فهرست مطالب

مواد پر انرژی - سال هشتم شماره 1 (پیاپی 18، بهار 1392)

فصلنامه مواد پر انرژی
سال هشتم شماره 1 (پیاپی 18، بهار 1392)

  • تاریخ انتشار: 1392/06/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • یاسر محمودی لاریمی، کیومرث مظاهری* صفحه 3

    در این مقاله ساختار تراک گازی در مخلوط با انرژی فعالسازی بالا که دارای ناحیه واکنش آشفته و بسته های نسوخته بزرگ در پشت جبهه میباشد، با استفاده از شبیه سازی دوبعدی در یک کانال، مورد بررسی قرار میگیرد. همچنین مراحل برخورد موج عرضی و نقطه سه گانه با دیواره کانال با استفاده از شبیه سازی با دقت بسیار بالا مطالعه میشود. منشاء تشکیل بسته های نسوخته و مکانیزم مصرف آن ها در پشت جبهه تراک نیز مشخص میگردد. نتایج نشان میدهند که قبل از برخورد با دیواره، هنگامیکه نقطه سه گانه با دیواره برخورد میکند، موج عرضی با بسته نسوخته درگیر میباشد. بعد از جدا شدن نقطه سه گانه از روی دیواره، موج عرضی با دیواره برخورد میکند. بعد از برخورد نقطه سه گانه با دیواره، ناحیه واکنش از شوک پیشرو جدا می شود و منجر به تشکیل بسته نسوخته بزرگ از گازهای اولیه میشود. انرژی آزاد شده از مصرف بسته های نسوخته در اثر اختلاط آشفته ناشی از ناپایداری های هیدرودینامیکی (ناپایداری ریچمیر- مشکوف و کلوین- هلمولتز) نقش موثری در آغازش دوباره تراک در انتهای سیکل سلولی دارد.

    کلیدواژگان: تراک گازی، موج عرضی، ناپایداریهای هیدرودینامیکی، بسته نسوخته
  • نواب فتحی، محمدعلی دهنوی صفحه 17
    در این تحقیق تاثیر افزودنی هایی از قبیل آمونیوم اگزالات (AO) و مخلوط آمونیوم اگزالات/ استرانسیم کربنات (SC) بر پیشرانه های مرکب بر پایه HTPB/AP با آزمایش های سرعت سوزش، DTA، چگالی و دمای خود اشتعالی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان داد که با افزودن این مواد، سرعت سوزش این پیشرانه ها به طور ویژه ای کاهش می یابد. نتایج آنالیز حرارتی تفاضلی (DTA) و دمای خود اشتعالی نشان داد که دمای تجزیه AP و دمای خود اشتعالی به ترتیب با این افزودنی ها افزایش یافته است. حساسیت دمایی سرعت سوزش پیشرانه های مرکب بر پایه HTPB/AP، به میزان قابل توجهی با افزودن آمونیوم اگزالات یا مخلوط آمونیوم اگزالات/ استرانسیم کربنات کاهش می یابد. اثر آمونیوم اگزالات نسبت به مخلوط آمونیوم اگزالات/ استرانسیم کربنات کمتر می باشد. در پیشرانه های AO/HTPB/AP، کاهش میزان حرارت آزاد شده در سطح سوزش سبب کاهش حساسیت دمایی می شود. در پیشرانه های AO/SC/HTPB/AP اثر دوجانبه میان AO و SC، سبب کاهش حرارت آزاد شده و افزایش دمای سطح سوزش و کاهش حساسیت دمایی سرعت سوزش می شود. مقایسه نتایج این تحقیق با آنچه قبلا گزارش شده نشان داد که فرمولاسیون پیشرانه با 4٪ آمونیوم اگزالات حساسیت دمایی را به مقدار 8/4 درصد بیشتر کاهش داده است.
