فهرست مطالب

فصلنامه مواد پر انرژی
سال شانزدهم شماره 1 (پیاپی 49، بهار 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/03/25
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سجاد قلنده، عباس کبریت چی*، یاسین کیخا صفحات 3-12

    در این مقاله رفتار کهولت پیشرانه جامد مرکب با اندازه گیری خواص مکانیکی آن در دمای بالا بررسی شده است. بدین منظور سه نمونه HTPB با ریزساختار متفاوت انتخاب و با ثابت نگهداشتن نوع و مقدار سایر اجزاء فرمولاسیون، پیشرانه های جامد مرکب  بر پایه آن ها ساخته شد و کهولت به روش تسریع یافته مطالعه شد. خواص مکانیکی بعد از اعمال کهولت تسریع یافته، بوسیله آنالیز حرارتی مکانیکی دینامیکی (DMTA) اندازه گیری شد تا تاثیر  ریزساختار HTPB بر کهولت پیشرانه جامد مرکب مشخص گردد. نتایج بررسی نشان  داد که با افزایش وزن مولکولی، عدد هیدروکسیل، افزایش ریزساختار وینیل و کاهش ریزساختار سیس رزین HTPB، رفتار مکانیکی پیشرانه جامد مرکب صلب تر شده که می تواند به علت کاهش تحرک زنجیره ی پلیمری و یا تسهیل در تشکیل اتصالات عرضی پساپخت باشد. در طول زمان کهولت، طول عمر  برای پیشرانه های برپایه رزین با ریزساختار متفاوت تغییر قابل توجهی نشان داد. طول عمر بدست آمده برای پیشرانه جامد مرکب برپایه رزین های D01، D02 و D03 به ترتیب برابر با 6، 48/4 و 56/3 سال است. نتایج  بدست آمده، تفاوت قابل ملاحظه ای نشان می دهد و به خوبی اثرگذاری ریزساختار رزین HTPB بر کهولت پیشرانه جامد مرکب بر پایه آن را بیان می کند.

    کلیدواژگان: کهولت، آزمون دینامیکی مکانیکی، ریزساختار، پلی بوتادین خاتمه یافته با هیدروکسیل
  • شهرام قنبری*، علیرضا مصداقی، حسین سوری، فاطمه ابریشمی صفحات 13-20

    یکی از خصوصیات مورد نظر در دوپیشرانه های مایع، خاصیت خود اشتعالی آنها می باشد و کمیت لازم برای بررسی این خاصیت، زمان تاخیر در اشتعال است؛ تاخیر در اشتعال به دو دسته فیزیکی و شیمیایی دسته بندی شده و زمان تاخیر در اشتعال شیمیایی فاصله زمانی تماس سوخت و اکسیدکننده تا ظهور اولین شعله تعریف می شود. برای اندازه گیری زمان تاخیر در اشتعال شیمیایی، بهترین روش آزمایشگاهی روش تست قطره می باشد. با توجه به عوامل موثر بر زمان تاخیر در اشتعال (مانند نسبت اکسیدکننده به سوخت، دما و فشار) و پس از طراحی مکانیکی، این دستگاه با قابلیت تنظیم دما و فشار محفظه واکنش ساخته‎شد. سپس جهت کالیبراسیون و استانداردسازی این دستگاه از سوخت هایی چون تری اتیل آمین، دی متیل هیدرازین نامتقارن و مخلوط تونکا 250 و نیز از اکسیدکننده اسید نیتریک قوی و اکسیدکننده متداول AK27 استفاده شد. تکرارپذیری و پراکندگی مناسب نتایج حاصله، نشان از دقت دستگاه است.

    کلیدواژگان: پیشرانه مایع، زمان تاخیر در اشتعال، تست قطره، کالیبراسیون
  • علیرضا زارعی*، فائزه جوکار صفحات 21-28

    در این تحقیق ، یک روش ساده و مطمین برای تعیین میزان تیتانیوم دی اکسید (TiO2) درپیشرانه های جامد دو پایه، بر اساس مقایسه با اسپکتروفتومتری نشری اتمی-پلاسمای جفت شده القایی (ICP-AES) توصیف شده است. این روش بر اساس تشکیل کمپلکس Ti (IV) با کروموتروپیک اسید در محیط اسیدی و مشاهده جذب محصول رنگی با روش اسپکتروفتومتری در ناحیه 460 نانومتر انجام شد. اثر پارامترهای تاثیر گذار بر واکنش مورد بررسی و بهینه سازی قرار گرفت. در شرایط مطلوب، نمودار کالیبراسیون نسبت به Ti (IV) در محدوده µg mL-1 0/5 -1/0 و با حد تشخیص µg mL-1 05/0 خطی می باشد. اعتبارسنجی روش با استفاده از تجزیه و تحلیل آماری داده ها مورد ارزیابی قرار گرفت. برای این منظور ، تیتانیوم دی اکسید در پیشرانه های جامد دوپایه تعیین شد و نتایج بر اساس آزمونهای t- و F تحلیل و با نتایج بدست آمده از ICP-AES ، مقایسه شد. بین مقادیر میانگین و دقت دو روش در سطح اطمینان 95٪ تفاوت معنی داری وجود نداشت. نتایج نشان داد که روش پیشنهادی یک روش دقیق و قابل اعتماد برای تعیین تیتانیوم دی اکسید در پیشرانه های جامد دوپایه می باشد و می تواند به عنوان یک روش آسان در آزمایشگاه های کنترل کیفیت پیشنهاد شود.

