فصلنامه مواد پر انرژی
پیاپی 1 (بهار 1385)

در این رهیافت نخست مقدار ایمپالس دریافتی یک ورق فلزی مدور ناشی از انفجار زیرآب یک خرج انفجاری متمرکز و مستقر در فاصله ای معین از سطح ورق برآورد می گردد. سپس انرژی کرنش ناشی از تغییر شکل ورق در یک قالب مخروطی محاسبه می گردد. در مرحله بعد با در نظر گرفتن بازده مکانیکی فرآیند مقدار انرژی لازم تعیین می گردد. براساس نتایج این مرحله، سرعت و ایمپالس مورد نیاز تعیین می گردد. سرانجام از تساوی ایمپالس حاصله با ایمپالس دریافتی ورق جرم خرج انفجاری لازم جهت تکمیل عملیات شکل دهی انفجاری مخروط بدست می آید. تعدادی آزمایش نیز طراحی و اجرا شد و نتایج تجربی مستخرج از آنها همراه نتایج تجربی محققین دیگر با نتایج نظری مکتسب از این تحقیق مورد مقایسه قرار گرفتند.

مرحله کلیدی در فرایندالکیلاسیون احیایی تولید سوخت قدرتمندی دی متیل هیدرازین نامتقارن (UDMH) تبدیل کاتالیستی استیل هیدرازین (AH) به دی متیل استیل هیدرازین (DMAH) می باشد. کاتالیست مورد استفاده در این مرحله Pd/C %5) وزنی(می باشد. در این رابطه مشکل عمده غیرفعال شدن کاتالیست مذکور است. مشاهدات اولیه حاکی است که ماده ای ویسکوز اطراف کاتالیست را احاطه کرده است. تحقیق اخیر نشان داده است که علت تشکیل این ماده ویسکوز، پلیمریزاسیون ماده واسطه استیل هیدرازون (AOH) می باشد که سینتیک تولید و پلیمریزاسیون آن بررسی شده است. همچنین روش جلوگیری از غیرفعال شدن کاتالیست در این مقاله مطالعه شده است.

سیکلوتترامتیلن تترانیترآمین که با نام HMX، نیز شناخته شده است یکی از مهمترین مواد منفجره قوی می باشد و به طور گسترده ای در کاربردهای مختلف نظامی از آن استفاده می شود. در این مقاله ابتدا خواص فیزیکی، شیمیایی و روش های مختلف تهیه HMX بررسی شد و فرایند بکمن (Bachmann) به عنوان روش مناسب انتخاب گردید. با در نظر گرفتن شرایط واکنش از قبیل دما، دور همزن و زمان واکنش، تغییرات نسبت مولی نیتریک اسید به آمونیوم نیترات بر بازده محصول در مقادیر مختلف مورد آزمایش قرار گرفت و از طیف های IR و NMR برای تعیین مشخصات محصول استفاده شد. مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج ارایه شده توسط دیگران نشان می دهد که بازده واکنش در تحقیق حاضر بیشتر بوده است.

پیشرانه های دو پایه پرانرژی در زمره قویترین پیشرانه های جامد محسوب می شوند و به علت انرژی و محرکه ویژه بالا و محدوده وسیع سرعت سوزش در بسیاری از کاربردها به پیشرانه های دوپایه و مرکب متداول ترجیح داده می شوند. پیشرانه دو پایه پرانرژی حاوی اجزای پرانرژی مانند سیکلوتترامتیلن تترانیترامین (HMX)، سیکلوتری متیلن تری نیترامین (RDX)، پرکلرات آمونیوم (AP) و آلومینیوم (Al) هستند که به روش های اکستروژن و ریخته گری تولید میشوند. پیشرانه دوپایه پرانرژی در این پژوهش حاوی AP و Al است (AP-CMDB) که به روش اکستروژن با حلال نمونه سازی و تولید می گردد. در این پژوهش با استفاده از نرم افزار CEC محاسبات کامپیوتری محرکه ویژه و پارامترهای عملکرد پیشرانه (AP-CMDB) انجام شده و براساس این محاسبات و مطالعات کتابخانه ای 12 فرمولاسیون پیشرانه (AP-CMDB) تعیین و نمونه سازی گردیده و پس از رسیدن به حداقل خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی، آزمایشهای استاتیک انجام شده است.
در این پژوهش به محرکه ویژه تجربی 260 sec)معادل محرکه ویژه تجربی استاندارد (251 sec دست یافته ایم که نسبت به محرکه ویژه پیشرانه دو پایه معمولی افزایش قابل ملاحظه ای دارد و در نهایت فرمولاسیون پیشرانه (AP-CMDB) از جهات خواص مکانیکی، پایداری شیمیایی، ارزش گرمایی و محرکه ویژه بهینه شده است.