    کلیدواژگان: پیشرانه های مرکب، سرعت سوزش، DTA، حساسیت دمایی، آمونیوم اگزالات، استرانسیم کربنات
  • رضا فارغی علمداری، سید امان الله موسوی ندوشن صفحه 25
    در این مقاله فرآیند ساخت پیشرانه های دوپایه سیم گذاری شده به روش اکسترودی مورد بحث و بررسی قرار گرفته و روش دقیق ساخت و عوامل موثر بر سرعت سوزش پیشرانه های سیم گذاری شده و انتخاب سیم مناسب جهت افزایش بیشتر در سرعت سوزش ارائه شده است. در این تحقیق ضمن پیشنهاد روشی برای ساخت پیشرانه دوپایه سیم گذاری شده به روش اکسترودی، نمونه هایی از پیشرانه سیم گذاری شده با سه نوع سیم با جنسهای مس، فولاد و برنج و با قطر mm 25/0 ساخته شد و تحت آزمون سرعت سوزش به روش بمب کرافورد قرار گرفت. آزمایشات نشان داد که سیم های فلزی کار گذاشته شده در نمونه های ساخته شده به وسیله این فرآیند به صورت کاملا مستقیم و بدون هیچ گونه پیچ خوردگی و پارگی درون گرین پیشرانه قرار گرفته و سرعت سوزش پیشرانه های با یک سیم کار گذاشته شده نسبت به نمونه بدون سیم تا 9/3 برابر افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: پیشرانه جامد دوپایه، سیم فلزی، سیمگذاری، سرعت سوزش، گرین
  • محمود گرجی، جواد دیدهور اصل صفحه 35
    سوخت موشک JPX مخلوطی از سوخت دی متیل هیدرازین نامتقارن و یک سوخت هیدروکربنی تقریبا سبک میباشد. با توجه به وجود دی متیل هیدرازین نامتقارن و ترکیبات هیدروکربنی الفینی در سوخت JPX، انتشار بخار های سوخت در هنگام شارژ باک موشک میتواند برای پرسنل مخاطره آمیز باشد. از طرفی پس از شارژ سوخت، جداره داخلی خطوط لوله و تجهیزات به سوخت مایع JPX آلوده می شود که از نظر ایمنی و زیست محیطی مشکل زا است. به همین دلیل امحا یا خنثی سازی بخار ها و شستشوی تجهیزات شارژ توسط یک حلال مناسب ضروری است. با بررسی حلالهای مختلف برای شستشوی تجهیزات، محلول 5% اتانول در آب برای این کار انتخاب شد. برای امحا و خنثیسازی بخار ها نیز اکسید کننده های مختلف بررسی شدند و در نهایت پرمنگنات پتاسیم انتخاب گردید نتایج نشان داد که واکنش اکسیداسیون مذکور شامل دو مرحله میباشد که واکنش اول احیای پرمنگنات به دی اکسید منگنز و واکنش دوم، واکنش احیای دی اکسید منگنز به یون منگنز(II) بود. نسبت مولی اکسید کننده پرمنگنات پتاسیم به سوخت دی متیل هیدرازین برای امحای بخار های دی متیل هیدرازین 506/0 به دست آمد. با فرض واکنش مرتبه دوم اکسیداسیون نسبت به دی متیل هیدرازین نامتقارن، ثابت سرعت واکنش مذکور در دمای 25 سانتیگرادlit.mol-1min-1 1/6 به دست آمد. محصولات عمده واکنش اکسیداسیون شامل فرمالدهید دی متیل هیدرازون، دیمتیل آمین، آمونیاک و آب بود.
    کلیدواژگان: سوخت موشک JPX، انحلال، اکسیداسیون، خنثی سازی، دی متیل هیدرازین نامتقارن
  • محمد شفیعی، خداداد واحدی صفحه 43
    نفوذ در اهداف بتنی و بتن- فولادی از اهمیت ویژهای برای محققین صنایع دفاعی و غیردفاعی برخوردار میباشد، به علت پیچیده بودن فرآیند نفوذ، اکثر مطالعات انجام گرفته در این زمینه به صورت تجربی میباشد. در این پژوهش، عمق نفوذ یک پرتابه میلهای بلند در اهداف بتنی، با اصلاح مدل تحلیلی آلکسیوسکی- تیت (که قبلا برای اهداف فلزی مطرح شده است)، بررسی شده است. با توجه به اینکه استفاده از این مدل تحلیلی، مستلزم داشتن مقاومت دینامیکی هدف میباشد، یک رابطه تحلیلی برای مقاومت دینامیکی بتن بر اساس استحکام فشاری آن ارائه شده است، که این رابطه از انطباق دادهای تجربی و مدل تحلیلی استخراج شده است. همچنین با تعمیم این مدل برای اهداف چندلایه، عمق نفوذ پرتابه میلهای بلند در اهداف چندلایه غیرهمگن بتن– فولادی محاسبه شده است. در ادامه با استفاده از نرم افزار LS-DYNA مسئله شبیه سازی شده و نتایج به دست آمده از حل تحلیلی و عددی با نتایج تجربی موجود مقایسه و تطابق خوبی حاصل شده است.
