فهرست مطالب
مقدمه
در این بخش از سایت قصد داریم که تمامی نکات و آموزش های مربوط به طراحی و ساخت راکت در اختیار شما دوستان عزیز قرار گیرد و لذا قبل از فراگیری مطالب ذکر شده لازم است در ابتدا به اصول و مباحث علمی کار و بعد از آن به بیان کامل نکات ایمنی مراحل مربوط به راکت های سوخت جامد بپردازیم، توجه به این بخش ها علاوه بر افزایش درک و شناخت شما دوستان عزیز نسبت به ساختمان و اجزاء راکت و اصول عملکرد آن، ایمنی شما را نیز تامین خواهد کرد. حال با پرسش و پاسخ چند سوال ساده این مبحث جذاب را شروع میکنیم.
آشنایی مفهومی
راکت
باید گفت راکت هر نوع دستگاه پیشرانه جت حامل پیشرانه‌های جامد یا مایع است که سوخت و اکسید کننده مورد نیاز برای احتراق را با خود حمل میکند. این اصطلاح معمولاً برای هر یک از وسایل نقلیه مختلف از جمله راکت‌های آتش بازی، موشک‌های هدایت شونده و تمام ابزاری که در پروازهای فضایی مورد استفاده قرار می‌گیرند و پرتاب می‌شوند و توسط هر وسیله پیشران مستقل از جو اداره می‌شوند به کار می‌رود.
تفاوت راکت و موشک
بطور خلاصه می توان تفاوت راکت ها و موشک ها را بدین شکل بیان کرد:
- راکت ها بدون سیستم هدایت و کنترل.
- موشک ها دارای سیستم هدایت و کنترل (دارای قابلیت مانوردهی در طی مسیرپروازی).
واژه های تخصصی مورد استفاده
در این بخش واژگان تخصصی استفاده شده در این سایت توضیح داده خواهد شد و در ادامه بر اساس این تعاریف واژگان روند سایت ادامه خواهد یافت.
ایمپالس: به مقدار نیروی تولید شده توسط موتور در واحد زمان به ازای مصرف 1 کیلوگرم پیشرانه
مثال>> یک راکت دارای 5 کیلوگرم سوخت طی زمان 2.5 ثانیه 1000 نیتون نیرو تولید می کند ایمپالس برابر—>
نیرو(N) / ( زمان(s) * جرم(Kg) ) = ایمپالس(I)
1000(N) / ( 2.5(s) * 5(Kg) ) = 80(Ns)
سوخت/پیشرانه: گرچه استفاده از کلمه سوخت بجای کلمه پیشرانه صحیح نمی باشد اما به دلیل اشتباه رایج از کلمه سوخت به منظور مجموع سوخت و اکسنده استفاده می گردد.
گرین: سوخت جامد قالب ریزی شده
تراست: به مقدار نیروی تولید شده توسط موتور که معمولا برحسب کیلوگرم بیان می شود.
مثال>> مقدار نیروی پیشران یک موتور راکت 981 نیوتون می باشد مقدار تراست آن برحسب کیلوگرم —>
نیرو(N)/شتاب جاذبه(m/s^2) = تراست
981(N) /9.81(m/s^2)=100kg
نرخ پسروی سوخت: به سرعت عقب رفت سوخت در واحد زمان
نازل: یک قطعه مکانیکی سلب که در انتهای موتور موشک نصب شده و وظیفه آن تبدیل انرژی حرارتی گاز های خروجی به سرعت خروجی گاز ها می باشد.
گلوگاه نازل: کمترین سطح مقطع نازل که تاثیر مهمی در تعیین حد نهایی فشار موتور دارد.
پایداری استاتیکی: به پایداری ذاتی راکت در هنگام حرکت که در برابر اغتشاشات وارده مقاومت می کند و باعث حفظ راستای طولی راکت در جهت سرعت نسبی راکت می شود(سرعت نسبی=سرعت حرکت راکت+سرعت و جهت جریان باد).
دسته بندی راکت ها
دسته بندی راکت ها را می توان به دو صورت تقسیم بندی کرد.
1- بر حسب نوع سوخت مصرفی:
- سوخت مایع
در این راکت ها سوخت و اکسنده هر دو به صورت مایع و یا ژل موجود است که این مولفه ها با رسیدن به یک پمپ با فشار بالا به درون محفظه تزریق می شوند. جهت شروع فرایند احتراق نیاز است که این دو مولفه با گذر از انژکتور های موجود درون محفظه احتراق به صورت پودری با مولفه دیگر ترکیب شده تا واکنش صورت گیرد.
اکسنده معمولا از خانواده اسید های بسیار قوی بوده و سوخت آن معمولا بر پایه ترکیبات نفتی می باشد همچنین از هیدروژن مایع/اکسیژن مایع و ترکیبات بر پایه هیدرازین نیز استفاده می شود.
مزایا:
1- این پیشرانه ها ایپالس بالاتری نسبت به سایر پیشرانه ها دارد که مناسب حمل محموله های سنگین است.
2- این موتور ها قابلیت خاموش و روشن کردن مجدد را دارند.
3- میتوان تراست موتور را تغییر داد.
معایب:
1- پیچیدگی و هزینه بالای ساخت.
2- سرعت آماده سازی طولانی.
3- خطرات نگهداری سوخت و اکسید.
