گرين و محفظه

[mahdi.adelinasab]

[FONT=&quot]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.[/FONT]
[FONT=&quot]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.[/FONT]
[FONT=&quot]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.[/FONT]
[FONT=&quot]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.[/FONT]
[FONT=&quot]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.[/FONT]
[FONT=&quot]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 [/FONT]OA[FONT=&quot] 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 [/FONT]AB[FONT=&quot] ناحيه احتراق يكنواخت ناميده مي‌شود. در اين جا تغييرات پيش ران برحسب زمان طبق گسترش شكل گرين انجام خواهد شد.[/FONT]
[FONT=&quot]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- [/FONT]IIIC[FONT=&quot]» ميتوان ديد.[/FONT]
[FONT=&quot]كار موتور با ناحيه [/FONT]BC[FONT=&quot] 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.[/FONT]
[FONT=&quot]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. [/FONT]
[FONT=&quot]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. [/FONT]
[FONT=&quot]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. [/FONT]

 

[mahdi.adelinasab]

ادامه

ادامه

[FONT=&quot]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.[/FONT]
[FONT=&quot]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.[/FONT]
[FONT=&quot]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.[/FONT]
[FONT=&quot]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.[/FONT]
[FONT=&quot]امكان ايجاد خود ارتعاشي به مقدار زيادي منوط به تغيير سرعت سوختن برحسب فشار است. كاهش شاخص [/FONT]v[FONT=&quot] 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.[/FONT]
[FONT=&quot]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.[/FONT]