[Zohreh Gholami]

معرفی راکت موتور و قسمت های مختلف آن
(بخش اول)

راکت موتور: اگر چه دو لغت انگلیسی (MOTOR) و (ENGINE) در فارسی دارای معانی مشابه (موتور) می باشند، ولی از نظر مفهموم کمی  متفاوت اند.

ENGINE به موتورهایی گفته می شود که بتوانند صور مختلف انرژی را به هم تبدیل کنند تا نیرویی جهت انجام کار تولید شود. برای مثال، راکت هایی با سوخت مایع که دارای پمپ مجرا و سیستم الکتریکی هستند(موتور تالوس) راکت موتور از نوع (ENGINE) گفته می شود. در صورتی که (MOTOR) بیشتر شامل وسایلی است که نیروی حاصله فقط با یک تغییر( نظیر تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی) به نیروی مکانیکی تبدیل می شود.

فرق عمده دو لغت فوق در متن انگلیسی بیشتر ناشی از این است که (ROCKET-ENGINE) تکمیل تر از ( ROCKET-MOTOR) است.

بر این اساس، اگرچه علی رغم عدم تطبیق کامل معانی این دو لغت در فارسی، به هر دو راکت موتور اطلاق می شود، توجه به مفهموم این کلمات ضروری است. علی هذا اغلب موشک های امروزه به وسیله راکت موتور پرتاب می شوند و معدودی که به وسیله موتورهای جت متکی به هوا عمل می نمایند برای پرتاب به یک بوستر که راکت موتور(MOTOR)  است، نیاز دارند. برای توضیح بیشتر به تشریح ساختمان راکت موتور (MOTOR) که اغلب دارای سوخت جامد هستند می پردازیم.


موتورهای سوخت جامد
راکت یا سوخت جامد شامل چهار قسمت بدنه، خرج، آتش زنه و نازل می باشد. بدنه به صورت ظرفی سوخت جامد را که خرج نامیده می شود، در داخل خود جای داده و ضمن محافظت، بعد از عمل نمودن آتش زنه مشابه محفظه ی احتراق عمل می نماید، آتش زنه باعث سوختن خرج (زمانی که راکت پرتاب می شود) می شود، نازل باعث تجمع گازها در داخل محفظه ی احتراق شده و طوری شکل داده می شود که باعث تسریع در خروج گازها- هنگامی که موتور ترک می کنند- می شود.


ترکیبات سوخت( خرج)
به طوری که گفته شد، سوخت ، ترکیبی است شیمیایی که پس از احتراق گازهای گداخته تولید و این گازها از شیپوره یا نازل موشک ها با سرعت زیاد خارج می شوند. در واقع مقدار سوخت به کار رفته در موشک خرج پرتاب نیز نامیده می شود. از نظر وضعیت فیزیکی خرج پرتاب انواع مختلفی به شرح زیر دارد:


خرج پرتاب مایع
خرج پرتاب مایع از موادی تشکیل می شود که در درجه حرارت محیط مایع می باشد. اسید نیتریک به عنوان اکسید کننده و هیدروکربور اشباع شده به عنوان ماده ی محترقه، نمونه ای از خرج پرتاب مایع می باشد. همچنین امکان دارد اکسیژن مایع به عنوان اکسید کننده و هیدروژن مایع به عنوان ماده ی محترقه به عنوان خرج پرتاب مایع در موتورهای سوخت مایع به کار برده شود.


خرج پرتاب جامد
در خرج پرتاب جامد، ماده ی اکسید کننده که برای سوخت لازم است در خود خرج پرتاب موجود است که شامل چندین تقسیم بندی است مانند، خرج پرتاب جامد دو پایه، خرج پرتاب جامد ترکیبی، خرج پرتاب هایبرید خرج پرتاب هایبرید معکوس، هیپرگول و سوخت ژل می شوند.