- سوخت هیبریدی
در این راکت ها سوخت و اکسنده در دو فاز متفاوت جامد/مایع و یا حتی جامد/گاز و یا مایع/ گاز قرار دارند اما استفاده از مولفه گازی در راکت ها مقرون به صرفه نبوده و خطرات و تکنولوژی خاص خود را به همراه دارد.
مزایا:
1- هزینه پایین تر نسبت راکت های سوخت مایع.
2- قابلیت کنترل احتراق و تراست.
3- ایمنی و سرعت آماده سازی بالاتر نسبت به راکت های سوخت مایع
معایب:
1- تکنولوژی بالای ساخت.
2- ایمپالس کمتر نسبت به سایر راکت ها
- سوخت جامد
در این پیشرانه دو مولفه سوخت و اکسنده اغلب به طور همگن با یکدیگر ترکیب شده بطوری که مولفه های سوخت و اکسید در کنار یکدیگر درون گرین قرار گرفته اند.
و اما گرین چیست؟ در کل به سوخت جامد ریخته گری شده که معمولا به شکل هندسی یک استوانه با حفره مرکزی توخالی است گرین گفته می شود.
مزایا:
1- ایمنی و نگهداری آسانتر
2- هزینه ساخت پایین
3- آماده سازی سریع
معایب:
1- عدم توانایی خاموش کردن موتور
2- عدم امکان تغییر تراست در طول پرواز
3- افزایش شتاب شدید در طول پرواز(آسیب رساندن به قطعات الکتریکی حساس ماهواره ها)
2- مقدار نیروی تولید شده:
معمولا راکت ها را برحسب نیروی تولیدی به سری های مختلفی تقسیم بندی کرده که این تقسیم بندی در زیر آورده شده است.
نحوه عملکرد موتور
در مورد عملکرد یک راکت اولین نکته ای که باید در مورد آن اطلاع داشت نحوه واکنش و نوع سوختن پیشرانه درون موتور است که به صورت خلاصه به بیان آن میپردازیم.
نحوه اشتعال پیشرانه: همانگونه که گفته شد در سوخت جامد دو مولفه اکسید کننده و ماده سوختنی به صورت مولکول به مولکول در کنار یکدیگر جای گرفته و با رسیدن مقدار انرژی لازم واکنش این مولفه ها با یکدیگر آغاز شده و گازهای با دمای بسیار بالا تولید میشود. از آنجایی که جهت فعال شدن واکنش نیاز به رسیدن انرژی فعال سازی به مولفه های پیشرانه هستیم مشاهده میکنیم که نحوه سوختن در سطح پیشرانه اتفاق می افتد جایی که در تماس با شعله قرار دارد لذا به این حهت از نرخ پسروی شعله برای بیان سرعت واکنش استفاده میکنیم. پس طبق این توضیحات می توان درک کرد که چرا مقدار سطح سوزش برای محاسبه عملکرد موتور برای ما واجب است.
نحوه عملکرد موتور: حال با شروع واکنش گاز های داغ تولید شده از انجام واکنش به دنبال راهی برای خروج از موتور بوده و لذا جهت استفاده از نیروی تولید شده این گاز ها باید آن ها را به سمت مورد نظر هدایت کرد که وظیفه هدایت این گاز ها بر عهده بدنه موتور موشک ما می باشد. همانطور که در گذشته بیان شد مقدار سرعت خروجی این گاز ها از موتور موشک تاثیر بسیاری در میزان تراست ایجاد شده خواهد گذاشت لذا باید تمام تمرکز بر افزایش سرعت این گاز های خروجی گذاشت که این وظیفه را نازل برعهده دارد که با کاهش انرژی حرارتی گاز ها آن را تبدیل به سرعت بالای گاز های خروجی میکند.
نازل
نازل یک قطعه مکانیکی به شکل زیر بوده و وظیفه آن تبدیل انرژی حرارتی بالای گازهای تولید شده از واکنش پیشرانه درون موتور موشک به افزایش سرعت خروجی این گازها هنگام خروج از نازل می باشد. به طور خلاصه یعنی: نازل با کاهش دمای گازهای احتراق سرعت خروجی آنها را بیشتر میکند. افزایش سرعت گازهای خروجی بیشترین تاثیر را بر میزان تراست راکت ما دارد لذا در طراحی های موتور پارامتر مهمی است.
معادلات و محاسبات به دست آوردن تراست موتور را می توان در بخش معادلات حاکم مطالعه کنید.
افزایش سرعت گازهای خروجی در طول نازل
کاهش دمای گازهای خروجی در طول نازل
عوامل تاثیرگذار بر نیروی تراست
1- سرعت گاز های خروجی: سرعت گازهای خروجی از موتور مهمترین عامل تولید نیروی تراست است که کمترین تغییر در مقدار آن میتواند تاثیر قابل توجهی در میزان تراست تولید شده ایجاد کند که متاثر از عوامل زیر است:
2- فشار درون موتور (قطر گلوگاه نازل، دبی)
3- نازل( تبدیل انرژی حراتی سوختن ترکیب به سرعت گازهای خروجی از موتور)
2- نرخ پسروی سوخت( نوع سوخت، فشار درون موتور).
3- فشار درون موتور
راکت مدل
سوخت مورد استفاده در راکت مدل
سوخت های استفاده شده در راکت ها اغلب بر پایه خانواده ترکیبات نیترات ها و پرکلرات هستند.
