مواد پرانرژی
سال:1397 | دوره:13 | شماره:3 (پیاپی 39) |تعداد مقالات:7

در پیشرانه های مرکب بایندر نقشی کلیدی در عملکرد پیشرانه دارد. بایندرها به دو دسته خنثی و پرانرژی تقسیم می شوند. گلیسیدیل آزید پلیمر (GAP) یکی از مهمترین بایندرهای پرانرژی محسوب می شود ولی خواص مکانیکی و حرارتی مطلوبی ندارد. هدف این طرح بهبود خواص GAP بواسطه ی کوپلیمر کردن آن با پلی کاپرولاکتون است. کوپلیمر تری بلاک پر انرژی جدید با استفاده از پلی گلیسیدیل آزید (GAP) به عنوان ماکرو آغازگر و روش پلیمری شدن کاتیونی حلقه گشا با استفاده از مونومر کاپرولاکتون و در حضور دی بوتیل تین دی لورات به عنوان کاتالیست با راندمان 91 درصد سنتز و روش سنتز نیز بهینه شد. تشکیل کوپلیمر سه دسته ای پلی کاپرولاکتون-پلی گلیسیدیل آزید – پلی کاپرولاکتون با استفاده از13CNMR, ˡ HNMR, GPC وIR تایید شد. رفتار حرارتی کوپلیمر سنتز شده نیز با استفاده از DSC-TGA بررسی شد که نتایج نشان دهنده افزایش پایداری حرارتی و کاهش دمای انتقال شیشه ای کوپلیمر سنتز شده نسبت به GAP است.

پلی بوتادی ان با انتهای هیدروکسیل (HTPB) رایج ترین بایندر مورد استفاده در پیشرانه های جامد مرکب می باشد اما به دلیل غیرپرانرژی بودن، به لحاظ عملکردی صرفاً یک جرم مرده محسوب می شود؛ بنابراین جایگزینی HTPB با یک پلیمر پرانرژی احساس می شود. در این پژوهش، از رزین پلی بوتادی ان نیترودار شده با انتهای هیدروکسیل (NHTPB) با میزان نیتراسیون 2/12% به همراه رزین HTPB به عنوان بایندر بهره گرفته شد. بدین ترتیب، فرمولاسیون پایه پیشرانه HTPB (HB) تهیه شد و به عنوان نمونه شاهد، با دو فرمولاسیون پخت شده دیگر یعنی فرمولاسیون پیشرانه با نسبت 5% NHTPB به 95% HTPB (NH5) و فرمولاسیون پیشرانه با نسبت 10% NHTPB به 90% HTPB (NH10) از لحاظ خواص فیزیکی-مکانیکی، نرخ سوزش و حساسیت مقایسه شد. نتایج نشان داد که با افزایش میزان NHTPB به HTPB از 5% به 10%، مدول یانگ، نرخ سوزش و حساسیت به ضربه و اصطکاک نسبت به پیشرانه شاهد افزایش و دانسیته اتصالات عرضی، میزان سختی و تنش بیشینه کاهش یافت.

در این پژوهش، شرایط سنتز کربن فعال از پسماند پسته برای حداکثر جذبCOD (مقدار اکسیژن مورد نیاز برای اکسیداسیون کل مواد) پساب واحد تولید رزین نیترو پلی بوتادی ان با گروه های انتهایی هیدروکسیل Nitro-HTPB در یک سیستم ناپیوسته بهینه شده است. به منظور بهینه سازی عوامل مؤثر بر آماده سازی کربن فعال از جمله نسبت عامل فعال ساز، دمای کربونیزاسیون و زمان فعال سازی از روش پاسخ سطحی با نرم افزار Design Expert استفاده شد شرایط بهینه برای نسبت عامل فعال ساز اسید فسفریک 76/2، دمای کربونیزاسیون بهینه C° 34/524 و زمان فعال سازی 04/38 دقیقه به دست آمد؛ که در این صورت کربن فعال آماده شده قادر به جذب 90 درصد COD پساب بود. مدل هم دمای فرندلیچ تطابق مناسبی با نتایج آزمایش داشت. کربن فعال آماده شده تحت آنالیزهای طیف مادون قرمز (FTIR)و میکروسکوپ الکترونی روبشی(FESEM) قرار گرفت که به ترتیب پیوندهای به وجود آمده و مورفولوژی سطح را نشان دادند.

از آن جایی که تمایل به کلوخه ای شدن در نانو ذرات باعث کاهش فعالیت کاتالیزوری آن ها در پیشرانه ها می شود، بنابراین یک روش برای جلوگیری از تجمع و حفظ فعالیت کاتالیزوری نانو ذرات، بارگذاری آن ها روی بستر می باشد. گرافن سه بعدی دارای سطح ویژه بالا و ساختار متخلخل می باشد. همچنین، گرافن سه بعدی یک بستر کارآمد برای رشد و اتصال نانو ذرات با میزان بارگذاری بال و پراکندگی بهتر می باشد. در این کار، ابتدا نانو ذرات اسپینل کرومیت مس و نانوکامپوزیت کرومیت مس/گرافن سه بعدی (CuCr2O4@3D-GFs) سنتز گردید. سپس به منظور مشخصه یابی آن ها آنالیزهای XRD و FESEM و TG انجام شد. نانوذرات اسپینل کرومیت مس و نانوکامپوزیت CuCr2O4@3D-GFs تهیه شده به عنوان کاتالیزور در فرآیند تجزیه گرمایی آمونیوم پرکلرات (AP) استفاده شدند و تأثیر کاتالیستی آن ها با آزمایش های DSC و TGA بررسی شد. نتایج تجزیه گرمایی AP در حضور 4%وزنی نانوذرات اسپینل کرومیت مس و %2 و 4% وزنی نانوکامپوزیتCuCr2O4@3D-GFs تهیه شده با روش حلال-ضدحلال نشان داد که دو پیک گرمازای AP به یک پیک گرمازا تبدیل شد و پیک تجزیه دما بالای AP به ترتیب در دمای 348، 332 و ° C 321 ظاهر شد.

