طراحی، تحلیل، ساخت و آزمایش پروازی یک راکت کاوش دانشجویی با موتور پیشرانه جامد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران

2 کارشناسی ارشد مهندسی هوافضا، دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران

چکیده

در این تحقیق، طراحی سیستمی یک سامانه پرتاب پیشرانه جامد، تحلیل خصوصیات و اجزای اصلی، ساخت یک نمونه مهندسی و آزمایش پروازی آن انجام شده است. در بخش طراحی موتور، از اصول و روابط آیروترمودینامیکی موتورهای راکتی به خصوص حل جریان­های بالستیک داخلی صفر و یک­بعدی استفاده­ شده است. روند حل عددی در فرآیند احتراق ماده پیشران و تخمین فشار محفظه مبتنی بر روش تکرار است. الگوریتم و توانایی ارتباط بین زیر سامانه­ها هم­چون طراحی هندسه گرین، محفظه احتراق، نازل، درپوش موتور، تحلیل اتصال­ها و آب­بندی اجزا موجب دست­یابی به مدلی کامل برای موتور سوخت جامد گردیده است. نقطه عطف این رویکرد ساخت قطعات، فرآوری سوخت و مونتاژ موتور است که یک نمونه­ی مهندسی از موتور طراحی شده را در اختیار قرار می­دهد. از این موتور برای آزمایش پروازی یک راکت برد کوتاه (کاوش) استفاده گردیده است و نتایج تجربی و عملیاتی آن مهر تاییدی بر روند علمی و عملی این مقاله می­باشد که جهت مطالعه و تحقیق­های دانشجویان مهندسی قابل استفاده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Turner, J.L Martin., Rocket and spacecraft propulsion, Department of physics and Astronomy, University of Leicester, Leicester, UK, Praxis Publishing,2006.
[2] Sutton G. P., Oscar B., "Rocket Propulsion Elements", 7th edition, Wiley Inter. science, New York, 2001.
]3[کریمی.ح، آیروترمودینامیک موتور موشک، دانشکده هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی،1379 (جزوه درسی)
[4] Gordon C. O., Aerothermodynamics Of Gas Turbine And Rocket Propulsion, Third Edition, AIAA Education Series, 1998.
[5] Bertrand, Capt., Brinley, R., Rocket Manual for Amateurs, Ballantine Books, 1964.
 
[6] M. Johannsson, Optimization of Solid Rocket Grain Geometries, Master of Science Thesis Report in Aerospace Engineering, Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm, Sweden, 2012.
[7] Davenas A, Solid Rocket Propulsion Technology, Technology and Research Director, SNPE, France, 1993.
[8] Brown, B., A Guide to Amateur Rocketry, U.S.Army, Fort Sill Oklahoma, 1965.
[9] Chin, S.S, Missile Configuration Design, McGraw-Hill, 1961
[10] Nielsen, N. Jack, Missile Aerodynamics, McGraw-Hill, California, 1960.
[11] Singh, S. Solid Rocket Motor for Experimental Sounding Rockets, Advances in Aerospace Science and Applications, Research India Publication, Vol. 3, No. 3, 2013.
[12] Meyerowitz, G. Experimental Rocket Motor Safety & Standards Manual, YPL Director in Yale University, June 2013.
 [13] Terzic J.,. Zecevic B, Baskarad M., Catovic A., sabina S. K., Prediction of internal ballistic parameters of solid propellant rocket motors, 8th international armament Conference, Poland,2010.
]14[فولادی نوربخش، زین العابدینی احمد، فرآیند طراحی مفهومی سامانه­های پیشرانش سوخت جامد، پروژه افق گزارش(1-17)، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مرکز تحقیقات فضایی، 1386.
]15[فولادی نوربخش، اصول طراحی سامانه­های پیشران سوخت جامد ، انتشارات دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، 1389.
[16] Morgan G. C., An Investigation into the combustion and performance of small solid propellant rocket motors, Aeronautical Engineering Project, Thesis and Practical Experience, University of New South Wales- Australian Defense Force Academy,2008.
[17] MSFC-DOC-1622, Advanced Solid Rocket Motor Design and Performance Requirement Document, G.C. Marshal Space Flight Center, Alabama.
[18] NASA, Solid Propellant Selection and Characterization, NASA SP-8064, June 1971.
[19] NASA, Solid Propellant Grain Design and Internal Ballistic, NASA SP-8076, March1972.
 [20] Fry, R.S, Solid Propellant Test Motor Scaling, CPIA, 2001.
[21] Nakka, A. Richard, Solid Propellant Rocket Motor Design and Testing, Thesis, the University of Manitoba, 1984.
[22] Fleeman, L. Eugene, Tactical Missile Design, AIAA, 2001.
[23] RAS Aero manual, 2011.
[24] Brown, B., A Guide To Amateur Rocketry, U.S.Army, Fort Sill Oklahoma, 1965.
[25] RYCHKOV, A.D., Design Of Optimal Contours Of Supersonic Parts Of Solid Propellant Motor Nozzles With Use Of Direct Variational Methods”, Institute of Computational Technologies SB RAS, Thermophysics and Aeromechanics, Vol. 13, No. 1, Novosibirsk, Russia, 2006.
[26] Knauber, R. N., Thrust Misalignments of Fixed-Nozzle Solid Rocket Motors, Lockheed Martin Vought System, Journal Of Spacecraft And Rockets, , Dallas, Texas, November-December 1996.
[27] Merrill K.  King, Erosive Burning Of Composite Propellants, Atlantic research Corporation, U.S, Virginia, 1976.
[28] Merrill K.  King, Erosive Burning of Composite Propellants: Experimental and modeling Studies, Atlantic research Corporation, Alexandria, Virginia, 1978.
[29] Jacib. Dennis, James. Villarreal, A primer for University level solid rocket motor research and development, AIAA Aerospace Sciences, 2010 Florida.
[30] Bertrand, Capt., Brinley, R., Rocket Manual for Amateurs”, Ballantine Books, 1964.
[31] Dennis J., Villarreal J. K., Design and Validation Testing of the Sol-Brid Rocket Motor, 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, Florida, 2011.
[32] Cannon, B., Igniters and their use, Estes- Cox Corporation, EstesEducator.com, 2012.
[33] Morrow, R. B., Pines, M. S., Small Sounding Rockets, Small Rockets Press, 2000.
[34] NASA, Captive-Fired Testing of Solid Rocket Motors, NASA SP-8041, NASA Space Vehicle Design Criteria, March 1971.