همانطور که گفته شد راکت ها سوخت و اکسید کننده خود را با خود حمل می کنند و در راکت های سوخت جامد این دو مولفه بطور کامل در کنار یک دیگر جایگرفته اند و با فعال شدن واکنش، این دو مولفه با یکدیگر واکنش داده و تولید نیروی حرارتی و حجم زیاد گاز میکند.
در راکت های مدل سوخت جامد معمولا سوخت را ترکیباتی مانند سوربیتول، شکر ، قند، عسل، قندهای طبیعی و رزین ها و …. تشکیل میدهد.
ترکیبات مورد استفاده به عنوان سوخت راکت مدل اغلب شامل یکی از ترکیبات زیر می شود:
*** پتاسیم نیترات + دکستروز (KN/DX)
یکی دیگر از رایج ترین ترکیبات سوخت استفاده شکر در ترکیب است این ترکیب با عنوان پتاسیم نیترات + ساکاروز نیز بیان می شود.
خصوصیات احتراق این ترکیب تا حدی نزدیک به سوختن سوربیتول و قند بوده و همچنین تفاوت آنها جدای از هزینه کمتر این ترکیب نسبت به ترکیب سوربیتول دارای یک تفاوت مهم دیگر است که آن دمای ذوب ترکیب و ویسکوزیته بالاتر اما قدرت و سرعت آن نسبت به سوربیتول و قند بیشتر است لذا:
– پخت آن نسبت به سوربیتول طولانی تر
– پس از پخت زمان کمتری برای قالب ریزی آن وجود دارد
– قالب ریزی آن نیز دشوارتر
– قدرت بیشتری نسبت به سوربیتول و قند دارد
وجود این تفاوت ها باعث می شود که در بعضی موتور سوختی به سوخت دیگر ترجیح داده شود.
نمودار نرخ پسروی این ترکیب به صورت زیر است که با تغییرات فشار به شکل زیر تغییر می کند:
درصد وزنی مولفه ترکیب: (65/35-KN/SU)
واکنش شیمیایی ترکیب:
C12H22O11 + 6.288 KNO3 -> 3.796 CO2 + 5.205 CO + 7.794 H2O + 3.065 H2 + 3.143 N2 + 2.998 K2CO3 + 0.274 KOH
جدول مشخصات ترمودینامیکی ترکیب:
*** پتاسیم نیترات + سوربیتول (1)
- Potassium Nitrate 65%
- Sorbitol 35%
*** پتاسیم نیترات + سوربیتول (2)
- Potassium Nitrate 59.1%
- Sorbitol 31.8%
- Aluminum Powder 9.1%
پتاسیم نیترات + سوربیتول (3)
- Potassium Nitrate 35%
- Potassium Perchlorate 30%
- Sorbitol 35%
*** پتاسیم نیترات + ساکاروز (1)
- Potassium Nitrate 65%
- Sucrose 35%
یکی از رایج ترین ترکیبات سوخت استفاده قند سفید در ترکیبات است این ترکیب با عنوان پتاسیم نیترات + دکستروز نیز بیان می شود.
خصوصیات احتراق این ترکیب تا حد زیادی شبیه به سوختن سوربیتول بوده و تفاوت آنها جدای از هزینه کمتر این ترکیب نسبت به ترکیب سوربیتول دارای یک تفاوت مهم دیگر است که آن دمای ذوب ترکیب و ویسکوزیته بالاتر آن نسبت به سوربیتول است لذا:
– پخت آن طولانی تر
– پس از پخت زمان کمتری برای قالب ریزی آن وجود دارد
– قالب ریزی آن نیز دشوارتر
لذا وجود این تفاوت ها به خصوص هنگام کار با موتور های دارای قطر کم بسیار مهم بوده و گاهی لازم است که از ترکیب سوربیتول استفاده شود.
