سمینار دوره کارشناسی ارشد در رشته شیمی پیشرانه 1
پیشرانه های فلزی 1
آذر 88 1
مقدمه 3
پیشرانهها 4
 پیشرانه های تفنگی 4
کارآیی 4
 اجزاء 5
 پیشرانه های تک پایه 5
 پیشرانه های دو پایه 6
 پیشرانه های سه پایه 6
پیشرانه های پر انرژی 6
 پیشرانه های مایع 7
 پیشرانه های کامپوزیت 7
مواد افزودنی پیشرانه 7
مثال هایی از مواد افزودنی استفاده شده در پیشرانه های تفنگی 8
 پیشرانه های موشکی 8
کارآیی 8
 اجزاء 9
 پیشرانه های دو پایه 9
 پیشرانه های کامپوزیت 9
 کارآیی برخی پیشرانه موشکی جامد 10
 پیشرانه های مایع 10
کارآیی برخی پیشرانه موشکی مایع 11
کارآیی برخی دو پیشرانه های موشکی مایع 11
پیشرانه های تولید کننده گاز 11
پیروتکنیک ها 12
پیروتکنیک های گرما زا 12
چاشنی ها و آتش زنه های اول 13
مثال هایی از ترکیبات پیروتکنیک مورد استفاده به عنوان چاشنی ها 13
 وسایل تولید کننده گرما 13
ترکیبات تأخیری 14
 مثال هایی از ترکیبات پیروتکنیک مورد استفاده به عنوان ترکیبات تأخیری 14
ترکیبات دودزا 15
 مثال هایی از ترکیبات پیروتکنیک مورد استفاده به عنوان دودزا 15
ترکیبات نورزا 16
نور رنگی 16
 نور سفید 16
مثال هایی از ترکیبات پیروتکنیک که نور سفید و رنگی نشر می کنند 17
 پیروتکنیک های پارازیتی 17
 صدا 17
سوت 17
مشخصات پیشرانه های فلزی 19
 مقدمه 20
 فلزات به عنوان سوخت پیشرانه 20
اثر افزایش آلومینیوم بر حرارت انفجار و حجم محصولات گازی برای TNT /AL 21
 مقایسه مزایا و معایب فلزات مختلف 24
 اکسید کننده ها 24
بایندرها 25
فرآیند های ساخت پیشرانه های فلزی 26
 عملیات مخلوط‌سازی 27
 عملیات پیش مخلوط سازی 28
آماده‌سازی بایندر (پیش آمیختن) 28
 گشتاور چرخشی در حین مخلوط سازی 29
فرآیندهای مخلوط‌سازی پیوسته 30
ریخته‌گری گرین‌ها 30
 مراحل عملیات 30
 خواص رئولوژیکی و فرآیندهای ریخته‌گری 31
شکل 3- نمودارrheogram  به عنوان تابعی از زمان بعد از افزودن عامل کراس لینک 32
 فرآیندهای اصلی ریخته‌گری گرین‌ها 32
 مرحله ریخته‌گری در خلاء با کمک نیروی جاذبه 32
قدیمی‌ترین دستگاه ریخته‌گری در خلاء 33
 فرآیندهای ریخته‌گری دای 34
 فشار ایجاد شده با کمک گاز( شکل5) 34
 ریخته‌گری تزریقی 35
 فشار ایجاد شده از طریق مکانیکی با استفاده از پیستون هیدرولیکی 35
قالب گیری از پیشرانه در محفظه تحت فشار 36
 فشار وارد شده به طور مکانیکی با استفاده از پیچ ارشمیدسی 36
