?!؟
عضو جدید
مطالعه روشهای مختلف اندازه گیری خواص کهولت سوخت جامد مرکب
انبارداری طولانی مدت سوخت های جامد مرکب، باعث تجزیه و تخریب تدریجی آنها طی فرآیندی گرمازا می شود که به آن کهولت گفته می شود. این واکنش خودبه خودی، باعث ایجاد گرمای زیاد می شود و در نهایت می تواند باعث احتراق خودبه خود سوخت در محفظۀ احتراق گردد. بنابراین دسترسی به روشی مناسب برای تعیین خواص سوخت بر اثر گذر زمان و تخمین طول عمر این مواد شیمیایی حساس، نیازی ضروری برای استفادۀ مطمئن از محصولات قدیمی است. در نتیجه هدف ما معرفی روشهایی است که میزان تغییرات و تخریب ها در خلال زمان نگهداری سوخت در انبار را اندازه گیری می کنند و در نهایت، یافتن راهی برای تخمین زمانی که سوخت غیرقابل استفاده می شود.
مقدمه
تعداد کشورهایی که در سال 1945 تولید کنندۀ سیستم های موشکی بوده اند، از 3 کشور، امروزه به 35 کشور رسیده است. از طرفی کاهش سرعت توسعه سیستم های موتوری موشکهای نظامی باعث افزایش تقاضا برای بهبود طول عمر سیستم های قدیمی گشته است. بنابراین و با توجه به این حقیقت که زمان جنگها قابل پیش بینی نیست و نیز به منظور کاهش بودجه های دفاعی، افزایش زمان انبارداری مواد منفجره برای بسیاری از کشورها بسیار با اهمیت است. به طور سنتی، اصطلاح موتور برای موشکهای سوخت جامد به کار می رود و به تودۀ شکل داده شدۀ سوخت جامد، گرین گفته می شود که در حدود 80 تا 94 درصد از جرم موتور را تشکیل می دهد. مواد تشکیل دهنده و شکل گرین، خصوصیات کاربردی موتور را تعیین می کند. تقریبا همۀ موتورهای سوخت جامد، یکبار مصرف هستند و قابل بازیافت نمی باشند. این بدان معناست که در پایان ماموریت، شیپوره و بدنه و سایر قطعات سوخته اند. بنابراین باید بر اساس تعیین کیفیت کلی محصولات نسبت به کارکرد مطمئن موتور منفرد قضاوت کرد. یکی از مهمترین مصادیق کیفیت مناسب موتور، طول عمر آن و میزان کهولت آن در گذر زمان است. سوخت های جامد به انواع یک پایه، دوپایه و مرکب تقسیم بندی می شوند. در این مقاله، بررسی بر روی سوخت جامد مرکب انجام شده است. اجزای اصلی گرین ناهمگن این نوع سوخت جامد از یک بایندر پلیمری سنتزی لاستیکی (یا پلاستیکی) مانند HTPB، اکسیدکننده کریستالی (غالباً AP) و سوخت فلزی پر انرژی مثل پودر آلومینیوم تشکیل می شود. سوخت مرکب، محصول قالبگیری مخلوط جامد (AP کریستالی و پودر AL) و مایع (HTPB یا PPG) است. این مخلوط در کوره توسط عامل شبکه ساز، شبکه بندی (پخت) می شود و شکل جامد به خود گرفته، سخت می گردد.
به منظور ورود به بحث کهولت و بررسی تغییرات خواص سوخت جامد مرکب در طول زمان کهولت، آشنایی با جوانب شیمیایی قسمت اصلی این ماده مرکب یعنی بایندر پلی یورتانی موجود در آن ضروری می نماید. گروه یورتان که کربامات هم نامیده می شود، به وفور در زنجیر پلی یورتان حضور دارد و محصول واکنش شیمیایی یک گروه ایزوسیانات و یک گروه هیدروکسیل است.