نمودار نرخ پسروی این ترکیب به صورت زیر است که با تغییرات فشار به شکل زیر تغییر می کند:
درصد وزنی مولفه ترکیب: (65/35-KN/DX)
واکنش شیمیایی ترکیب:
C6H12O6 + 3.31 KNO3 -> 2.116 CO2 + 2.300 CO + 4.512 H2O + 1.424 H2 + 1.655 N2 + 1.585 K2CO3 + 0.133 KOH
جدول مشخصات ترمودینامیکی ترکیب:
*** پتاسیم نیترات + ساکاروز (2)
- Potassium Nitrate 59%
- Sucrose 29%
- Karo syrup 12%
سدیم نیترات + ساکاروز(4)
- Sodium Nitrate 60%
- Sucrose 30%
- Aluminum Powder 9.1%
- Iron (III) Oxide 0.9%
سدیم نیترات + ساکاروز(5)
- Sodium Nitrate 66%
- Sucrose 33%
- Iron (III) Oxide 1%
*** پتاسیم نیترات + کربن (1)
- Potassium Nitrate 70%
- Charcoal 30%
*** پتاسیم نیترات + کربن(2)
- Potassium Nitrate 80.8%
- Charcoal 16.2%
- Sulfur 3.0%
پتاسیم نیترات + پلی ارتان
- Potassium Nitrate 46%
- Aluminum powder 22%
- Sulfur 14%
- Charcoal 3%
- Polyurethane 15%
پتاسیم نیترات + سولفور
- 71.8% Potassium Nitrate
- 13.45% Sulfur
- 13.8% Charcoal
- 0.95% Dextrin
روی + گوگرد
- Zinc dust 67.1%
- Sulfur 32.9%
آمونیوم نیترات+ نئوپرن
- Ammonium Nitrate 68%
- Aluminum Powder 17%
- Neoprene 11%
- Sulfur 4%
آمونیوم نیترات+ HTPB
- Phase-Stabilized Ammonium Nitrate (PSAN) 60%
- HTPB (R45HT) 20%
- Magnesium, 260 mesh 20%
آمونیوم نیترات+ پلی ارتان
- Ammonium Nitrate (PSAN) 85-90%
- polyurethane 10-15%
آمونیوم نیترات+ آلومینیوم
- Ammonium Nitrate, anhydrous 70%
- Aluminum Powder 15%
- Aluminum Stearate 15%
آمونیوم پرکلرات + سیلیکون
- Ammonium Perchlorate 62.8%
- GE Silicone II 27%
- Ammonium Chloride 10%
- Lampblack 0.2%
آمونیوم پرکلرات + سیلیکون
- Ammonium Perchlorate 63.7%
- GE Silicone II 25.5%
- Aluminum 10%
- Ammonium Chloride 0.5%
- Lampblack 0.3%
آمونیوم پرکلرات + PBAN
- Ammonium Perchlorate, 200 micron 79.8%
- PBAN 16.4%
- Epoxy 3.6%
- Lampblack 0.2%
آمونیوم پرکلرات + PBAN
- Ammonium Perchlorate, 200 micron 70%
- PBAN 17.3%
- Epoxy 2.7%
- Aluminum powder 10%
آمونیوم پرکلرات + آلومینیوم(سرعت پایین)
- Ammonium Perchlorate, 400 micron 49.2%
- Ammonium Perchlorate, 200 micron 16.4%
- Aluminum powder 10%
- Oxamide (burn rate supppressant) 2%
- HTPB (R45M) 12.1%
- DOA (plasticizer) 5.7%
- Caster oil (cross-linking agent) 1.3%
- PDS-8R111 (anti-foam agent) 0.1%
- MDI (curative) 1.1%
- DDI-1410 (slow-acting curative) 1.7%
- TPB (triphenylbismuth, cure catalyst) 0.4%
آمونیوم پرکلرات + آلومینیوم(سرعت بالا)
- Ammonium Perchlorate, 90 micron 65.4%
- Aluminum powder <400 mesh 10%
- CuCrO (burn rate modifier) 2.2%
- HTPB (R45M) 12.1%
- DOA (plasticizer) 5.7%
- Caster oil (cross-linking agent) 1.3%
- PDS-8R111 (anti-foam agent) 0.1%
- PAPI-2901 (curative) 1.1%
- DDI-1410 (slow-acting curative) 1.7%
- TPB (triphenylbismuth, cure catalyst) 0.4%
آمونیوم پرکلرات + HTPB
- Ammonium Perchlorate, 600 micron 10.8%
- Ammonium Perchlorate, 300 micron 38%
- Ammonium Perchlorate, 140 micron 27%
- HTPB 17%
- DOA (plasticizer) 2.5%
- P.MDI (curative) 1.6%
- Aluminum powder 3%
- Lampblack 0.1%
آمونیوم پرکلرات + EPOXY
- Ammonium Perchlorate 70%
- Epoxy (NuLustre) 23.8%
- Iron Powder (atomized) 6%
- Lampblack 0.2%
آمونیوم پرکلرات + EPOXY
- Ammonium Perchlorate 65.8%
- Epoxy (NuLustre or New Classic ) 24%
- Aluminum Powder (atomized) 10%
- Lampblack 0.2%
آمونیوم پرکلرات + EPOXY
- Ammonium Perchlorate 68%
- Epoxy (West System) 24%
- Aluminum Powder (atomized) 7.7%
- Lampblack 0.3%
آمونیوم پرکلرات + EPOXY
- Ammonium Perchlorate 76.7%
- Epoxy (New Lustre or New Classic) 23%
- Lampblack 0.3%
آمونیوم نیترات + EPOXY
- Ammonium Nitrate 59%
- Aluminum 20%
- Epoxy 18%
- NaCl (Catalyst) 3%
آمونیوم نیترات + آلومینیوم
- Ammonium Nitrate (non-stabilized) 60%
- Aluminum (23μm) 20%
- Polyester resin/MEK hardener 10%
- Silicone (Elastosil M4601) 10%
- NaCl (Catalyst) 2%
انواع گرین و خصوصیات آنها
همانطور که گفته شد به سوخت جامد ریخته گری شده که معمولا شکل یک استوانه توخالی را گرفته گرین میگویند.
گرین ها بر اساس شکل خود تقسیم بندی های متفاوتی دارند و تفاوت در شکل آنها منجر به تغییر سطح سوزش سوخت میشود و این باعث تغیراتی در نحوه سوزش آنها در طول زمان روشن بودن موتور میشود که با توجه به خواسته و نیاز خود شکل مناسب آن را بکارگیری میکنیم.