    کلیدواژگان: هدف بتنی و بتنی- فولادی، پرتابه، مدل تحلیلی تیت، عمق نفوذ، نرم افزار LS، DYNA
  • یدالله بیات، زهرا فولادگر صفحه 53
    HNIW با نام شیمیایی 2، 4، 6، 8، 10، 12- هگزانیترو 2، 4، 6، 8، 10، 12- هگزاآزاایزوورتزیتان (که با نام متداولCL-20 شناخته میشود) در حال حاضر قوی ترین ماده منفجره غیرهسته ای است. این ترکیب که یک ماده پر انرژی با ساختار قفسی بوده در شرایط معمولی 4 ساختار بلوری (α،β،γوε) برای آن گزارش شده است که به آنها پلیمورفهایCL-20 می گویند. هر یک از این پلیمورفها در شرایط خاص دمایی و حلال به وجود میآیند. این فرمهای بلوری حساسیت و چگالی متفاوتی دارند و فرم بلوری CL-20-ε به دلیل داشتن چگالی بیشتر و حساسیت کمتر برای مصارف نظامی مناسب تر است. بنابراین در این مقاله از دو روش (سنتز و تبلور) برای تهیه پلی مورفCL-20 -ε استفاده شده است. در ضمن شرایط مختلف (اثرات حلال، دما و سرعت هم زدن) برای تهیه CL-20-ε با دانه بندی های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین بهترین روش از لحاظ خلوص، صرفه اقتصادی و زمان صرف شده برای تهیه CL-20-ε با دانه بندی های مختلف (بلورهای ریز کوچک تر ازmμ20 و درشت بزرگ تر از mμ20) معرفی شده است. بررسی ها نشان داده که برای تهیه فرم بلوری CL-20-ε به روش تبلور بهترین حلال به لحاظ نظری و عملی حلال اتیل استات است. ضد حلال های هپتان و کلروفرم نسبت به سایر ضد حلال ها برتری دارند. از تکنیک های اسپکتروسکوپی رامان، FTIR، SEM و XRD برای شناسایی این فرم بلوری استفاده شده که شایان ذکر است که بهترین روش برای آنالیز فرم بلوری CL-20-ε روش XRD خواهد بود.
    کلیدواژگان: پلی مورفیسم، ساختار کریستالی، CL، 20، HNIW، کنفورمر
  • اصغر زاجکانی، ابوالفضل درویزه، منصور درویزه، رضا انصاری خلخالی صفحه 59
    دو مدل شبه – استاتیکی موثر برای بررسی رفتار پیش و پسا-گسیختگی ورقهای دایرهای گیردار تحت بارگذاری دفعی بر پایه تحلیل های حدی کرانه بالای تغییر شکل ارایه می گردد. در مدل اول، با فرض داشتن پروفیل نهایی به صورت یک مخروط که توسط حرکت شعاعی و عمودی یک مفصل تنهای پلاستیک محیطی در نوردیده است، خیز دائمی در حالت قبل از گسیختگی موضعی محاسبه می شود. در مدل دوم، با فرض تشکیل پروفیل نهایی به صورت گنبدی شکل، ساز و کار تغییر شکل از چندین مفصل محیطی با توزیع یکنواخت یا غیر یکنواخت ناشی می شود. در این بخش حرکت بعد از جدایش ورق در لحظه ای که گسیختگی موضعی رخ می دهد نیز به حساب آمده است. با محاسبه انرژی های تغییر شکل پلاستیک، خیز دائمی قبل از جدایش محاسبه شد و تاثیر تعداد و توزیع مفصل ها بررسی گردید. از آنجایی که مقدار سرعت باقی مانده پس از جدایش می تواند نقش مهمی را در تصدیق درستی یک تخمین شبه - استاتیکی تغییر شکل در آستانه گذر از مود اول به دوم شکست ایفا کند، بنابراین با داشتن مقادیر انرژی مربوطه، مقدار این سرعت بدون نیاز به تحلیل دینامیکی برآورد گردید. در نهایت با مقایسه نتایج به دست آمده از مدل های ارایه شده با سایر کارها نظری و داده های آزمایشگاهی دیگران مطابقت خوب نتایج مشاهده گردید.