اثر اندازه ذرات برای همه سیستم های واکنشی دارای اهمیت اساسی است. در فرمولاسیون پیروتکنیکها اندازه ذره ترکیبات به کار رفته یکی از پارامترهای مهم می باشد. همچنین دمای افروزش و گرمای آزاد شده یک فاکتور مهم در نحوه عملکرد سیستم های پیروتکنیکی است از طرف دیگر انتخاب اندازه ذره ترکیبات به کار رفته یک عامل بحرانی و تعیین کننده در دمای شروع واکنش و فعالیت پذیری انرژی سیستم های پیروتکنیکی است. در این مقاله چگونگی تاثیر اندازه ذرات کلرات پتاسیم بر دمای شروع واکنش مخلوط پیروتکنیکی کلرات پتاسیم و لاکتوز و گرمای آزاد شده از واکنش بین آنها در ترکیب درصد استوکیومتری %73.1 به %26.9 بررسی شده است.
اندازه ذره کلرات پتاسیم از طریق کریستال گیری از محلول های فوق اشباع کلرات پتاسیم به کمک روش سرعت های سرد کردن متفاوت و توسط ماشین Seiving و دستگاه میکروسکوپ الکترونی در اندازه ذرات متوسط: 25، 50، 75، 90، 130، 160، 200، 290، 350 میکرون تهیه شده است. دمای افروزش توسط روش آنالیز حرارتی به کمک دستگاه STA و توسط ترموگرامهای سه گانه TS، DTA، TG برای ترکیب درصد فوق با اندازه ذرات مذکور تعیین شده است. گرمای واکنش توسط روش گرماسنجی مستقیم به کمک دستگاه بمب کالریمتر آدیاباتیک مجهز به کنترل کننده نرم افزاری صورت گرفته است. گرماسنجی در دو حالت اتمسفر عادی و تحت اتمسفر اکسیژن با فشار 30 بار صورت گرفته است. نتایج حاصله نشان می دهد که با کاهش اندازه ذره، دمای شروع واکنش به صورت نمایی کاهش می یابد. و برای گرمای واکنش برای هر دو حالت اتمسفر عادی و تحت فشار اکسیژن با کاهش اندازه ذره کلرات پتاسیم، گرمای واکنش افزایش می یابد و این افزایش به صورت ناهماهنگ و همراه با افت و خیز است هرچه اندازه ذره کاهش یابد گرمای واکنش به صورت نمایی افزایش می یابد. برای تمام اندازه ذرات مذکور با ترکیب درصد گفته شده، گرمای واکنش حالت تحت فشار اکسیژن از حالت اتمسفر عادی بیشتر است. نتیجه گیری نهایی مشخص می کند که بهترین اندازه ذره برای کلرات پتاسیم جهت کاربرد در چنین سیستمهایی بین 100 تا 250 میکرون است.

تغییرات شیمیایی و فیزیکی یک نوع سوخت جامد مرکب بر پایه پلی اتر یورتان در دو مرحله پخت و کهولت مطالعه شده است. سوخت ابتدا در 45 درجه سانتی گراد پخت و سپس تحت کهولت تسریع یافته (Accelerated ageing) در دماهای 25، 45، 60 و 70 درجه سانتی گراد قرار گرفت. تغییرات سل (قسمتی از بایندر که در شبکه پلیمر شرکت نکرده و در حلال حل می گردد) و ژل (قسمتی از بایندر که شبکه ای شده است و در حلال حل نمی شود) با استخراج چند مرحله ای، جرم مولکولی توسط GPC، تجزیه کمی ایزوسیانات با FTIR و خواص مکانیکی توسط آزمون کشش یک بعدی در فواصل زمانی معینی مورد بررسی قرار گرفت. روند پلیمریزاسیون و تعیین زمان پخت کامل سوخت توسط هر چهار روش مطالعه گردید و مشاهده شد که در مرحله پخت بعدی (Postcuring) نمودار زمان پایان واکنش پلیمریزاسیون نسبت به معکوس دما (1/T) برای آنها خطی بوده و مطابقت مطلوبی با یکدیگر دارند. در مرحله کهولت با گذشت زمان، درصد ژل سوخت کاهش، جرم مولکولی سل افزایش و تنش در نقطه ماکزیمم (σ m) افت می کند و واکنش غالب در کهولت شکست زنجیر (Chain scission) می باشد. با استفاده از روابط فیزیکوشیمیایی یک معادله برای کهولت سوخت به صورت σ m=k Ln t+a ارایه شد که k ثابت سرعت تخریب سوخت می باشد.
برای دماهای مختلف Ln k نسبت به 1/T رسم گردید و مشاهده شد که رابطه آرنیوس در این مورد صادق می باشد. انرژی فعال سازی تخریب با استفاده از رابطه آرنیوس برابر 29.2 kJ/mol به دست آمد. طول عمر سوخت با استفاده از رابطه زمان - دمای مشتق شده از رابطه آرنیوس و بر اساس %50 افت خواص برابر 37.7 سال محاسبه شد.

در این تحقیق سنتز ترکیب 2، 6- بیس (پیکریل آمینو)- 3- نیتروپیریدین (BPNP) مورد مطالعه قرار گرفت. برای این منظور دو روش پیکریل شدن ترکیب 2، 6- دی آمینو - 3- نیتروپیریدین و نیتره شدن ترکیب 2، 6- بیس (پیکریل آمینو) پیریدین (BPAP) انتخاب شد. واکنش پیکریل شدن 2، 6- دی آمینو- 3- نیتروپیریدین بعلت درگیری زوج الکترون غیر پیوندی روی یکی از گروه های آمین حلقه پیریدین انجام نگرفت. ولی نیتره شدن BPAP منجر به محصول مورد نظر 2)، 6- بیس (پیکریل آمینو)- 3- نیتروپیریدین(، گردید. این محصول با استفاده از کروماتوگرافی روی صفحات نازک خالص سازی شد و با طیف سنجی HNMR مورد شناسایی قرار گرفت.