– تقسیم بندی و ویژگی گرین ها بر اساس شکل به صورت زیر است:
همان گونه که مشاهد می شود با تغییر شکل گرین نمودار تراست ما به طور کامل تغییر می کند. جهت بررسی این تغییرات شکل و تاثیر آن بر تراست میتوان در نرم افزار open motor این شبیه سازی ها را انجام داد و بر اساس ماموریت خود شکل گرین را انتخاب کرد.
توضیحات و آموزش کامل این نرم افزار در فیلم های آموزشی طراحی موتور موجود است.
اجزاء راکت مدل
اجزاء کلی موجود در راکت های مدل تفاوت خاصی با راکت های واقعی نداشته با این تفاوت که در راکت های واقعی به دلیل دقت در انجام ماموریت خود لازم است یکسری اقدامات خاص صورت گیرد که این مساله در راکت های مدل تاحد زیادی محدود کننده نمی باشد.
اجراء کلی:
- موتور:
- بدنه موتور
- نازل
- گرین
- چاشنی
- کپ فوقانی موتور
- آیرودینامیکی
- دماغه
- بدنه بیرونی راکت
- بالک ها
- ریل
- سیستم های کنترلی و ناوبری
- سیستم ناوبری
- سیستم کنترل
- سیستم هدایت
- سیستم تلمتری
- و…
پایداری راکت
طبیعتا هدف ما از شلیک یک راکت وجود یک مسیر پروازی پایدار و مستقیم است. ابتدا باید توضیح داد پایداری به چه معنا بوده و در راکت چند نوع پایداری وجود دارد؟
در پاسخ به سوال اول باید اینگونه بیان کرد پرواز راکت در یک مسیر مستقیم و قابل پیش بینی بگونه ای که در صورت وارد شدن اغتشاش به راکت باعث تغییر مسیر ناگهانی، غیر قابل پیش بینی و غیر قابل کنترلی نشود.
و اما سوال دوم چند نوع پایداری داریم؟
در راکت دو نوع پایداری مورد بررسی قرار می گیرد:1- پایداری استاتیکی 2- پایداری دینامیکی
– پایداری استاتیکی به این معناست که راکت بدون نیاز به سیستم هدایت و کنترل پایدار بوده و در برابر اغتشاش مقاومت نشان میدهد(موشک های بالستیک و راکت ها و پرتابه های منحنی زن و…).
– پایداری دینامیکی به این معناست که راکت اغلب ناپایدار بوده و برای پایدار بودن نیاز به سیستم هدایت و کنترل دارد( موشک های پدافندی).
پارامتر پایداری:
جهت بیان پایداری راکت از یک کمیت استفاده می شود که با عنوان استاتیک مارجین(مشخصه پایداری) نامیده می شود. مثبت بودن این شاخص به معنای ناپایداری ذاتی و صفر بودن آن به معنای خنثی بودن پایداری استاتیکی و منفی بودن آن به معنای پایداری راکت می باشد. هرچه این مقدار منفی تر باشد میزان پایداری راکت بیشتر خواهد بود. مقدار این مشخصه بر اساس محل قرار گیری مرکز فشار و مرکز جرم راکت نسبت به هم تعیین میشود به طور خلاصه عقبتر بودن مرکز فشار نسبت به مرکز جرم باعث ایجاد پایداری ذاتی در راکت ما خواهد شد.
در فایل زیر توضیحات بیشتری خدمت دوستان قرار گرفته است که بر اساس این فایل می توان موارد زیر را برداشت کرد:
1- فاصله مناسب مرکز جرم و مرکز فشار حداقل یک کالیبر(بیشترین قطر راکت) باشد.
2- راکتی که پایدار باشد در جهت سرعت جریان جهت می گیرد( علت انحراف اندک راکت پس از شلیک به سمت خلاف جهت باد).
3- راکت جهت پایداری نیاز دارد جریان هوا به میزان کافی روی آن شکل گرفته باشد(نیاز به ریل در لحظه اولیه شلیک).
4- و …
معادلات طراحی موتور راکت
جهت دسترسی و مطالعه بیشتر معادلات حاکم بر آیرودینامیک سازه و معادلات مکانیک گازهای درون موتور موشک می توانید به این فایل pdf مراجعه کنید.
نرم افزار های طراحی موتور راکت
بر اساس معادلاتی که در بخش قبلی آورده ایم نرم افزار هایی فراهم آورد شده است که این معادلات را پوشش داده اند و کار طراحی و تحلیل راکت ها را بسیار تا بسیار راحت کرده است. در خصوص طراحی و تحلیل موتور چندین نرم افزار موجود است که عبارتند از:
1- SRM
2- OPEN MOTOR
3- casing
4- …
با استفاده از این نرم افزار ها می توان به سرعت یک راکت را طراحی و تحلیل کرد.
***جهت دانلود این نرم افزار ها به بخش بانک نرم افزاری سایت و جهت دریافت فیلم های آموزشی این نرم افزارها به بخش فروشگاه مراجعه کنید.
