رفتن به مطلب

پست های پیشنهاد شده

همانطور كه می دانیم بزرگترین مانع برای افزایش سرعت حركت در اتمسفر سیاره زمین ، مقاومت یا اصطكاك هواست كه برای كم كردن این نیروی اصطكاك و یا مقاومت هوا ، دانش ایرودینامیك راهكارهایی را ارایه نموده است . ولی مشكل درون آب به مراتب حادتر است . چون چگالی آب به مراتب بیشتر از جرم حجمی هواست و افزایش سرعت حركت درون خود را تقریبا غیر ممكن می كند ، چون برای مقابله با اصطكاك درون آب ، نیاز به سوخت مخصوص با انرژی یا نیروی پیشران فوق العاده زیادی داریم كه ممكن است برای همگان در دسترس نباشد و یا اینكه استفاده از آن بسیار محدود و سخت باشد . به طور مثال مرمی های شلیك شده توسط انواع سلاحهای گرم در اتمسفر زمین برد مفید چندین كیلومتری دارند ولی درون آب بیشتر از چند متر نفوذ نمی كنند و مفید هم واقع نمی شوند . همچنین راكتها و موشكها سرعت و برد بسیار كمی درون آب خواهند داشت و عمده انرژی آنها صرف غلبه بر نیروی مقاومت آب خواهد شد . اما اینك این سوال مطرح می شود كه سرعت مافوق صوت درون آب به چه دردی می خورد ؟

همانطور كه می دانیم برای ردیابی و اندازه گیری مكان و سرعت اشیا و اجسام در جو زمین و یا فضا ، از رادارهای مایكروویو استفاده میشود كه از نوع امواج الكترومغناطیسی است و سرعتی معادل سرعت نور دارد ، ولی این امواج درون آب سریعا جذب و انرژی خود را از دست می دهند و درون آب ، بجای این امواج الكترومغناطیسی از امواج صوتی استفاده میشود كه به سونارهای دریایی معروف هستند كه كشتی و یا زیردریایی ها میتوانند بوسیله ارسال امواج صوتی و بازتاب آنها ، مكان و سرعت اجسام و اشیا حتی موانع مقابل خود درون آب را اندازه گیری كنند . به طور مثال یك زیردریایی و یا یك كشتی بوسیله سونار میتواند مسیر حركت یك اژدر را ردیابی و از مسیر حركت آن فرار و خارج شده و حتی آن را منهدم یا منحرف و از برخورد آن با خود جلوگیری كند . سرعت انتشار صوت درون آب كه يك موج طولي است و به صورت كره توسعه مي‌يابد ، ۱۴۶۲ متر بر ثانيه است كه بیشتر از سرعت صوت در هواست . حال اگر اژدری با سرعت بیشتر از این امواج صوتی درون آب حركت كند ، دیگر قابل ردیابی توسط سونارها نمی باشد و سرنشینان زیردریایی و یا كشتی ، غافلگیر میشوند و تصادم اژدر با هدف دریایی اجتناب ناپذیر و حتمی است و فعلا هیچ راه فرار و نجاتی هم نیست . برای رسیدن به این سرعت درون آب ، تنها راه پیشنهادی از بین بردن اصطكاك و یا مقاومت آب و همچنین تقویت نیروی پیشران اژدر است و راه عملی آن فعلا ایجاد حبابهای گاز در جلو و اطراف كلاهك اژدر است كه مانع تماس دماغه و بدنه اژدر با آب میشود و به همین دلیل نیاز به منبعی كارآمد جهت ایجاد مقدار لازم گاز داریم تا زمان رسید اژدر به هدف فعال باشد و خود این منبع تولید گاز ، نیرویی پیشران برعكس جهت نیروی پیشران اصلی اژدر ایجاد نكند تا موجب كاهش سرعت اژدر نشود . اینك در این مبحث سعی می كنیم منبعی مناسب و مطمئن جهت ایجاد گاز معرفی و طرحی ابتدایی برای اژدر خود رسم كنیم . برای منبع اصلی تامین كننده گاز ، فلز سدیم پیشنهاد میشود . همانطور كه می دانیم این عنصر ، فلزی نرم و براق است كه در هوا به سرعت اكسید و كدر میشود :

 

1.jpg

 

واكنش سديم با آب :

عنصر سديم طبق مكانيسم زير واكنشي قوي با آب مي دهد :