    کلیدواژگان: تیتانیوم دی اکسید، سوخت جامد دو پایه، تعیین اسپکتروفتومتری، کاتالیزور، سرعت سوزش، کروموتروپیک اسید
  • محسن روح بخش، سعید توانگر روستا*، محمدرضا صدیقی صابر صفحات 29-39

    در کار تحقیقاتی حاضر یک کد صفر بعدی برای تحلیل بالستیک داخلی سلاح با پیشرانه دارای لایه تاخیری توسعه داده شده است. امروزه پیشرانه با لایه تاخیری به طور وسیعی در سلاح های کالیبر کوچک و متوسط به کار گرفته می شود. لایه تاخیری به صورت یک پوشش نازک در سطح پیشرانه تک پایه و یا دو پایه قرار دارد. هدف اصلی از به کارگیری این گونه پیشرانه ها در سلاح، افزایش سرعت دهانه با رعایت بیشینه فشار مجاز برای سلاح است. برای تحلیل بالستیک داخلی مدل ترمودینامیکی یا صفر بعدی مبتنی بر روابط نرم افزار بدر، توسعه داده شده است. به منظور صحه گذاری نتایج تحلیل، از نتایج تجربی و نتایج سایر کدهای معتبر مربوط به سلاح 20 میلیمتری و سلاح آزمایشگاهی 30 میلیمتری استفاده شده است. کد تهیه شده قادر به تحلیل احتراق پیشرانه های پیشران دو لایه با انواع هندسه مرسوم برای گرین است. در ادامه اثر نیروی خانکشی بر دقت نتایج حل وارسی شده و تاثیر لایه تاخیری بر عملکرد بالستیک داخلی سلاح بحث و بررسی شده است. نتایج نشان می دهد در صورت استفاده از پیشرانه با لایه تاخیری با افزایش چگالی بارگذاری می توان به سرعتهای دهانه بالاتر با حفظ بیشینه فشار مجاز رسید. در این مطالعه %5/9 افزایش سرعت دهانه برای شلیک مهمات  M55A2 از سلاح 20 میلیمتری با استفاده از پیشرانه با لایه تاخیری نسبت به پیشرانه بدون عامل تاخیری حاصل شده است.

    کلیدواژگان: بالستیک داخلی، پیشرانه با لایه تاخیری، تحلیل صفربعدی، نرم افزار بدر
  • محمد صادقی، سعید اسمعلی پوراندرابی، حسین سوری*، محمدرضا صدیقی صابر صفحات 41-49

    یکی از مهمترین مباحثی که هنگام کار با مواد پرانرژی مطرح است، آغازش این مواد می باشد. از میان روش های مختلف آغازش مواد پرانرژی در صنایع نظامی و غیر نظامی، آغازش با موج شاک اهمیت ویژه ای دارد. مطالعه عددی و شبیه سازی پدیده آغازش با شاک مواد منفجره چگال، وابسته به مدل هایی موسوم به مدل های سوزش می باشد که در واقع نرخ تبدیل مواد واکنش نداده به محصولات انفجار را توصیف می کنند.  از میان مدل های سوزشی که تاکنون برای مواد منفجره ارایه شده است، مدل آغازش و رشد (I&G) از مطرح ترین و پرکاربردترین مدل ها می باشد. در این مقاله، هدف بدست آوردن ثوابت نرخ واکنش I&G برای مواد شدیدالانفجار است. بدین منظور روشی جدید برای کالیبراسیون کاملا خودکار ثوابت I&G برای استحصال بهترین مقادیر ارایه شده است. در این مقاله، الگوریتم بهینه ساز ژنتیک با هیدروکد شبیه ساز ارتقاء یافته Fortran SIN کوپل گردیده است. کالیبراسیون انجام شده بر اساس کمینه سازی اختلاف بین داده های فشار محاسبه شده و داده های تجربی بدست آمده از حسگرهای فشار مانگانینی در آزمون های آغازش با شاک بوده است. نتایج بهینه سازی پارامتر های I&G برای ماده منفجرهComp-B ، نشان دهنده دقت خوب الگوریتم می باشد؛ به نحوی که پس از کالیبراسیون، اختلاف نمودار تاریخچه ی فشار بدست آمده از محاسبات این مقاله و داده های تجربی در حدود 15% بدست آمد و از این نظر نسبت به نتایج گزارش شده در مراجع پیشین در حدود 6% دقیق تر است.