نرم افزار های تحلیل و طراحی آیرودینامیک راکت
همانگونه که در بخش طراحی موتور یکسری نرم افزار ها بر اساس معادلات دینامیک گاز آورده ایم در این بخش نیز بر اساس معادلات حاکم در آیرودینامیک نیز نرم افزار هایی جهت تحلیل و طراحی بدنه آیرودینامیکی راکت ها آورده شده است تا بتوان شبیه سازی قابل قبولی از عملکرد راکت در حین پرواز دردست داشت وجود این داده ها کمک می کند تا بتوان یک سازه پایدار طراحی کرد تا در هنگام شلیک، راکت یک مسیر مستقیم و پایدار را طی کند. نرم افزار های موجود در این زمینه عبارتند از:
1- OPEN ROCKET
2- AEROLAB
3- SPACE CAD
4- RAS AERO
5- ….
***جهت دانلود این نرم افزار ها به بخش بانک نرم افزاری سایت و جهت دریافت فیلم های آموزشی این نرم افزارها به بخش فروشگاه مراجعه کنید.
نکات ایمنی
قبل از شروع کار در هر زمینه ای اطلاع دقیق از خطرات آن باعث آرامش خاطر و کاهش قابل ملاحضه خطرات و آسیب های ناشی از آن است لذا قبل از شروع به آموزش عملی باید این نکات را مرور کرد.
سوخت و موتور
- موتور حاوی سوخت به دور از حرارت و در دمای بین 10 -40 درجه سانتی گراد نگهداری شود.
- موتور در یک محیط فاقد رطوبت نگهداری شود.
- تا قبل از بارگذاری موتور برای شلیک از بسته بندی خارج نشود.
- استفاده از موتور ضربه دیده اکیدا ممنوع می باشد.
- از قرار دادن چاشنی درون موتور تا قبل از شلیک اکیدا خودداری شود.
نکات ایمنی برای موتور های دست ساز:
- حضور در کارگاه های آموزشی مربوطه و کسب مهارت و تسلط کافی.
- انتخاب تجهیزات ایمن و مناسب برای ساخت سوخت.
- استفاده از شعله و حرارت غیر مستقیم.
- از ترکیب مواد مازاد نیاز خودداری شود.
- از قرار دادن مواد مازاد در مجاور میز کار و یا حرارت اکیدا خودداری شود.
- دمای نگهداری مواد و سوخت بین 10-40 درجه سانتی گراد باشد( دمای لازم برای شروع واکنش خود به خودی سوخت 350-400 درجه سانتی گراد بوده).
- مواد و موتور ریخته گری شده در محیط فاقد رطوبت نگهداری شود.
- استفاده از تجهیزات ایمنی(ماسک ،عینک ،دستکش و …) هنگام آسیاب کردن و پختن مواد(خطر آفرین بودن بخارات نیترات).
- کار کردن در محیط باز و دارای تهویه مناسب.
- از ترکیب کردن مواد جدید به سوخت به دلیل امکان انفجار اکیدا خودداری شود.
- دمای ذوب شکر 185 درجه و دمای ذوب سوربیتول 95 درجه سانتی گراد است لذا در صورت تماس با پوست موجب ایجاد تاول های شدید می شود لذا پوشیدن دستکش مناسب الزامی است.
- دمای شعله نمونه ها بین 1500 تا 1700 درجه سانتی گراد بوده لذا به محض تماس با پوست علاوه بر ابجاد سوختگی شدید امکان عفونت های پوستی را نیز ایجاد می کند.
- استفاده از سوخت های ضربه دیده به دلیل وجود ترک های احتمالی و انفجار درون موتور ممنوع می باشد.
- حضور نفر یا نفرات کمکی و تجهیزات ضد حریق در محل.
- استفاده از طرف های جداره نازک به دلیل افزایش سریع دما ممنوع است.
- آمونیوم نیترات ترکیب بسیار پر انرژی و خطرناکی بوده لذا توصیه میشود از آن در ترکیبات استفاده نشود( امکان انفجار بالا).
- فعال شدن واکنش در محیط خانه می تواند موجب آتش سوزی شدید شود و لذا اکیدا توصیه می شود در محیط خانه و پارکینگ از پخت سوخت خودداری کنید.
- از انجام هرگونه فعالیت بر روی بدنه سوخت ریزی شده(موتور) که باعث بالا رفتن دما و یا ایجاد جرقه شود(برشکاری و جوشکاری) اکیدا خودداری کنید(امکان شروع واکنش بسیار بالا).
- از انجام هر گونه تست گرم در محیط های بسته و مسکونی و امنیتی اکیدا خودداری شود.
- از پیچ کردن قطعات به بدنه موتور به طوری که موجب آسیب رساندن به سوخت و یا وجود این سوراخ ها در محفظه درونی موتور شود اکیدا خودداری شود.
- هنگام تست گرم از حداقل افراد استفاده و تمامی افراد در یک فاصله مناسب قرار گیرند.
- قبل از انجام تست گرم نسبت به تراست موتور آگاهی داشته و نسبت به مهار موتور دقت کافی به عمل آید.
- انجام تست گرم حتما با تجهیزات ایمن موجود در سایت صورت گیرد.
بدنه
مهم ترین ویژگی یک بدنه مناسب وزن پایین آن و مهار کامل و صحیح تجهیزات راکت درون بدنه می باشد لذا رعایت یکسری نکات ضروری می باشد.
1- استحکام کافی بدنه.
2- قابلیت مهار صحیح اجزاء به طور ویژه موتور.
3- مهار صحیح بالک ها
4- رعایت استفاده از ریل مناسب و مهار صحیح آن.
5- عدم وجود تجهیزات انفجاری درون راکت.
