فهرست مطالب

مواد پر انرژی - سال نهم شماره 3 (پیاپی 24، زمستان 1393)

فصلنامه مواد پر انرژی
سال نهم شماره 3 (پیاپی 24، زمستان 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/12/18
  • تعداد عناوین: 7
|
  • منوچهر فتح اللهی *، حسن به نژاد صفحات 3-12
    پیرولانت ها یک دسته مهم از مواد پرانرژی هستند که به دلیل داشتن محتوای انرژی بالا و باقیمانده جامد گداخته، دارای کاربردهای گسترده نظامی و غیرنظامی می باشند. پیرولانت های آتش زا در حالت سوخت غنی و یا مازاد اکسید کننده، می توانند برای تامین انرژی مورد نیاز احتراق انواع مواد هدف بکارگرفته شوند. ملزومات و ویژگی های یک پیرولانت آتش زا بصورت شفاف هنوز مشخص نشده است. با این وجود داشتن محتوای انرژی بالا، پارامترهای سینتیکی حرارتی متعارف و سرعت های سوزش متوسط از ملزومات اولیه این ترکیبات است. در این کار تحقیقاتی برای اولین بار پیرولانت چند جزئی Al/MnO2/PTFE بعنوان یک خرج آتشزای معرفی شده است. سینتیک های واکنش حرارتی مانند انرژی فعال سازی، فاکتور فرکانس، دمای بحرانی و دمای تجزیه خود شتابی با استفاده از کالریمتری روبشی دیفرانسیلی مطالعه گردید. همچنین خواص احتراقی مانند سرعت جبهه موج احتراق و زمان تاخیر آغازش با استفاده از یک سیستم آزمایشگاهی کانال باز و تصویر برداری با دوربین سرعت بالای پیشرفته مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با مشارکت حدود 30% نانو ذره آلومینیوم، دمای آغازگری و انرژی فعال سازی کاهش یافته است و موجب ایجاد رفتار احتراقی و مکانیزمی متفاوت و منحصر به فردی شده است.
    کلیدواژگان: پیرولانت، سینتیک حرارتی، زمان تاخیر احتراق، سرعت احتراق، نانو آلومینیوم، دی اکسید منگنز
  • منصور شهیدزاده *، زاهد اسدی، بنت الهدی نادری جهرمی صفحات 13-24
    عوامل پیوندی یک جزء بسیار مهم در پیشرانه جامد است که فرایند پذیری و خواص مکانیکی، بالستیک، ایمنی و کهولت پیشرانه را تحت تاثیر قرار می دهد. در این تحقیق، سه نوع عامل پیوندی پلیمری جدید از طریق واکنش کلیک بین گلیسیدیل آزید پلیمر و پروپارژیل هیدانتوین سنتز و شناسایی شد. برهم کنش این عامل پیوندی پلیمری جدید با سطوح ذرات RDX با اسکپتروسکوپی IR بررسی شد. پیک جذب کششی گروه نیترو درcm-1 1593به اندازه cm-1 86/7 انتقال قرمز می دهد همچنین طبق نتایج به دست آمده خواص مکانیکی پیشرانه کامپوزیتی بر پایه HTPB با عامل پیوندی پلیمری جدید، بهبود قابل ملاحظه ای را نشان می دهد. استحکام کششی ماکزیمم از 53/ 0 به 87/ 0 و ماکزیمم کرنش در نقطه شکست به مقدار 147% در دمای C °25 افزایش یافته است. نتایج DSC نشان می دهد که پایداری حرارتی عامل پیوندی پلیمری در حد قابل قبول برای بکارگیری در فرمولاسیون پیشرانه است.
