مكانيزم احتراق گرين سوخت جامد
مكانيزم احتراق گرين سوخت جامد
گرين سوخت جامد از سطح مي*سوزد. در سوختن نرمال از سطح گرين، لايه*لايه برداشته مي*شود. مؤلفه سرعت جبهه شعله*گرين در جهت عمود بر سطح آن، سرعت سوخت ناميده مي*شود. سرعت سوخت به كمك تركيب شيميايي سوخت تعيين و در يك رنج تقريبا و سيع بر حسب فشار محفظه و درجه حرارت گرين تغيير مي*كند. براي تعيين سرعت سوخت معمولا از رابطه تجربي زير استفاده مي*شود:
U=u0*b/(b+(20-t))*p
كه u0 سرعت سوختن گرين در درجه حرارت t=20c و تحت فشار 1kg/cm2 است. p فشار در محفظه بر حسب kgf/cm2ضرايب تعيين شده تجربي است. براي همه سوختهاي جامد امروزي u0دررنج 0.2-0.6cm/s و در رنج B=300-600c قرار دارد. در صورتي كه سرعت احتراق مشخص باشد، به راحتي مي*توان دبي جرمي سوخت را تعيين كرد.
G=VSU
كه V وزن مخصوص سوخت، معمولا در رنج 1.6-1.8kgf/lit و s سطح سوختن گرين است. در حين سوختن شكل*گرين تغيير مي*كند و سطح s ممكن است كاهش يا افزايش يابد كه در نتيجه باعث كاهش يا افزايش دبي جرمي، فشار و پيش*ران مي*شود.
با شكل مفروض اوليه گرين، نحوه تغيير اين پارامترها معمولا با روش اختلاف محدود مشخس مي*شود. براي مشخص كردن آن لازم است كه ابتدا نحوه تغيير سطح sرا در سوختن سطحبا ضخامت utتعقيب كرد.
كه vt وزن مخصوص سوخت، معمولاً در رنج kgf/lit 8/1-6/1 و –s سطح سوختن گرين است. در حين سوختن شكل گرين تغيير مي*كند و سطح s ممكن است كاهش يا افزايش يابد كه در نتيجه باعث كاهش يا افزايش دبي جرمي، فشار و پيش ران مي*شود.
با شكل مفروض اولية گرين، نحوة تغيير اين پارامترها معمولاً با روش اختلاف محدود مشخص مي*شود. براي مشخص كردن آن لازم است كه ابتدا نحوه تغيير سطح s را در سوختن سطح با ضخامت ut تعقيب كرد. در گرين*هاي پيچيده اين كار معمولاً گرافيكي انجام مي*شود و سرعت سوختن u در اين حالت به عنوان يك مقدار متغير برحسب فشار بررسي مي*شود.
انتخاب شكل اوليه گرين، براي تعيين محدودة معين تابع تغييرات فشار و پيش*ران برحسب زمان لازم است. به عنوان مثال كاهش تدريجي فشار در حين كاركرد موتور مي تواند جبران كنندة كاهش مشخصه*هاي مقاومت مصالح مواد در نتيجه گرم شدن محفظه باشد و در نتيجه وزن كاهش يابد. گاهي اوقات با بالا بردن پيش ران اوليه، سپس كاهش تدريجي آن مي*تواند به سرعت نهايي بيشتري در موشك بالستيك دست يافت. به رابطه 2-3 برمي*گرديم. مشهود است كه سرعت سوختن علاوه بر فشار، همچنين تابعي از درجه حرارت است. منظور درجه حرارت خود گرين است، يعني درجه حرارتي كه قبل از محترق شدن دارد و تا پايان كار ثابت مي*ماند. شعله باعث سوختن لاية سطحي مي*شود و جبهه آتش به عمق گرين سريع*تر از جريان حرارتي نفوذ مي كند. به همين دليل در رابطه 2-3 اثر درجه حرارت آب و هوايي (زمستان-تابستان) منظور شده است. در حالت كلي اين مقدار در نظر گرفته مي*شود. براي بعضي از سوخت*ها، سرعت سوختن در رنج درجه حرارت ذكر شده ممكن است تا مقدار 30% تغيير كند. در نتيجه فشار و پيش ران نيز سريعاً تغيير مي*كند. بنابراين محفظه براساس بدترين شرايط از نظر مقاومت مصالح محاسبه مي*شود علاوه بر اين بايد توجه داشت كه بر اساس زمان احتراق سوخت، برد موشك*هاي بدون سيستم كنترل تغيير مي*كند. بنابراين، در هنگام شليك به هدف لازم است كه تصحيح مربوط به درجه حرارت گرين را اعمال كرد.
براي اين كه اثر درجه حرارت را كاهش دهيم، براي موشك*هاي بدون سيستم كنترل حتي از نازل*هاي مختلف استفاده مي*شود. به عبارت ديگر از نازل*هاي تابستاني با مقطع عبور بزرگ و رمستاني با مقطع عبور كوچك*تر استفاده مي*شود. در بعضي حالت*ها براي موشك*هاي تاكتيكي از گرين*هايي استفاده مي*شود كه از قبل دماي آن ثابت نگه داشته شده است و يا قبل از شليك آن را گرم مي*كنند، يا در كانتينرهايي با تنظيم كنندة درجه حرارت نگهداري مي*شوند. همچنين براي موشك*هاي بالستيكي مي*توان از اين نوع گرين*ها استفاده كرد.
در همه حالت*ها لازم است قبل از هرچيز، تركيب سوختي را انتخاب كرد كه رابطه ضعيفي بين سرعت سوختن و درجه حرارت آن وجود داشته باشد، كه در اين صورت مقدار بزرگي براي پارامتر B به دست مي*آيد.
مكانيزم اثر درجه حرارت گرين روي سرعت سوختن تقريباً مشخص است. بر اثر حرارت اعمالي به گرين سوخت، ذراتي از سوخت نزديك سطح سوختن در ابتداي گازي شكل مي*شود و واكنش*هاي شيميايي در آن انجام مي*گيرد. در اين فرايند نقش اساسي را شرايط انتقال حرارت از گاز به سطح گرين بازي مي*كند. در درجه حرارت*هاي پايين*تر، زمان گازي شدن قدري بيشتر و در نتيجه باعث كاهش سرعت سوختن مي*شود. به همين صورت نقش فشار نيز روشن مي*گردد. هرچه فشار بيشتر باشد، تعداد مولكول گاز داغ بيشتري به سطح گرين برخورد خواهد كرد و با شدت بيشتري انتقال حرارت صورت مي*گيرد. چون اين فرايند مرتبط با شرايط انتقال حرارت است، در نتيجه سرعت سوختن بايد همچنين توام با سرعت جريان گازي عبوري در طول سطح گرين افزايش يابد. در طول مسير جريان. با نزديك شدن به نازل، لحظه به لحظه مقادير جديد گاز اضافه مي*شود و سرعت جريان افزايش مي*يابد. بنابراين گرين از سمت نازل سريعتر مي*سوزد. بنابراين در حين طراحي گرين و مجموعة موتور بايد به اين مطلب توجه داشت.
