بخشی از مقاله
چکیده
پارارمترهاي زیادي بر پایداري موشک هاي سوخت جامد چرخان در فضا نقش دارند.یکی از این پارامترها شعاع نازل خروجی است که گازهاي حاصل از احتراق سوخت در محفظه احتراق از آن خارج می شوند. در این مقاله با درنظر گرفتن یک شماي کلی از موشک سوخت جامد در حال چرخش با سرعت زاویه اي اولیه 0 که در یک محیطی که هیچگونه گشتاور خارجی به آن وارد نمی شود، در حرکت است به بررسی تاثیر شعاع نازل خروجی بر روي حرکت وضعی موشک پرداخته شده است. نتایج بدست آمده در این مقاله نشان می دهد سرعت زاویه اي چرخشی که تاثیر مستقیم بر پایداري سیستم دارد در طول حرکت با تغییر در شعاع نازل خروجی و همچنین تغییر در نوع رژیم سوختن سوخت در محفظه احتراق می تواند کاهش، افزایش و یا ثابت باقی بماند.
-1 مقدمه
موشکهاي سوخت جامد یک نوع سیستم جرم متغیر محسوب می شوند. قسمتهاي پیشرانش موشک هاي سوخت جامد از سازه، گرین سوخت، نازل و آتشزنه تشکیل شده است . با توجه به الگوي نمودار تراست-زمان مورد نیاز براي موشک ، گرین سوخت طراحی می گردد . به طور کلی گرین سوخت از لحاظ الگوي سوزش سه نوع می باشد .
نوع اول الگوي سوزش خنثی می باشد که در سرتاسر مرحله احتراق ، مساحت سطح سوزش ثابت است.
نوع دوم الگوي سوزش کاهشی می باشد که مساحت سطح سوزش با زمان کاهش می یابد.
نوع سوم الگوي سوزش افزایشی است که مساحت سطح سوزش با زمان افزایش می یابد.
محصولات احتراق با سرعت زیاد از نازل خارج می شوند و نیروي پیشران را تامین می کنند.[1,2] دبی جرمی که از نازل خارج می شود رابطه مستقیمی با مساحت سطح سوزش گرین دارد، بنابراین بسته به اینکه گرین سوخت خنثی، کاهشی و افزایشی باشد به ترتیب دبی جرمی ثابت، کاهشی و افزایشی نسبت به زمان می باشد. همان طور که گفته شد موشک سوخت جامد یک سیستم جرم متغیر است که در آن محصولات احتراق مطابق با الگوي سوزش گرین سوخت با دبی جرمی معین نسبت به زمان از مرز سیستم - دهانه خروجی نازل - خارج می شوند
نازل نقش مهمی در موتور موشک هاي سوخت جامد ایفاء می کند. گازهاي حاصل از احتراق درون نازل شتاب گرفته و با سرعت زیاد از نازل خارج شده و نیروي پیشران در موشک را فراهم می نمایند. تاثیر شعاع نازل خروجی بر روي سرعت زاویه اي چرخشی موشک هاي سوخت جامد با رژیم هاي مختلف سوزش سوخت درون محفظه احتراق آنها
-2 معرفی مسئله
در این مقاله یک شماي کلی از موشک چرخان با سرعت زاویه اي 0 که در خلا در حال پرواز می باشد در نظر گرفته شده است و تاثیر نازل خروجی گازهاي حاصل از احتراق بر روي پایداري موشک بررسی شده است.ابعاد و اندازه ها و پارامترهاي مهم بر روي شکل - 1 - نشان داده شده است.
شکل-1نمایی کلی از موشک سوخت جامد
همانطورکه بر روي شکل نشان داده شده است R شعاع خارجی محفظه احتراق بوده و R1 شعاع نازل خروجی می باشد.
معادلات حاکم بر حرکت موشک به صورت زیر می باشد: که : m f جرم سوخت درون محفظه احتراق، : بردار سرعت زاویه اي، : بردار شتاب زاویه اي، : I اسکالر اینرسی عرضی، : I z اسکالر اینرسی حول محور طولی، : Vr بردار سرعت نسبی محصولات احتراق نسبت به سیستم، : R شعاع خارجی محفظه احتراق، : R1 شعاع نازل خروجی، : نسبت شعاع نازل خروجی به شعاع محفظه احتراق می باشند.
با در نظر گرفتن موشک سوخت جامد با سه روش مختلف سوزش سوختهاي جامد در آن و با استفاده از معادلات مذکور به بررسی تاثیرات نازل خروجی بر روي پایداري موشک پرداخته شده است و در هر مورد محدوده طراحی نازل براي پایداري نیز ذکر شده است.
-1-2 موتور موشک با کاهش جرم به روش سوزش از انتها - - End burn
در این حالت فرض می شود که سوخت درون محفظه استوانه اي از انتهاي سمت چپ محفظه شروع به سوختن می نماید و در طی سوزش سطح سوزش در آن ثابت باقی می ماند. در شکل زیر نمایی از سیستم کلی و ابعاد و اندازه ها و شکل آنی سوختن سوخت در درون محفظه استوانه اي را در حالت سوختن سوخت به روش سوزش از انتها نشان داده شده است.
شکل-2 نمایی از موشک سوخت جامد با سوزش به روش سوزش از انتها
براي بررسی سرعت زاویه اي چرخشی با استفاده از معادله11 و با استفاده از روش سوختن سوخت معادله زیر بدست می آید.
شکل-3 تغییرات برحسب تغییرات
با توجه به نمودار اگر 1 باشد سرعت زاویه اي چرخشی در تمام فرآیند سوختن کاهش می یابد و اگر 1 باشد سرعت زاویه اي چرخشی در طول فاز سوختن ثابت باقی می ماند و داراي همان مقدار اولیه خود می باشد و اگر 1 سرعت زاویه اي چرخشی در تمام فرآیند سوختن افزایش می یابد.
مقدار سرعت زاویه اي چرخشی براي موشک با سوزش یکنواخت با استفاده از معادله - 9 - به صورت زیر بدست می
با حل این معادله و بررسی اثرات تغییر مقدار بر سرعت زاویه اي چرخشی، نمودار زیر حاصل می شود.
شکل-4 اثرات تغییر مقدار بر سرعت زاویه اي چرخشی موشک با روش سوزش از انتها