    کلیدواژگان: هیدانتوین، عامل پیوندی پلیمری، پیشرانه های نیترآمینی، شیمی کلیک
  • سید مهدی پورمرتضوی *، فاطمه شمسی آشتیانی صفحات 25-36
    از پودر منیزیم به عنوان سوخت فلزی در مواد منفجره، پیروتکنیک ها، پیشرانه ها و ترمیت ها استفاده می شود. مهم ترین کاربرد پودر منیزیم در فلیرهای پیروتکنیکی MTV می باشد. در حالی که مشکل اساسی در استفاده از پودر منیزیم واکنش پذیری بالای آن در برابر اکسیژن و رطوبت می باشد که این امر باعث غیرفعال شدن ذرات پودر منیزیم می شود. بنابراین، لازم است که این ذرات توسط لایه نازکی از یک ترکیب بی اثر و پایدار پوشش دهی شوند. در این تحقیق، ذرات پودر منیزیم با روش حلال – ضدحلال توسط پلیمر وایتون پوشش داده شدند.با استفاده از آزمون های FT-IR، SEMو EDS از تشکیل پوشش وایتون بروی پودر منیزیم اطمینان حاصل شد. سپس اثر پوشش وایتون بر پایداری حرارتی پودر منیزیم توسط تکنیک های تجزیه حرارتی (وزن سنجی حرارتی و کالریمتری روبشی تفاضلی) مورد مطالعه قرار گرفت. در این تحقیق جهت تحلیل نتایج بدست آمده از تجزیه حرارتی با استفاده از نرم افزار Qualitek-4 انجام شد.
    کلیدواژگان: پودر منیزیم، وایتون، پوشش دهی، پایداری حرارتی، روش طراحی تاگوچی
  • محمد مهدی حیدری * صفحات 37-48
    این مقاله به بخشیاز تحقیق مربوط به طراحی و ساخت مدل آزمایشگاهی تراستر فعال با عامل آب اکسیژنه می پردازد که طی آن یک نمونه آزمایشگاهی از این تراستر طراحی و ساخته شده و در مرحله بعد باید شاخص های پیشرانشی آن شناسایی شود. برای انجام این مهم تعداد نمونه های آماری حاصل از تست و در نظر گرفتن شرایط تست اصلی بسیار مهم می باشد. نظر به اینکه در این حوزه فعالیت، انجام تست های متعدد منوط به صرف هزینه های سنگین می باشد لذا سعی گردیده تا از مجموعه تست های قابل قبل حداکثر بهره برداری صورت بپذیرد. بنابراین از مجموعه 31 تست صورت گرفته تعداد 20 عدد قابل قبول که مربوط به چهار زمان گوناگون هستند انتخاب گردیده و اطلاعات تجربی آنها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. بر اساس این تجزیه و تحلیل مشخصه ها یا شاخص های پیشرانشی و بالستیکی سیستم تراستر تک پایه شناسایی گردیده اند. همچنین رفتار و عملکرد سیستم تراستر به ازای شرایط هیدرودینامیکی گوناگون و تغییر غلظت ماده پیشران مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. یکی از نتایج این تحقیق می تواند تولید استانداردهای بالستیکی و پیشرانشی در این حوزه از پیشرانش باشد که دستاوردمفیدی را در این حوزه فناوری تقدیم می نماید.
    کلیدواژگان: تراستر، تکپایه، آب اکسیژنه، هیدرودینامیکی، پیشرانش، کاتالیست، تراست، فشارمحفظه، سرعت مشخصه، ضربه ویژه
  • سید عباس وزیری *، محمدعلی دهنوی، ناصر کریمی صفحات 49-56
    در این مقاله ویژگی های احتراقی و سرعت سوزش پیشرانه های جامد مرکب RDX/AP/Al/HTPB به طور تجربی مطالعه گردید. پنج نوع فرمولاسیون مختلف از پیشرانه مرکب تهیه و سرعت سوزش و ارزش حرارتی آنها در سه فشار 600، 800 و psi 1000تعیین گردید. سرعت سوزش پیشرانه های جامد مرکب حاوی AP با افزایش محتوی RDX افزایش پیدا می کند. داده های بدست آمده از آزمون های تجربی نشان داد که افزایش درصد وزنی نیترآمین(RDX) در فرمولاسیون، موجب کاهش ثابت سرعت سوزش (a) و افزایش نمای فشار(n) می شود. سرعت سوزش و نمای فشار (n) فرمولاسیون پیشرانه بدون RDX با فرمولاسیون های حاوی RDX مقایسه گردید. در فشار ثابت psi 800، سرعت سوزش برای نمونه بدون RDX برابر mm/s 2/7 بود و با افزایش RDX به مقدار 6/ 13%، سرعت سوزش بهmm/s 5/5 کاهش پیدا کرد. کاهش سرعت سوزش با افزایش محتوی RDX به صورت خطی نمی باشد. مشخص گردید که نمای فشار پیشرانه با افزایش محتوی RDX زیاد می شود. به عنوان یک نتیجه، نمای فشار برای فرمولاسیون پایه برابر 22/ 0 بود که با افزایش درصد RDX به 6/ 13%، نمای فشار به 3/ 0 افزایش پیدا کرد.