انتقال مستقیم به درون مخلوط کن 36
 دمای پخت و عملیات تکمیلی 37
 پخت تحت فشار 37
قالب‌گیری انتگرالی 37
قالب‌گیری انتگرالی 38
خواص و کارآیی پیشرانه های فلزی 39
رم جت40
 ترکیب پیشرانه 41
خصوصیات پیشرانه با 37.5 درصد Mg –AL  ]29[. 42
خصوصیات پیشرانه با منیزیم  ]29[. 42
خواص پیشرانه‌های فلزی 42
احتراق فلزی 43
جدول14- مشخصات فیزیکی و ترموشیمیایی سوخت های فلزی ]1و4و5و14[. 45
شکل10 انرژی های احتراقی برخی از عناصر را هنگامی که به اکسیژن یا فلوئور افزوده می شوند نشان می دهد ]15-14[. 45
شکل10- انرژی احتراقی عناصر ]15-14[ 45
Be> B > B4C >Li> Al > Mg > Ti > Zr> Zn>Fe 45
Mg>Fe> Zn >Li B > B4C > Be >  Ti > Al > Zr > 45
جدول15-.فرمولاسیون های سوخت های غنی شده مطالعه شده توسط پژوهشگران مختلف ]4[ 46
پفرمولاسیون ها یمبتنی بر AL یا Mg-AL 46
شکل 11- منطقه احتراق یک قطره کوچک آلومینیوم مشتعل در یک جریان انتقال حرارت ملایم ]4[. 47
پنمایی از پدیده ی کلوخه ای شدن ذرات آلومینیوم ]36[. 49
فرمولاسیون ها ی مبتنی بر آلیاژ B-AL 50
فرمولاسیون ها ی مبتنی بر  Mg 51
فرمولاسیون های مبتنی بر  B 52
 فرآیندهای فیزیکی-شیمیایی در احتراق سوخت جامد (BAMO/NMMO) /بور در هوا]4[. 53
 فرمولاسیون های مبتنی بر  Be 55
 فرمولاسیون های مبتنی بر Zr 56
ایمپالس ویژه (کارآیی انرژی تئوری) 56
شکل 14- کارآیی تئوری پیشرانه‌های غنی از سوختMPa) 57/. P=و0  Z=و 2 (M=  ]5[ 58
شکل 15- کارآیی تئوری پیشرانه‌های غنی از سوختMPa) 57/. P=و0  Z=و 2 (M=  ]5[. 58
B > Al > Mg > Zr 58
B > Al > Zr > Mg 58
علامت 58
 پیشرانه حاوی بور 58
 بازده احتراق 59
 کارآیی‌ تئوری 59
 کارآیی‌های تئوری پیشرانه حاوی بورMPa) 57/. P=و0  Z=و 2 (M=  ]5[. 60
 دمای احتراق تئوری پیشرانه حاوی بور در هوا ]5[. 60
 خصوصیات مکانیکی 60
جدول16- خصوصیات مکانیکی 60
 خصوصیات ایمنی 60
خصوصیات ایمنی پیشرانه حاوی بور]5[. 61
فرآیندپذیری 61
خصوصیات بالستیکی 61
خصوصیات بالستیکی پیشرانه حاوی بور 61
 خصوصیات بالستیکی پیشرانه حاوی بور (گرین انتها سوز با قطر 90-117 میلی متر) ]5[. 62
شکل 19- آزمون استاتیکی پیشرانه حاوی بور -گرین انتها سوز(177 میلی متر قطر و 300 میلی متر طول) 62
 علامت 62
 بوسترهایی برای رم‌جت‌ راکت های انتگرالی 62
 نتیجه گیری 63
منابع و مراجع 64
 