6- رعایت مشخصه پایداری راکت ها.
7- قرارگیری رله ها در فقسه کنترل به گونه ای باشد که بر اثر شتاب زیاد راکت عمل نکند.
شلیک
حساس ترین لحظه در فرآیند طراحی و ساخت راکت مدل نهایت به موضوع شلیک آن برمیگردد و لذا رعایت کامل نکات ایمنی بسیار تا بسیار واجب است. تعدادی از این نکات به شرح زیر می باشد:
1- حضور در کارگاه های آموزشی.
2-عدم استفاده از موتور های ضربه دیده در راکت.
3- مهار کامل موتور درون سازه.
4- عدم قرار دهی چاشنی درون موتور تا قبل از آمادگی نهایی برای شلیک.
5- عدم شلیک در نزدیکی مناطق مسکونی، مناطق نظامی و امنیتی و جاده های دارای تردد وسایل نقلیه.
6- عدم شلیک در مسیرهای پروازی.
7- استفاده از حداقل نفرات.
8- رعایت فاصله مناسب افراد تا لانچر.
9- پرتاب به صورت عموی صورت گرفته و به سمت مناطق حادثه آفرین قرار نگرفته باشد.
10 – ارسال صدور فرمان شلیک فقط با تجهیزات ایمن موجود در سایت صورت گیرد.
ساخت راکت با کیت های آموزشی
قطعات موجود در پک سری L&M
قطعات موجود در این پک شامل:
- موتور
- محفظه موتور
- سنترینگ رینگ
- میله مهار موتور
- بدنه آیرو دینامیکی
- دماغه
- بالک
- ریل
- چتر نجات
- چاشنی
- باروت چتر نجات
- شاک کورد
آماده سازی راکت
در ابتدا برای شروع کار باید محفظه موتور را آماده کرد برای این منظور:
- موتور را در کنار محفظه قرار میدهیم به طوری که از یک سر موتور و محفظه در یک راستا باشد حال میله مهار موتور را در کنار این مجموعه گذاشته و محل فرو رفتن قسمت فوقانی به داخل محفطه موتور مشخص و سوراخ میکنیم.
- میله مهار موتور را روی محفظه قرار میدهیم.
- سنترینگ رینگ ها را با سمباده زنی فیت محفظه موتور میکنیم و از هر دو سمت در فاصله 1 سانتی متری از هر سمت قرار میدهیم.
- با مقدار مناسب چسب چوب سنترینگ رینگ ها را به محفظه موتور می چسبانیم.
- پس از خشک شدن چسب ها مجموعه محفظه موتور را در کنار بدنه قرار میدهیم و محل قرار گیری آن در بدنه را علامت میزنیم.
- حال یک میله با طول مناسب برداشته و از سمت پایین بدنه تا محل قرار گیری سنترینگ رینگ بالایی را اندازه گرفته و روی میله علامت میزنیم.
- حال سر میله را با چسب چوب به میزان کافی آغشته می کنیم و تا جایی که علامت گذاری کرده ایم داخل بدنه فرو می بریم با چرخش مناسب میله و بدنه دور تا دور آن را در فاصله مناسب چسب کاری میکنیم.
- حال مجموعه سنترینگ رینگ را تا نصفه وارد بدنه کرده و مجدد عملیات چسب کاری انتهای بدنه را انجام میدهیم.
- سپس محفظه موتور را تا فاصله مشخص شده جلو میبریم و انتهای موتور را نیز چسب کاری میکنیم.
- حال یک سر شاک کورد را با چسب دوقلو به قسمت بالایی و داخلی بدنه به فاصله 5 سانتی متری از بالای بدنه به طور کامل می چسبانیم.
- بعد خشک شدن و چک استحکام شاک کورد بالک ها را بر روی خطوط مشخص شده با چسب چوب می چسبانیم و زاویه 90 درجه ای آنها را نسبت به هم رعایت میکنیم.
- ریل را با چسب دوقلو در محل مشخص شده می چسبانیم.
- بعد از خشک شدن بالک ها چتر نجات را به دماغه و شاک کورد متصل کرده و درون راکت قرار میدهیم.
- موتور را برداشته و قسمت بالایی آن را با باروت موجود پر کرده و به آرامی فشرده میکنیم.
- قسمت بالایی موتور را با نوار چسب شیشه ای میپوشانیم تا از بیرون ریخته شدن باروت جلوگیری کنیم.
شلیک
پس از آماده سازی کامل قطعات و آماده شدن برای شلیک نیاز به آماده سازی یکسری مقدمات میباشد:
- آماده کردن لانچر.
- آماده سازی سیستم شلیک از راه دور.
- مشخص کردن سایت پرتاب مطابق شرایط بیان شده.
- رعایت کامل نکات ایمنی ذکر شده.
با ورود به سایت شلیک و آماده سازی تمامی موارد مذکور:
- موتور را درون راکت قرار میدهیم.
- راکت را بر روی گاید ریل قرار میدهیم و از عملکرد آن و راحت بازی کردن راکت روی آن اطمینان حاصل میکنیم .
- سیستم شلیک از راه دور را آماده میکنیم.
- افراد را در محیط های امن مستقر میکنیم.
- چاشنی را درون موتور قرار داده و آن را به سیستم شلیک متصل میکنیم.