خرج پرتاب دو پایه
این خرج ها اساسا از نیتر و سلولز و نیتروگلیسیرین تشکیل یافته اند. همچنین از پایدار کننده های دی فینل آمین برای جلوگیری از تجزیه ی نیتر و سلولز در این خرجها استفاده می شود. این نوع خرج پرتاب ها انرژی کمتر از 120 kg/kcal از خود نشان می دهند. از این سوخت در کاتیوشا استفاده می شود.


خرج پرتاب جامد مرکب
این نوع خرج از یک اکسید کننده معدنی مانند آمونیوم پرکلرات یک رابط عالی که عمل احتراق را انجام می دهد، تشکیل شده است. از جمله رابط های آلی می توان پلی اورتان، پلی بوتارین و پولی اتیلن را نام برد. یک فلز که معمولا از جنس آلومینیوم است نیز به این مواد اضافه می شود. این فلز باعث ازدیاد انرژی پرتاب می شود.

خرج پرتاب هیبرید
این نوع خرج پرتاب حد وسط خرج پرتاب جامد و مایع است. در سیستم های هایبرید به طور معمول اکسید کننده ی مایع و ماده ی محترقه جامد است. برای مثال اسید نیتریک به عنوان اکسید کننده (مایع) و فلز لیتیوم به عنوان محترقه جامد است.


خرج پرتاب هایبرید معکوس
در این نوع خرج پرتاب از یک اکسید کننده ی جامد مانند هگزونیترواتان و یک ماده ی محترقه مایع نظیر ایزوپروپیل الکل استفاده می شود. این خرج پرتاب توسعه ی قابل توجهی نیافته و در حال تکامل است.


سوخت هیپرگول
این نوع مواد سوختی به هیپرگول سوختی مایع معروف بوده و بدون احتیاج به چاشنی در زمان فعل و انفعالات، سریعا محترق می شوند. از جمله این سوخت ها می توان اسید نیتریک به عنوان اکسید کننده و تری اتین آمین به عنوان مواد سوختی را نام برد.


سوخت ژل:
این مواد از اکسید کننده ی جامد مانند نیترات آمونیوم و یک ماده ی محترقه که دارای ویسکوزیته ی بالا می باشد، مانند پلی ساخارید تشکیل یافته است. سوخت ژل علی رغم اینکه به سهولت تهیه می شود و دارای انرژی زیادی است، خیلی کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.


محسن مرادی

جعبه متن

منبع: تبیان

[/size]

[Zohreh Gholami]

(بخش دوم)

خرج (Grain)
سوخت و اکسید کننده با هم مخلوط شده و به طور مخصوصی در بدن جا می گیرد که خرج پرتاب نامیده می شود. خرج (جامد) ممکن است به صورت کاملا پر در داخل بدنه یا سیلندر قرار گیرد که به نوع سر سوز یا سیگاری معروف است و یا به صورت محفظه خالی میان تهی در سر تاسر طول خرج و بدنه است که به آن خرج توخالی گفته می شود.

خرج میان تهی
خرج حفره ای نیز به آن گفته می شود. وقتی خرج پرتاب، آتش می گیرد از قسمت سطح روشن شده و با سوختن خرج، حرارت و گازهای گداخته شده تولید می شود. گازهای گداخته و در حال احتراق به طرف نازل روانه شده تا نیروی محرکه یا تراست تولید شود. خرج پیش رانی را سرسوز می نامند، زیرا تنها قسمت ممکن خرج جهت سوزش قسمت مقابل نازل است. خرج پرتابی از قسمت سطح ابتدایی و میانی می سوزد. هر اندازه سطوح خارجی خرج می سوزند، گازهای گداخته شده که باعث پرتاب راکت شده، بیشتر تولید می شود.

مقدار گازهای تولید شده در صورتی که ترکیب سوخت و اکسید کننده  در تمام قسمت یکسان باشد به سطح آزاد خرج (سطحی که خالی است و با هوا تماس دارد) بستگی دارد.
 