    کلیدواژگان: بار دفعی، ورق دایره ای، مفصل پلاستیک، گسیختگی موضعی برشی، انرژی جنبشی باقی مانده
|
  • Y. Mahmoudi, K. Mazaheri Page 3

    A two-dimensional numerical simulation is performed in the present work to study the structure of a detonation wave in high activation energy mixtures, which are characterized by their turbulent reaction zone structure and unreacted pockets. The process of transverse wave and triple point collision with the channel walls, formation and consumption mechanism of unburnt gas pockets is examined using very high-resolution numerical simulation. Results show that as the triple point collides with the channel wall, the transverse shock interacts with the unreacted pocket. After reflection of the triple point off the wall, the transverse wave interacts with the wall. During the collision and reflection process, the shear layer detaches from the shock front, producing a pocket of unburnt gas. Energy resealed via consumption of unburnt pockets by turbulent mixing due to hydrodynamic instabilities (Richtmyer-Meshkovnad Kelvin-Helmholtz instabilities) found to have profound role in re-initiation mechanism of detonations at the end of a detonation cell.

    Keywords: Gaseous Detonation, Transverse Wave, Hydrodynamic Instability, Unburnt Gas Pocket
  • N. Fathi, M. Dehnavi* Page 17
    In this study, the effect of additives such as ammonium oxalate (AO), mixture of ammonium oxalate and strontium carbonate (SC) on AP/HTPB based composite propellants was investigated by burning rate, DTA, density and autoignition temperature measurements. The results show that the burning rates of these propellants are decreased significantly. DTA and autoignition temperature experiments results indicate respectively that the decomposition and autoignition temperatures of AP with these additives are increased. The burning rate temperature sensitivity of AP/HTPB based propellants is reduced significantly by the addition of AO or AO/SC, but the effect of AO is less than that of AO/SC. The reduced heat released at the burning surface of AP/HTPB/AO is responsible for the reduced temperature sensitivity. Synergetic effect between AO and SC at AP/HTPB/SC/AO based propellants causes the reduction of heat release and augmentation of the burning surface temperature. Thus, the burning rate temperature sensitivity is reduced. The results of this research in comparison with other results showed that the temperature sensitivity of the propellant formulation with 4% AO was lowered up to 4.8%.
    Keywords: Composite Propellants, Burning Rate, DTA, Temperature Sensitivity, Ammonium Oxalate, Strontium Carbonate
  • R. Fareghi Alamdari*, S. A. Moosavi Nadooshan Page 25
    In this paper, production of a double base propellant grains embedded with continuous metal wires by the screw extruder is investigated. The factors effecting the burning rate of the grains are analyzed and selection of suitable metal wires are discussed. Also, manufactured propellants with embedded metal copper, brass and steel wires (diameter=0.25 mm) were tested by Crawford Bomb method. By this process, the continuous metal wires embedded in grain are made straight and arranged properly to meet the design demands. The results showed that axial burning rate of the end-burning grain embedded with one continuous metal wires of 0.25mm diameter is 3.9 times as great as that of the propellant matrix. Also the torsion and rupture in the grains don’t occurred using embedded metal wire.