 

 

 

 

پیشرانه ها
پیشرانه ، ماده منفجره¬ای است که احتراق سریع و قابل پیش بینی (بدون انفجار) را طی نموده و حجم زیادی از گازهای داغ، تولید می¬کند. از این گازها می¬توان برای پیش راندن یک فشنگ (یعنی یک گلوله)، یا یک موشک یا در ژنراتورهای گازی برای به حرکت در آوردن توربین(برای مثال در اژدر ها )، استفاده نمود.
برای تولید سریع گاز، یک پیشرانه باید همانند یک ماده منفجره قوی، اکسیژن خود را همراه با مقادیر مناسبی از عناصر سوخت یعنی کربن، هیدروژن و غیره حمل کند. یک پیشرانه همگن (تک پیشرانه  برای پیشرانه¬های مایع) پیشرانه¬ای است که سوخت و اکسیدکننده همراه با هم در یک مولکول باشند(مانند نیتروگلیسرین)، در حالی که یک پیشرانه ناهمگن (دو پیشرانه  برای پیشرانه¬های مایع)پیشرانه¬ای است که سوخت و اکسیدکننده در ترکیبات جداگانه¬ای هستند. پیشرانه¬های تفنگی از دیرباز به عنوان همگن شناخته شده¬اند در حالی که پیشرانه¬های موشکی، ناهمگن هستند.

 

 

کارآیی 
پیشرانه¬های تفنگی، برای تولید مقادیر زیادی از گاز که توانایی پرتاب فشنگ با انرژی جنبشی زیاد را دارا باشد، طراحی شده¬اند.سرعت فشنگ به سرعت گاز تولید شده بستگی دارد که این به نوبه خود، همان¬گونه که در معادله 1 نشان داده شده است به مقدار انرژی شیمیایی آزاد شده و راندمان  تفنگ (η) بستگی دارد.
 
  اجزاء 
اجزای پیشرانه های تفنگی به طور سنتی از موادی بر پایه نیترو سلولز هستند. این مواد الیاف مانند، دارای خواص مکانیکی خوبی می باشند و به منظور دست یابی به یک سطح سوزش ثابت بدون انفجار، می توان آنها را به شکل دانه ای  یا میله ای  (که تحت عنوان گرین ها  شناخته می شوند) ، ساخت.اندازه گرین های پیشرانه به اندازه تفنگ بستگی دارد. تفنگ های بزرگ تر نیازمند گرین های بزرگ تری هستند که زمان بیشتری را برای سوختن صرف می کنند. همچنین شکل گرین های پیشرانه نیز بسیار مهم است. گرین های با مساحت زیاد نسبت به گرین های با مساحت کم، با سرعت بیشتری می سوزند. 
جدا از اندازه و شکل گرین های پیشرانه،ترکیب آن ها نیز نقش مهمی را ایفا می کند. سه نوع اصلی پیشرانه های جامد عبارتند از:تک پایه ، دو پایه  ،و سه پایه .سایر انواع پیشرانه های تفنگی ،پیشرانه های تفنگی پر انرژی ، مایع و کامپوزیت هستند که کمتر عمومیت دارند.

 

پیشرانه های تک پایه در تمام انواع تفنگ ها ،از کلت گرفته تا اسلحه های توپ خانه ای،استفاده می شوند.اجزای این پیشرانه، حاوی 90Ùª یا بیشتر نیترو سلولز است که نیتروژن موجود در آن 13.2- 12.5Ùª می باشد. نیترو سلولز با افزودن یک نرم کننده مانند کاربامیت یا دی بوتیل فتالات به صورت ژله ای در می آید، و سپس اکسترود و خرد می شود تا به شکل ذره های مورد نظر در آید. محتوای انرژی (مقدارQ ) پیشرانه های تفنگی تک پایه بین J/g3700-3100 می باشد.
1-2-2- پیشرانه های دو پایه
برای اینکه مقدارQ پیشرانه های تک پایه بالا رود و فشار گاز درون لوله ی تفنگ افزایش یابد،نیترو سلولز را با نیترو گلیسرین  مخلوط می کنند تا پیشرانه دو پایه تشکیل شود. پیشرانه های دو پایه دارای مقدارQ  در حدود J/g 4500 هستند و در کلت و خمپاره اندازها استفاده می شوند.عیب پیشرانه های دو پایه ،سایش بی اندازه لوله ی تفنگ است که توسط دماهای خیلی بالای شعله و حضور برق دهانه ی  تفنگ به وجود می آید.برق دهانه، نتیجه ای از انفجار سوخت هوا در محصولات احتراق(یعنی گازهای هیدروژن و کربن مونوکسید)می باشد.