1.gif

حاصل اين واكنش محلولي بي رنگ محتوي باز قوي سديم هيدروكسيد و گاز هيدروژن است . اين يك واكنش گرماده است و طي آن فلز سديم ، داغ شده و با شعله اختصاصي نارنجي رنگي مي سوزد . در روند سوختن سديم ، گاز هيدروژن آزاد مي شود و چون میزان اكسیژن محلول در آب خیلی كم است ، این گاز به صورت حبابهای آزاد درون آب در می آید . برخي از تركيبات سديم هستند كه نمي توانند با چنين قدرت و سرعتی با آب واكنش دهند همچنین آلیاژهای آن كه با توجه به نقطه ذوب سدیم یعنی 97.72 درجه سانتی گراد ، آلیاژ سدیم با قلع و سرب حتی فلزات دیگر ایده آل بنظر میرسد و مسلما به همين نسبت در آب حل مي شوند و چنین بنظر میرسد كه مناسب استفاده در این اژدرهای مافوق صوت باشند و جالب اینجاست كه حرارت زیاد این واكنش میتواند مقدار قابل توجهی بخار آب تولید كند كه به حجم گاز تولید شده خواهد افزود و به همان میزان از نیروی مقاومت یا اصطكاك آب خواهد كاست . به طور خلاصه اژدر بجای حركت درون آب و درگیر شدن با آن ، درون توده ای از گاز هیدروژن و بخار آب حركت خواهد كرد كه اصطكاك و مقاومت بسیار كمتری نسبت به آب خواهد داشت و سرعت اژدر میتواند به سرعت موشك و یا راكت در جو برسد كه بسیار ایده آل خواهد بود .

:

2.gif

1- محفظه و محل خروج تركیبات و یا آلیاژ سدیم

2- عایقهای حرارتی جهت جلوگیری از نفوذ حرارت دماغه به كلاهك اژدر

3- محفظه خرج انفجاری كلاهك اژدر

4- محفظه سوخت پیشرانه اژدر

3.gif

 

همانطور كه از شكل فوق مشخص است فلز سدیم در نوك دماغه با آب واكنش داده و حبابهای گاز هیدروژن و همچنین بخار آب روی سطح كلاهك اژدر را پوشانده و اصطكاك و مقاومت آب را برطرف می كنند . در واقع این واكنش شیمیایی آب را شكاف می دهد و از مسیر حركت اژدر خارج می كند .

 

برای اولین بار روسها به این تكنولوژی دست یافتند كه اژدر ساخته شده به Shkval معروف است و یك نمونه آن VA-111 Shkval میباشد كه سرعت آن 102.7 متر بر ثانیه گزارش شده :

 

2.jpg

 

3.jpg

 

6.jpg

اين اژدر با توليد حبابهاي بخار كه از نوك دماغه و پوسته خود خارج مي كند لايه اي از گاز در اطراف خود شكل مي دهد و بدين ترتيب خود را از تماس مستقيم با آب و پساي قابل ملاحظه ناشي از آن دور مي كند.

اين اژدر قابليت پرتاب از روي شناور و يا زيردريايي در عمق 100 متري را دارد . با سرعت حدود 50 نات (93 كيلومتر بر ساعت) كپسول پرتاب خود را ترك مي كند. با فرو رفتن در آب و رسيدن به عمق مناسب، موتور خود را روشن كرده و به سمت هدف راهي مي شود.

از چالش هاي فني توسعه چنين اژدر مي توان به كاويتاسيون اشاره نمود كه لازم است ميزان حبابهاي كاويتاسيون براي حفظ و پايدار نگهداشتن لايه گاز اطراف موشك و نيز رسيدن به كمترين پسا كنترل شود. در همين رابطه توجه به تداخل گازهاي خروجي از راكت و نيز سطوح كنترل اژدر با لايه گاز ايجاد شده در اطراف آن، پيچيدگيهاي اين مساله را روشن تر مي سازد. به ويژه زمان شروع به كار موتور و شرايط گذار (Transision) ناشي از آن از اين حيث قابل توجه است.

سيستم هدايت چنين اژدر نيز با چالشهاي خود روبرو است. تغيير محيط سيال اطراف موشك، شكست امواج و نيز سرعت خود اژدر از مواردي است كه هدايت آن را با مشكلات عديده اي مواجه مي سازد.