    کلیدواژگان: مدل سوزش، آغازش و رشد (I، G)، شاک، مواد شدیدالانفجار، Comp-B، کالیبراسیون، الگوریتم ژنتیک
  • طه پارسائیان، رمضانعلی ایزدیفرد*، مجیدامین افشار صفحات 51-60

    برای محافظت از سازه در برابر بار انفجار از سه راهکار " افزایش فاصله ی انفجار با استفاده از موانع طبیعی یا مصنوعی"، "افزایش مقاومت سازه یا سطح عملکرد آن" و کاهش میزان انرژی حاصل از انفجار به کمک روش های کنترل غیر فعال، نیمه فعال، فعال و ترکیبی" میتوان استفاده کرد. در روش اخیر، به کمک ابزارها و مکانیزم های کنترلی، شدت اثر امواج حاصل از انفجار کاهش می یابد و پاسخ سازه در برابر موج حاصل از انفجار کنترل می گردد. در این تحقیق هدف آن است که در راستای راهکار سوم سیستمی متشکل از جرم، فنر، میراگر اصطکاکی و میراگر ویسکوز ارایه و در ادامه، عملکرد مناسب آن در کاهش پاسخ در برابر بار انفجار به کمک تحلیل عددی نشان داده شود. عموما آنچه که در سیستم های سازه ای تحت بار انفجار باعث ایجاد خرابی و در نهایت فروریزش می شود عدم توانایی سیستم در تحمل بیشینه پاسخ ها است. بنابراین دستیابی به مکانیزمی موثر که به کمک آن بتوان عملکرد سازه را در محدوده قابل قبول قرار داده و فراجهش سیستم را کاهش داد تا حد زیادی به طرح سازه های مقاوم در برابر انفجار کمک خواهد کرد.

    کلیدواژگان: بار انفجار، کنترل سازه، طراحی عملکردی، بیشینه پاسخ، طیف شوک
|
  • S. Ghalandeh, A. Kebritchi*, Y. Kaykha Pages 3-12

    In this article aging behavior of composite solid propellant was investigated by determining its mechanical properties at elevated temperatures. For this purpose, three HTPB samples with different microstructures were selected and composite solid propellants were prepared based on them keeping similar other components and aging was studied by accelerated method. Mechanical properties were measured after accelerated aging using dynamic mechanical thermal analysis (DMTA) in order to investigate the effect of HTPB microstructure on composite solid propellant aging. Results showed that with increasing molecular weight, hydroxyl value, increasing vinyl and decreasing cis contents in resin microstructure, the mechanical behavior of the propellant becomes more rigid, which may be due to limiting the polymer chain mobility or facilitating post-curing crosslinking. Over aging time, the shelf life changed effectively with propellant binder microstructure. The obtained shelf life for the composite solid propellants based on D01, D02 and D03 resin samples were 6, 4.48 and 3.56 years. The results showed significant differences and show well the affect of the micro-structural properties of HTPB resin on the aging of its-based composite solid propellant. 

    Keywords: Aging, Dynamical-Mechanical Thermal Analysis, Structural Properties, Hydroxyl-terminated Polybutadiene
  • A.R. Mesdaghi, S. Ghanbari Pakdehi*, H. Souri, F. Abrishami Pages 13-20

    One of the properties for liquid bipropellants is their hypergolicity. The required quantity for this purpose is ignition delay time (IDT). IDT is classified into two classes: physical and chemical. The chemical ignition delay time is the time interval between the contact of fuel droplet - oxidizer surface and appearance of the first flame. The most appropriate laboratory method for measuring the chemical ignition delay time is drop test. Considering the effective parameters on the ignition delay time (such as oxidizer to fuel ratio, temperature and pressure) and following the mechanical design, this system was manufactured with capability of temperature and the reaction chamber pressure adjustments. For calibration and standardization of the system, some liquid fuels (such as triethyl amine, unsymmetrical dimethyl hydrazine and Tonka-250 mixture) and some liquid oxidizers (such as strong nitric acid and conventional oxidizer AK27) were applied. Good repeatability and dispersity of the obtained results indicate the system accuracy.

