحی نازل عوامل مختلفی نظیر سرعت گازها، جنس نازل و عوامل دیگر باید لحاظ شوند. نازلها به دو دسته واگرا و همگرا تقسیم می شوند. نازلهای واگرا دهانه خروجی گشادتر از دهانه ورودی است، در حالی که در نازلهای همگرا دهانه خروجی تنگتر است.
مزایا و معایب سوخت جامد و مایع

– سوخت مایع قابل منترل بودن دارد.
– نیروی آزاد شده از  ۱گرم سوخت مایع، بیشتر از جامد است.
– سوخت مایع از وزن موشک می کاهد و انبار و جاسازی آن راحتتر است.
– سوخت جامد سرعت بالا ایجاد میکند و بیشتر برای پدافند هوایی بکار می رود.
– سوخت مایعی که در دمای معمولی مایع نشود نیاز به تجهیزات دارد که نتیجه اش بالا بردن وزن موشک است.
– اگر سوخت مایع فشار بخار بالایی داشته باشد باید انباره ضخیم باشد تا دچار کاواک زایی نشود که در نتیجه وزن موشک بالا می رود.

یک برتری و یک اشکال عمده موشک های با سوخت جامد

یک اشکال عمده و بزرگ سوخت جامد این هست که میزان سوخت خروجی و در نهایت سرعت به این راحتی ها قابل کنترل و تغییر نیست یعنی شما نمیتونید میزان خروج سوخت رو بعد از پرتاپ کم یا زیاد کنید و در بازه های زمانی مختلف تغییر بدید برای همین وقتی میخوان موشکی رو به فضا پرتاب کنند از موشک های سوخت مایع استفاده میکنند تا بتونن سرعت رو کنترل کنند و در صورت نیاز کم یا زیاد کنند تا بتونن موشک رو دقیقا به سرعت مورد نظر برسونن .

ولی برتری سوخت جامع این هستش که آماده سازی موشکی با سوخت جامع به دشواری موشک سوخت مایع نیست و بسیار ساده تر هست ولی موشک هایی با سوخت مایع بسته به اندازشون ممکنه که در بعضی موارد به سکو های پرتاپ ثابت نیاز پیدا کنند که در مورد موشک های سوخت جامد این مشکل وجود نداره و یا بهتره بگیم خیلی خیلی کمه!  همچنین سوخت جامد دیرتر فاسد شده و نیاز به تعویض پیدا میکنه در حالی که سوخت مایع کاملا برعکس این امر هستش وباید زود به زود عوض بشه درنتیجه آماده نگه داشتن موشک های سوخت مایع بسیاز هزینه بر خواهد بود.

واکنش شما چیست؟
I like it
71%
interested
29%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
محمد دمرلو

پاسخ بدهید