تعیین طول عمر سوخت
اصولاً سوخت های جامد دوپایه را نمی توان با اطمینان کافی انبارداری کرد. هر چند سوخت های جامد مرکب چنین مشکلی را نشان نمی دهند ولی با توجه به اینکه کارایی آنها در خلال انبارداری تحت تاثیر کهولت قرار می گیرد، تعیین طول عمر آنها در خلال انبارداری تحت تاثیر کهولت قرار می گیرد، تعیین طول عمر آنها بسیار با اهمیت است. معیار تعیین زمان نهایی کارکرد سوخت بدون ایجاد خطرات ناگهانی در مورد انواع سوخت ها، متفاوت است. به عنوان مثال در مورد سوخت دوپایه، ظهور قطرات مایع و تولید بخار قهوه ای رنگ، مبنای اتمام عمر سوخت است. در حالی که طول عمر سوخت جامد مرکب غالبا توسط تغییرات در خواص مکانیکی تعیین می شود و در موارد خاص مانند موشک های بالستیک، تخمین طول عمر ایمن با توجه به خواص بالستیک لازم، انجام می شود.
برای رسیدن به یک تخمین مناسب از طول عمر سوخت باید به سه مورد زیر دسترسی وجود داشته باشد:
1- معادله سرعت فرآیند کهولت؛
2- شرایط دمایی محیط نگهداری سوخت؛
3- پس از اینکه سرعت کهولت در شرایط محیطی به دست آمد، لازم است بدانیم که سوخت تا چه مقدار از تغییرات را می تواند تحمل کند و به عبارت دیگر حد نهایی خواص مکانیکی برای کارکرد مطمئن موتور کجاست.
دانستن سرعت کهولت سوخت جامد برای تخمین طول عمر موتور سوخت جامد، کافی نیست. این موضوع مهم است که میان خواص سوخت و خواص کل موتور تمایز قایل شویم. سرعت اکسیداسیون، نفوذ اکسیژن، مهاجرت روان ساز، نفوذ رطوبت و غیره از خواص سوخت هستند در حالی که طول عمر، خصوصیت کل موتور است. موتورهای حاوی یک نوع سوخت جامد مرکب، طول عمرهای کاملا متفاوت دارند.
همانطوری که قبلاً گفته شد، عامل اصلی از کار افتادگی موتور، توسعه ترک های موجود در مادۀ جامد سوخت است که این ترک ها نیز زمانی ایجاد می شوند که سوخت بر اثر اکسیداسیون به سختی نهایی خود نزدیک شود و دانسیته شبکه ای شدن بایندر پلیمری سوخت به حد بحرانی خود برسد. چنین سوختی دیگر قادر به تحمل تنش های حرارتی و مکانیکی نخواهد بود. حد نهایی شبکه ای شدن سوخت به طراحی موتور بستگی دارد و در طراحی های جدید نیز بهبود کارایی سوخت مورد توجه است.
نتیجه گیری:
کهولت سوخت جامد مرکب در موتور، نتیجۀ تخریب و فساد در خواص فیزیکی بر اثر گذر زمان است که منشا آن آسیبهای وارد بر گرین سوخت در طول مدت انبارداری، حمل و نقل یا حتی در زمان کاربرد سوخت است که عوامل مختلفی از قبیل چرخه های دمایی یا تنش های حرارتی باعث چنین آسیب هایی هستند. سوخت جامد مرکب، ماده ای شبه الاستیک است که در پاسخ به تنش های بدنه تحت تاثیر قرار می گیرد. شکست های حاصل از این تنش ها به صورت ترک در سطح یا گسیختگی های محلی ظاهر می شوند.
به منظور کاهش زمان آزمایش و کوتاه نمودن بازه های زمانی، از کهولت تسریع یافته استفاده می شود که در آن، از کهولت دمایی تسریع یافته (چرخه های دمایی شدیدتر) و در نتیجه تنش های سنگین تر استفاده می شود و در نهایت با استفاده از معادلات ریاضی می توان به طول عمر مفید سوخت دست یافت.
با استفاده از روش اجزا محدود، رابطۀ تنش-کرنش و حد نهایی (بحرانی) خواص مکانیکی (مثلا درصد ازدیاد طول) به دست می آید و توسط منحنی خواص مکانیکی بر حسب دانسیته، دانسیتۀ شبکه ای بحرانی به عنوان عامل اصلی کهولت و تخریب تعیین می شود و با استفاده از رابطۀ سرعت شبکه ای شدن، طول عمر موتور بدست می آید.