    کلیدواژگان: پیشرانه های نیترآمینی، سرعت سوزش، ارزش حرارتی، آمونیوم پرکلرات، RDX
  • علی احمدی *، یدالله بیات، زهراالسادات رجایی، مریم زرندی صفحات 57-62
    CL-20 یکی از قوی ترین مواد منفجره غیر هسته ای شناخته شده است که تقریبا در تمامی روش های تهیه آن از حد واسط TADB استفاده می شود. یکی از مراحل سنتز CL-20 حذف بنزیل از TADBمی باشد که این واکنش توسط کاتالیست پالادیوم انجام می شود که بسیار گران است و نیاز به راکتور تحت فشار دارد. بنابراین محققین در پی یافتن کاتالیست های جدید جایگزین برای غلبه بر این مشکلات هستند. در این تحقیق برای اولین بار به منظور شناسایی کاتالیست مناسب ترکیبات گوناگون مانند سریم آمونیوم نیترات، سریم آمونیوم سولفات، پتاسیم برمات و تیتانیوم تری کلرید مورد مطالعه قرار گرفتند که از بین آنها تنها استفاده از سریم آمونیوم نیترات در مایع یونی پیرولیدینیوم بی سولفات و سریم آمونیوم نیترات در حضور معرف های اکسنده و معرف تری کلرید تیتانیوم جهت حذف بنزیل از TADB مناسب بودند. بازده محصول تترااستیل هگزاآزاایزوورتزیتان(TAIW) در این واکنش ها مطلوب بود. در استفاده از معرف تری کلرید تیتانیوم بازده 41% به دست آمد. درحضور معرف اکسنده پتاسیم برمات با سریم آمونیوم نیترات در مخلوط واکنش میزان مصرف سریم آمونیوم نیترات به چهل برابر کاهش یافت و بازده به 55% افزایش یافت. در روش استفاده از سریم آمونیوم نیترات در مایع یونی پیرولیدینیوم بی سولفات علاوه بر مزیت حذف حلال آلی، میزان مصرف سریم آمونیوم نیترات به سه تا چهار برابر کاهش یافت و بازده واکنش بیش از 55 درصد به دست آمد.
    کلیدواژگان: سریم آمونیوم نیترات، حذف بنزیل، مایع یونی، پیرولیدینیوم بی سولفات، TADB
  • جمال زمانی *، محمدحسین بنویدی، محمد حلاجی ثانی صفحات 63-73
    در این مقاله مقدار ماده منفجره بحرانی درون یک سازه آلومینیومی به شکل استوانه متصل به مخروط ناقص و پارامترهای موثر در انفجار این سازه و اثر سازه روی موج انفجار مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف از انجام این تحقیق، معلوم کردن میزان ماده ی منفجره یا فشار دینامیکی لازم جهت انهدام سازه، حد شکل پذیری سازه در فرایند تغییر شکل دینامیکی و ارائه یک مدل نیمه تجربی که پیش بینی کننده ی شکست سازه است، می باشد. روش کار بدین ترتیب است که دو حالت متفاوت شامل حالت پارگی سازه و حالت پس از پارگی سازه برای انفجار درون محفظه بسته حاوی ماده منفجره در نظر گرفته شد. از حالت پارگی، مقدار ماده منفجره برای پارگی سازه استخراج شد که روش عمل، استفاده از بی بعد سازی پارامترهای موثر و انجام آزمایش بر روی نمونه های مقیاس بندی شده است و علاوه بر آن رفتار شکست سازه و فلز به کار رفته در آن برای نمونه های مقیاس بندی شده مشخص شد. در حالت پس از پارگی، اندازه حرکت انفجار در فاصله های مشخصی از محل عیب سازه اندازه گیری شد و مشخص گردید که این اندازه حرکت از اندازه حرکت موج انفجار در فضای آزاد بیشتر است.