استفاده از نرم کننده ها در فرمولاسیون پیشرانه های جامد به ویژه پیشرانه های جامد دوپایه اجتناب ناپذیر است. پایه پلیمری پیشرانه های جامد دوپایه، نیتروسلولز می باشد. نرم کننده باعث افزایش انعطاف پذیری، کاهش ویسکوزیته و کاهش دمای انتقال شیشه ای آن می شود. نرم کننده های پرانرژی آزیدو استری، گروهی از نرم کننده های پرانرژی هستند که سازگاری خوبی با اجزای بایندرهای پرانرژی موجود در پیشرانه های جامد دارند. در این مقاله پنج نرم کننده آزیدواستری مختلف اتیلن گلیکول بیس آزیدواستات (EGBAA)، تری متیلن گلیکول بیس آزیدواستات (BAAGTM)، تترامتیلن گلیکول بیس آزیدواستات (TMGBAA')، پنتااریتریتول تتراکیس آزیدواستات (AAPETK) و آزیدو استر چند شاخه ای (HB-AZ) طی دو مرحله تشکیل استر و آزیددار شدن با بازده بین %55-92 با موفقیت سنتز شدند. آزیدو استرهای سنتز شده به وسیله ی طیف سنجی FT-IR و1H-NMR شناسایی شدند. با بررسی پارامتر های مختلف مشخص گردید که نرم کننده پنتااریتریتول تتراکیس آزیدواستات و آزیدو استر چند شاخه ای در مقایسه با دیگر نرم کننده های آزیدواستری سنتز شده در کاهش مهاجرت نیتروگلیسرین موثرترند.

در شبیه سازی و مدل سازی پدیده های انتقال جرم و طراحی تجهیزات جداسازی; و پیش بینی میزان انتقال جرم سوخت های امتزاج پذیر در حال تماس با یکدیگر، نیاز به داشتن ضرایب نفوذ است. در این تحقیق، یک دستگاه دیافراگم سل به منظور اندازه گیری ضریب نفوذ مایع-مایع ساخته شد. سپس ثابت سل دستگاه با استفاده از محلول کلرید پتاسیم 5/0 مولار معادل cm-2 188/0 به دست آمد. بر اساس ثابت سل به دست آمده، ضرایب نفوذ دوجزئی برای محلول 5/0 مولار کلرید سدیم و محلول نرمال هپتان-بنزن با استفاده از دستگاه دیافراگم سل ساخته شده در دمای 25 درجه سانتی گراد به ترتیب 5-10×6/1 و cm2/s 5-10×38/2 به دست آمد. این ضرایب در مراجع به ترتیب برابر با 5-10×5/1 و cm2/s 5-10×29/2 گزارش شده اند. سپس با استفاده از برون یابی داده های ضریب نفوذ برای سیستم دوجزئی هپتان-بنزن، ضرایب نفوذ در رقت بی نهایت بنزن در هپتان، و هپتان در بنزن در دمای 25 درجه سانتی گراد به ترتیب برابر با 5-10×14/3 و cm2/s 5-10×88/1 به دست آمد. این ضرایب در مراجع به ترتیب برابر با 5-10×40/3 و cm2/s5-10×10/2 گزارش شده اند. نتایج ضرایب نفوذ اندازه گیری شده تطابق خوبی با مقادیر موجود در مراجع نشان داد. درنهایت بررسی اثر دانسیته محلول های مایع در بخش بالا و پایین سل بر مقدار ضریب نفوذ اندازه گیری شده نشان داد که محلول با دانسیته بالاتر باید در بخش پایینی سل قرار گیرد.

در این بررسی، ابتدا به معرفی مدل های مختلف تحلیل جریان درون موتور موشک سوخت جامد پرداخته می شود. سپس با توجه به اینکه برخی از این مدل ها قادر به پیش بینی اثرات پدیده های مهمی همچون سوزش فرسایشی و شتاب طولی نمی باشند، بنابراین برای احتساب این اثرات بر روی بالستیک داخلی، با استفاده از معادلات جریان عمومیت یافته، یک مدل شبه یک بعدی استخراج شده است. جریان شبه یک بعدی غیر لزج و تراکم ناپذیر همراه با اصطکاک، تزریق جرم، تغییر سطح مقطع جریان به عنوان معادلات حاکم در نظر گرفته می شود. سپس با فرض شبه دائمی بودن جریان، در نظر گرفتن میزان افت فشار و تغییرات قطر گلوگاه نازل و صرف نظر کردن از انتقال حرارت در دیواره ها، در هر لحظه از زمان از معادلات حاکم در طول موتور انتگرال گیری شده و مشخصات جریان درون موتور از جمله توزیع فشار، دما و عدد ماخ در طول موتور و همچنین مشخصات عملکردی موتور مانند فشار محفظه در طی فرآیند سوزش به صورت تابعی از زمان تعیین شده است. با توجه به اینکه اثر سوزش فرسایشی بر نرخ سوزش سوخت جامد در شرایط مختلف محیطی حائز اهمیت است، برای مقایسه نتایج بدست آمده از این مدل سازی با روش های تجربی، از مدل سادرهلم برای مدل سازی سوزش فرسایشی استفاده شده است.