گازهای تولید شده در تمام طول مدت سوزش به علت اینکه سطح سوزش تغییر نمی کند، ثابت است و تغییرات آن به زمان بستگی دارد. این سوزش، سوزش طبیعی گفته می شود. تراست حاصله از این سوزش نیز به علت فوق تقریبا ثابت و یکنواخت است.

سرعت سوزش در پیشران های با خرج حفره ای یکسان نیست. سوخت از سطح خالی میانی شروع به سوختن نموده و به طرف عمق آن پیشرفت می نماید. اگر قسمت میانی به صورت یک حفره ساده یا لوله ای خالی باشد، می گوییم خرج با سیر صعودی می سوزد، زیرا سطح سوزش دایم افزایش پیدا می کند گازهای گداخته شده ی بیشتری تولید می نماید. افزایش سطح سوزش به این دلیل است که هرچه مقدار خرج از نظر سوختن بیشتر شود، سطح حفره خالی و در نتیجه سطح سوزش افزایش پیدا می کند. خرج با سرعت سوزش بالا رونده به علت تولید گازهای گداخته شده بیش از پیش باعث تولید تراست افزاینده می شود.

پیشران با خرج ستاره ای شکل دارای میزان سوزش کم شونده می باشد لذا با گذشت سوزش گازهای گداخته شده ی حاصل کم می شود. سطح آزاد خرج حفره ای با شکل ستاره ای بیش از سطح خرج به صورت حفره ای و لوله ای است وقتی آتشزنه عمل می کند، سوزش بیشتر سطح، تولید گازهای گداخته شده بیشتر می نماید. وقتی شکل خرج به صورت ستاره ای است سوزش قسمت های تیز ستاره، سطح سوزش کمتر از اولیه شده و مقدار گاز تولید شده نیز کم می شود تا اینکه تمام خرج سوخته و بدنه به صورت لوله یا سیلندر باقی می ماند.

خرج مضاعف
راکت موتورهایی که تا کنون به عنوان نمونه تشریح شد دارای خرج و سوخت واحد بودند. شکل عمومی آنها به طریقی طرح ریزی و قالب بندی شده بود که برای ایجاد سوزش طبیعی، سوزش به صورت پیشرونده یا کم شونده، ساخته شده بود. زمان سوزش خرج راکت موتورها خیلی کم است و به میزان چند ثانیه (4 الی 10) در بیشترین حالت 1 دقیقه است. در طول این مدت موتور، تراست لازم را جهت روانه سازی و شتاب بخشی موشک فراهم می نماید و اگر موشک دارای برد کمتری باشد این زمان کافیست.


خرج جامد مضاعف یا چند مرحله ای
یک روش معمولی برای ایجاد تراست در زمان طولانی و پرواز بیشتر استفاده از راکت چند مرحله ای می باشد. وقتی این سیستم به کار گرفته می شود، قسمت اول که موشک را روانه و شتاب می بخشد بوستر موتور می گوییم. وقتی این قسمت تمام شد، از موشک جدا شده و قسمت دوم شروع به سوزش می نماید. قسمت دوم که نیرو یا تراست لازم برای ادامه پرواز را فراهم می نماید، ادامه دهنده و یا پشتیبان می گوییم.

راکت موتور با تراست مضاعف یا دو مرحله ای
روش دیگر فراهم ساختن مقدمات پرواز با زمان بیشتر به کارگیری راکت موتور با تراست دو مرحله ای است. در این نوع موتور برای ایجاد دو تراست از دو پیشران مرکب استفاده می شود. موتور اولیه را که نیروی روانه سازی و شتاب را فراهم می آورد بوستر می نامیم و بخش ثانویه که باعث طولانی شدن پرواز می شود، پشتیبان نام دارد. اگر خرج موتور از نوع ته سوز انتخاب شود، دو قسمت بوستر و پشتیبان پشت سر هم و در یک خط قرار دارند، به نحوی که در ابتدا قسمت بوستر عمل می کند.


محسن مرادی

جعبه متن

منابع:
سامانه های اویونیک: مهندس علمداری
ساختمان موشک: یعقوب اصلانی
The rocket by david becker