    کلیدواژگان: ایمپالس، انفجار، مقیاس بندی، مدل نیمه تجربی، پارگی، حد شکلپذیری
|
  • Manoochehr Fathollahi *, Hassan Behnejad Pages 3-12
    Pyrolants are an important class of energetic materials which because of the high energy content and the solid fused residues، serve a remarkably wide range of military and civilian applications. Pyrolant incendiaries can be either fuel rich or provide a surplus of oxidizer to facilitate combustion of a target substrate. The requirements and characteristics of an incendiary pyrolant not clearly identified. However، the heat of reaction، thermal kinetic data and macroscopic combustion parameters are of the basic requirements for the designing of these compounds. In this work، for the first time، the multicomponent Al/MnO2/PTFE pyrolant is introduced as an incendiary charge. Thermal reaction kinetics (activation energy، frequency factor، critical temperature and self-accelerating decomposition temperature) were studied with differential scanning calorimetry (DSC). Also this work investigations the macroscopic combustion behaviors (such as flame speed and ignition delay time) along with experimental results focusing on open burn experimental setup. Results indicate that the incorporation of nano-Al higher than 30%، significantly reduces ignition temperatures and produces unique reaction behavior that can be attributed to a different chemical kinetic mechanism than observed with micron-Al particles.
    Keywords: Pyrolant, Thermal kinetic, Ignition delay time, Combustion velocity, Nano, Al, MnO2
  • Mansour Shahidzadeh *, Zahed Asadi, Bentolhoda Naderijahromi Pages 13-24
    Bonding agents are important components in solid propellants which affect processing, mechanical, ballistics, safety and aging properties of propellant. In this research, we have synthesized and characterized three types of new polymeric bonding agents by post functionalization of glycidyl azide polymers (GAP) via click chemistry. The interaction of new bonding agents with the surfaces of RDX particles have studied by IR spectroscopy that shown a 7/86 shift of nitro group absorption peak at 1593 cm-1. Also, The mechanical properties of a typical HTPB base propellant with new polymeric bonding agent are considerably improved. The value of maximum tensile strength is increased from 0/53 MPa to 0/85 MPa and the value of maximum strain at break is increased by % 147 at 25 °C. As well as, the results of DSC trace show that the thermal stability of the polymer bonding agents is acceptable for using in a propellant formulation.
    Keywords: hydantoine, polymeric bonding agent, nitramine base propellant, binder, click chemistry
  • S. M. Pourmortazavi*, F. Shamsi Ashtiani, S. Babaei Pages 25-36
    Magnesium powder are used extensively in formulations of energetic materials. Of powdered can be used as metal fuel in explosives, Pyrotechnics and propellants. The main use of magnesium powder is in Flare Pyrotechnic magnesium,Teflon, Viton (MTV).While the basic problem in using this powder, its high reactivity against oxygen and moisture, this will result in the deactivation magnesium powder particles. So to avoid this, it is necessary that the particles are covered by a thin layer of a durable combination. In this study, magnesium powder particles covered with Viton polymer by solvent-Anti solvent method. In this study, were used SEM, FT-IR and EDX method to evaluate the coverage. So the coating effect Viton on thermal stability magnesium powder was investigated using thermal decomposition methods (Thermogravimetry‌ Analysis and Differential Scanning Calorimetry). In this research, for data analysis Qualitek-4 software was used.