    Keywords: Liquid Propellant, Ignition Delay Time, Drop Test, Calibration
  • A. R. Zarei*, F. Jokar Pages 21-28

    In this research, a reliable and simple method was described for the determination of the amount of titanium dioxide (TiO2) in double base solid (DB propellants), based on a comparison with the inductively coupled plasma method. The method is based on complex formation of Ti(IV) with chromotropic acid in acidic media and monitoring the absorbance of the colored products by spectrophotometric technique at 460 nm. Under optimal conditions, the calibration graph was linear in the range of 0.10-5.0 μg mL-1 of Ti(IV) with the limit of detection of 0.05 μg mL-1. The validity of the method was evaluated by means of the data statistical analysis. For this purpose, the method was applied to the determination of titanium dioxide in DB propellants, and the results were compared based statistical tests with those obtained by the ICP- AES. The results showed that the proposed method offers an accurate and reliable approach for the determination of TiO2 in DB propellants, and can be suggested as a routine method in quality control laboratories.

    Keywords: Titanium Dioxide, Double Base Solid Propellant, Spectrophotometric Determination, Burning rate Catalyst, Chromotropic Acid
  • M. Roohbakhsh, S. Tavangar*, M. R. Saber Pages 29-39

    In the current research work, a zero-dimensional code for the internal ballistic of gun analysis has been developed with a deterrent layer propellant. Today, the driving of the deterrent layer is widely used in small and medium-caliber weapons. The deterrent layer is in the form of a thin coating on the surface of a single base or double base gun propellants. The main purpose of this type of propellants is to increase the muzzle velocity by observing the maximum allowable pressure for the weapon. It has been developed for internal ballistic analysis of the thermodynamic model or the next zero-based on Badr software relations. In order to validate the analysis results, experimental results and results of other valid codes related to 20 mm weapon and 30 mm laboratory weapons were used. The code is able to analyze the combustion of two-layers propellants with a variety of conventional geometries for a grain. The effect of the engraving force on the accuracy of the examined results and the impact of deterrent layer on internal ballistic of gun performance has been discussed. The results show that in case of using the deterrent layer with increasing the load density can be reach to higher muzzle velocities with maintaining maximum allowable pressure. The investigation on M55A2 ammunition demonstrated 9.5% increasing in muzzle velocity by using of deterred propellants rather than undeterred propellants.

    Keywords: Internal Ballistic, Deterrent Coating for Gun Propellant, Zero-Dimensional Code, Badr Software
  • M. Sadeghi, S. Esmali Pourandarabi, H. Soury*, M. R. Sedighi Saber Pages 41-49

    One of the most important issues when working with energetic materials is their initiation. Of the various methods of energetic materials initiation in the military and civilian industries, shock initiation is of particular importance. Numerical and simulation study of the shock initiation of condensed phase explosives is related to models called burning rate models, which describe the conversion rate of unreacted materials to detonation products. Among the burning rate models that have been proposed for explosives so far, the Ignition and Growth (I&G) model is one of the most popular and widely used models. In this paper, the genetic optimization algorithm is coupled with an upgraded Fortran SIN simulator hydrocode. The calibration was based on minimizing the difference between the calculated pressure data and the experimental data obtained from manganin pressure gages in the shock initiation tests. The results of optimizing the I&G parameters for Comp-B demonstrates good accuracy of the algorithm; So that after calibration, the difference between the pressure history obtained from the calculations of this paper and the experimental data was about 15% and in this respect is about 6% more accurate than the results reported in previous reseorches.

    Keywords: Burning Model, Ignition, Growth (I&G), Shock, High Explosive Materials, Comp-B, Calibration, Genetic Algorithm
  • T. Parsaeian, R. A. Izadifard*, M. Amin Afshar Pages 51-60

    In order to protect a blast loaded structure, three ways can be utilized: “increasing the stand-off using natural or artificial barriers”, “increasing the structure strength or performance level”, “decreasing the energy of blast using the passive, semi active, active and hybrid control methods”. In recent method, using controlling mechanism and tools, the effect of blast waves is decreased and the structure response is controlled. In this research, considering the third way, two systems including mass, spring, friction damper and viscous damper is presented and its performance reducing the response against blast is evaluated utilizing numerical analysis. In the first innovative system, there is a mechanism with a spring, a massless ball and a sloped surface and in second innovative system, there is a mechanism with a viscous damper, a massless ball and a curved surface. Results shown improvement in performance up to 40 percent. Generally, inability of system to endurance the maximum responses leads to damage and collapse of structure underging blast load. Thus, finding an effective mechanism to achieve an acceptable structure performance and to decrease system overshoot, can help to design of the structure enduring the blast.

    Keywords: Blast Load, Structural Control, Maximum Response, Shock Spectra