    Keywords: Double Based Propellant, Embedded Metal Wire, Burning Rate, Grain
  • M. Gorji*, J. Didevar Asl Page 35
    The JPX rocket fuel is a mixture of unsymmetrical dimethyl hydrazine and a nearly light hydrocarbon fuel. Regarding the presence of unsymmetrical dimethyl hydrazine and olefin compounds in the JPX fuel, emission of its vapors during fuel charging can be hazardous. On the other hand, after fuel charging, the internal surface of pipeline and related equipment is wetted with the liquid fuel. This fuel is hazardous from safety and environmental viewpoint and it is necessary to neutralize the vapors and wash the related equipment with an appropriate solvent. Aqueous solution of ethanol (5%) was selected for the equipment washing. Various oxidants were also compared for vapor neutralization and potassium permanganate was selected. Results showed that the oxidation reaction consists of two steps: in the first step, the potassium permanganate is reduced to manganese dioxide and in the second step, manganese dioxide is reduced to Mn(II) ion. The molar ratio of potassium permanganate to dimethyl hydrazine was found to be 0.506. Assuming the second order reaction with respect to dimethyl hydrazine, the rate constant was determined to be 6.1lit.mol-1min-1 at 25°C. The main products of the oxidation reaction included formaldehyde dimethyl hydrazone, dimethyl amine, ammonia, and water.
    Keywords: JPX Rocket Fuel, Dissolution, Oxidation, Neutralization, Unsymmetrical Dimethyl Hydrazine
  • M. Shafiei, Kh. Vahedi* Page 43
    Penetration into concrete and concrete-steel targets is of prime importance to defense and civil industry scientists. Due to complexity of penetration process, the majority of the conducted studies in the related field have been experimental. In this study, the penetration depth of a long rod projectile into concrete targets is investigated by adjusting Alekseeveskiis-Tate analytical model, which has already been introduced for concrete targets. Since using this analytical model is required to have the dynamic resistance of the target, an analytical relation between dynamic resistance and compressive strength of concrete is developed. Considering the extended model for multilayer targets, penetration depth of long rod in non-homogenous multilayer steel-concrete targets is calculated. Numerical analysis using LS-DYNA suggested a very good agreement between analytical solution and experimental results.
    Keywords: Concrete, Concrete, Steel Targets, Projectile, Analytical Model of Tate, Penetration Depth, LS, DYNA Software.
  • Y. Bayat*, Z. Fooladgar Page 53
    The HNIW with the chemical name 2,4,6,8,10,12-hexanitro 2,4,6,8,10,12- hexaazaisowurtzitane (more commonly known as CL-20) and with cage structure is the most powerful non-nuclear explosive materials. CL-20 can exist as four different polymorphic phases (α, β, γ and ε) at ambient temperature and atmospheric pressure having different density and sensitivity. ε morphology, with more density is less sensitive and more appropriate for military applications. In this paper, both the synthesis and crystallization methods for the preparation of ε-CL-20 is investigated and the effects of different parameters (solvent, temperature, and stirring rate) on the particle size of ε-CL-20 prepared from crystallization method were studied. It is shown that the best solvent for crystallization of ε-CL-20 is ethyl acetate. Heptane and chloroform are more convenient as antisolvents. ε-CL-20 was analyzed by different techniques as Raman and FTIR, SEM and XRD.
    Keywords: Polymorphism, Crystalline Structure, CL, 20, HNIW, Conformer.
  • A. Zajkani, A. Darvizeh*, M. Darvizeh, R. Ansari Page 59
    Two effective quasi – static models are presented to consider pre and post- failure behaviors of the clamped circular plates subjected impulsive loads based on upper bound limit analyses of deformation. In first model, final profile is considered to have a conical shape, which is represented by radial and vertical motions of a single peripheral plastic hinge; permanent deflection is calculated before local failure. In second model, supposing the final deformation being as a dome shape, mechanism of deformation is caused by multi- peripheral stationary hinges with uniform or non- uniform distribution. In this part, motion after severance of the plate is considered at the instance that the local failure is occurred. Calculating plastic deformation energies, permanent deflection before the severance is computed and influence of number and distribution of hinges are investigated. Since, value of residual velocity after tearing can perform principal role for validation of a quasi static estimation of the deformation at transit threshold from the first failure mode into second one. So, having amounts of relevant energies, value of this velocity is evaluated without needing dynamic analysis. Finally, by comparisons between obtained results from introduced models and other works and experimental data, good agreements are observed.
    Keywords: Impulsive Load, Circular Plate, Plastic Hinge, Local Shear Failure, Residual Kinetic Energy.