    Keywords: Magnesiumpowder, Viton, Coat, Thermalstability, Taguchi method
  • M. M. Heydary* Pages 37-48
    This researchhas been conducted to perform a model for ballistics and propulsion specifications or characteristics of a monopropellant Propulsion system. The specifications such as total impulse, thrust, mass flow rate, specific impulse, characteristic velocity and total weight of consumed propellant are important in propulsion performance determination. Among 31th experimental hot tests of monopropellant thruster, the 20th number of tests are accepted. These experimental test data are recorded in the four environment constrains. By using the accepted experimental data, the important ballistic and propulsion characteristic can be derived. The variation of characteristic parameters versus the catalyst bed pressure, have been studied. Also, the variation of these parameters versus the Hydrogen peroxide concentrations, have been investigated. By analyzing the behaviors of characteristic parameter variations, the performance of the monopropellant propulsion system has been achieved.
    Keywords: Thruster, Monopropellant, Hydrogen Peroxide, Propellant, Catalyst, Characteristic Velocity
  • N.Karimi, S.A .Vaziri*, M. A. Dehnavi Pages 49-56
    In this study, the combustion characteristics and burning rate of RDX/AP/Al/HTPB composite solid propellant were studied experimentally. Five different RDX-based propellant compositions have been formulated and the burning rate and calorimetric value were evaluated. The burning rates of RDX composite solid propellants increased with increasing RDX content. The data obtained from experimental tests indicates that increasing weight percentage of RDX in the formulation increases the pressure exponent and decreases the burning rate constant. The mentioned parameters related to the propellant without RDX compared with other formulations including RDX. The results show that the burning rate of the propellant without RDX at the constant pressure of 800Psi was 7.2 mm/s and as RDX content increased by 13.6%, the burning rate decreased to 5.5 mm/s. The relationship between the burning rate and RDX content was not linear. It was also found that the pressure exponent increased by increasing RDX content. As a result, the pressure exponent belonged to the based propellant was 0.22 that by increasing the percent of RDX to 13.6%, the pressure exponent increases up to 0.3.
    Keywords: Nitramine Propellants, Burning Rate, Calorimetric Value, AP, RDX
  • Ali Ahmadi *, Zahraalsadat Rajaee, Maryam Zarandi Pages 57-62
    CL-20 is one of the well-known non-nuclear powerful energetic materials. TADB is an important intermediate in synthesis of CL-20. One of the significant steps in synthesis of CL-20 is application of palladium catalysis for debenzylation of TADB which has some disadvantages such as the high cost, need to special reactor and high cost and need to especial reactor, therefore scientists to find alternative catalyst to overcome these problems. Some of these reagents including cerium ammonium nitrate, cerium ammonium sulphate, potassium bromate, titanium thrichloride, and acidic reagent. It is notable that among these catalysts some of them such as cerium ammonium nitrate in pyrolidinium bisulphate ionic liquid, cerium ammonium nitrate in presence of oxidative reagents and titanium trichloride showed good results and the yield of tetraacetylhexaazaisowortzitane was desirable. The yield of 55% and the absence of organic solvent are the advantages in application of cerium ammonium nitrate in pyrolidinium bisulphate ionic liquid.
    Keywords: CL, 20, TADB, TAIW, HNIW, ionic liquids
  • Jamal Zamani *, Mohammad Hosein Benvidi, Mohammad Hallajisany Pages 63-73
    In this study, the impulses of explosion within an aluminum truncated cone cylinder shells, effective parameters in explosion of these structures and structure effect on blast wave have been investigated. The goals of this study have listed as follows: a) determining critical value of explosives or necessary dynamic pressure for structure failure, b) formability limit during dynamical deformation and c) proposition of a semi experimental equation that can predicts structure failure. In this paper, two states, tearing of structure and after tearing of structure for explosion of explosive within structure were considered. From tearing state of shell, the value of explosive for tearing of shell was extracted. In this state, we have used dimensionless groups of useful parameters and doing tests on scaled shells. Also failure behavior of structure and used metal in it for scaling samples was determined. For after tearing of structure state, the impulse of blast wave within defected shells measured at specified distances out of shells from defect and determined that obtained impulses are higher than impulses of blast wave in free space.
    Keywords: impulse, explosion, semi empirical model, scaling, formability limit