 

 

چند سال پیش ایران هم مدعی دستیابی به این تكنولوژی شد و موشك حوت را ساخته و آزمایش كرد كه سرعت آن 100 متر بر ثانیه اعلام شده است :

4.jpg

5.jpg

ارایه توضیحات دقیق در مورد اجزا و نقشه این موشك در این مبحث ممكن نیست ولی یك مشكل عمده این موشك اینكه اگر آن مدت زمان كوتاهی از آب خارج شود به علت حرارت زیاد مولد گاز ، دچار نقص و ایراد میشود كه اگر از سوخت سدیم برای تولید گاز استفاده شود این مشكل برطرف میشود . چون در زمان خروج موشك از آب ، آب به سوخت سدیم نرسیده و مولد تولید گاز خود به خود خاموش میشود و با ورود مجدد موشك به درون آب ، مولد گاز حباب كاويتاسيون فعال میشود و هیچ كدام از اجزا سیستم كاهش درگ دچار ذوب شدگی نخواهد شد . این مشكل از اینجا ناشی میشود كه در مولدهای فعلی گاز از سوخت جامد موشك استفاده میشود كه بعد از روشن شدن به هیچ وجه خاموش شدنی نیستند و با خروج موشك از آب ، ماموریت موشك منتفی است ولی با استفاده از سوخت سدیم احتمال موفقیت خیلی زیاد است .

 

7.jpg

مولد گاز حباب كاويتاسيون موشك اشكوال در 101.5 ثانیه فعالیت خود میبایست 83 متر مكعب گاز تولید كند . جرم حجمی هیدروژن ۰۸۹۹.0 kg/m3 میباشد كه با این حساب جرم گاز مورد نیاز در حدود 7.4617 كیلوگرم میشود و چون در واكنش :

1.gif

تعداد اتمهای سدیم و هیدروژن در دو طرف معادله برابر است یعنی به ازای هر اتم سدیم یك اتم هیدروژن تولید خواهد شد و چون جرم اتمی سدیم 23 و جرم اتمی هیدروژن 1 است در كل 171.61=7.4617*23 كیلوگرم سدیم خالص مورد نیاز خواهد بود كه با در نظر گرفتن انرژی زیاد آزاد شده توسط واكنش كه مسلما بخار آب نیز میتواند تولید كند ، سدیم مورد نیاز به مراتب كمتر خواهد بود . مشكل دیگر این است كه سوخت مولد گاز میتواند دیرتر از سوخت اصلی موشك تمام شود و این در هدایت موشك مشكل ساز خواهد بود ولی سیستم اتوپایلوت هر زمان كه بخواهد میتواند با قطع جریان آب به طرف سوخت سدیم ، فعالیت این مولد را متوقف كند . نكته مهم دیگر اینكه حجم گاز و بخار آب خروجی از مولد تابعی از آب ورودی به آن است كه در نتیجه میتوان مقدار خروجی مولد و همچنین حجم و اندازه حباب پیرامون اژدر را بدقت كنترل كرد . فلز سدیم از الكترولیز سديم كلرید ( نمك طعام ) مذاب بدست می آید كه مسلما تهیه آن و ساخت مولد گاز هزینه كمتری خواهد داشت . مسلما با استفاده از سدیم بجای سوخت جامد مولد گاز از وزن موشك كاسته شده و به همین میزان میتوان به وزن سر جنگی موشك افزود و قدرت نفوذ و تخریب اژدر را افزایش داد . با استفاده از سوخت سدیم و كمپرس آب میتوان حرارت گاز خروجی از مولد را كنترل و كمتر نموده و سلامتی قطعات موشك را حفظ و تضمین كرد .

 

نسل آینده اژدرها :

همانطور كه میدانیم سوخت موشكها از دو گروه كلی مایع و جامد تشكیل میشوند كه این سوختها به دو قسمت ماده اكسید شونده و ماده اكسید كننده تقسیم میشوند . به طور مثال هیدروژن و اكسیژن و با توجه به اینكه فلز سدیم در حرارت زیر 100 درجه سانتی گراد مایع میشود و خود اژدر همواره درون آب قرار گرفته و میتوان از آب به عنوان اكسید كننده استفاده كرد ، چنین پیشبینی میشود كه نسل آینده اژدرهای پیشرفته از سوخت سدیم استفاده خواهند كرد و این موضوع باعث كاهش وزن اژدر و افزوده شدن به برد و خرج انفجاری آن خواهد شد .

به اشتراک گذاری این ارسال


لینک به ارسال

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از ۷۵ اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به عنوان یک لینک به جای

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.


×
×
  • جدید...