- حال اگر سیستم شلیک کنترل از راه دور است بعد از قرار گیری در محیط امن شلیک را انجام میدهیم و اگر دارای تایمر است مقدار آن را به گونه ای قرار میدهیم تا فرصت کافی برای استقرار در محل امن موجود باشد.
ساخت موتور
طراحی موتور
اولین قدم برای طراحی راکت مشخص کردن هدف و یا ماموریت آن است پس با مشخص کردن ارتفاع مدنظر فرآیند طراحی را شروع میکنیم.
روند طراحی:
- تخمین اولیه از وزن راکت کامل:برای شروع کار لازم است که ما یک وزن تقریبی را داشته باشیم و بر اساس آن طراحی را شروع کنیم البته این تحمین وزن راکت را میتوان با یک محاسبات ساده انجام داد(جمع وزن های بدنه، موتور، دماغه، چتر و …).
- پس از تخمین وزن با نرم افزار های طراحی اولیه مقدار سوخت مورد نیاز را محاسبه میکنیم.
- با دانستن مقدار تقریبی سوخت قطر بدنه موتور را انتخاب میکنیم.
- با نرم افزار های موجود برای طراحی موتور مانند open motor کار طراحی موتور را انجام میدهیم.
- حال طراحی موتور را یا برپایه نازل های موجود در سایت انجام میدهیم یا یک نازل جدید طراحی میکنیم.
- بعد از طراحی موتور بدنه آیرودینامیکی آن را با نرم افزار های موجود مانند open rocket طراحی میکنیم باید دقت داشت که پایداری راکت مقدار مطلوبی داشته باشد.
- پس از انجام طراحی بدنه و موتور و به دست آمدن وزن نهایی سازه به صورت دقیق تر با وارد کردن مشخصات راکت در نرم افزار های مربوط به تخمین ارتفاع پروازی سقف پروازی راکت را محاسبه میکنیم.
- در صورت خطا و نرسیدن راکت به ارتفاع مورد نظر فرآیند طراحی را دوباره انجام میدهیم و این کار را تا رسیدن به طراحی مورد نظر ادامه میدهیم.
ساخت موتور
پس از طراحی موتور نوبت به ساخت موتور راکت میرسد در این مرحله با طراحی نقشه های قطعات نسبت به ساخت آن اقدام میکنیم.
نکاتی که باید در طراحی ها و ساخت مدنظر قرار بگیرد:
- فشار طراحی مناسب
- انتخاب بدنه و جنس مناسب
- طراحی بهینه نازل
- طراحی بهینه کپ بالایی موتور
- آبندی مناسب نازل و کپ
- مهار مناسب نازل و کپ
*** پیشنهاد میشود در شروع کار برای کاهش هزینه ها و پایین آمدن ریسک طراحی با استفاده از قطعات موجود در فروشگاه طراحی خود را انجام دهید.
سوخت ریزی و گرین گیری
یکی از مهمترین و پر درسر ترین بخش های طراحی و ساخت موتور مربوط به سوخت ریزی آن است چرا که کوچکترین خطا و یا نقصی میتواند منجر به انفجار موتور گردد لذا دقت کافی در این مرحله بسیار اهمیت دارد.
یکی از مهمترین عامل هایی که در کیفیت سوخت تاثیر دارد درصد خلوص مواد بوده که تاثیر بسیار چشم گیری در عملکرد موتور دارد. عامل بعدی اندازه ذرات سوخت و اکسید در هنگام ترکیب با یک دیگر است هرچه این ابعاد بزرگتر و حالت بلوری بیشتری داشته باشد کیفت عملکرد ضعیفتری از خود نشان میدهد اما با پودری مواد عملکرد بسیار بهتری را مشاهده میکنیم. نکته دیگر مخلوط شدن مواد با یکدیگر است هرچه مواد بهتر و یکنواخت تر با هم ترکیب شده باشند عملکرد بهتری را از خود نشان خواهند داد.
همانطور که گفته شد سطح سوزش گرین تاثیر هنگفتی بر تراست و عملکرد ما داشته و موثرترین راه برای ایجاد این سطح سوزش استفاده از سوراخ های درون گرین است که یکی از سخت ترین و حساس ترین بخش های گرین گیری است حال با توجه به این نکات فرآیند پخت سوخت را ذکر خواهیم کرد:
- آماده سازی مواد: تهیه نیترات پتاسیم و سوربیتول با خلوص بالا و مش بندی بسیار کم.
- محاسبه میزان سوخت مورد نیاز
- انتخاب ظرف مناسب با گنجایش مناسب به طوری که هنگام هم زدن، مواد از ظرف به بیرون نپاشد.
- آماده سازی منبع حرارتی غیر مستقیم و ایمن
- ترکیب مواد و هم زدن آن تا یکنواخت شدن ترکیبات آن
- آماده سازی قالب گرین گیری
- آماده سازی تجهیزات ایمنی
شروع فرآیند گرین گیری:
- آماده سازی های لازم را انجام دهید.
- مواد را درون ظرف ریخته.
- ظرف را روی حرارت غیر مستقیم قرار داده.
- با یک قاشق غیر فلزی مواد را به آرامی هم زده تا کم کم مواد شروع به ذوب شدن کرده.
- با هم زدن مناسب مانع از تغییر رنگ های شدید موضعی شوید(تغییر رنگ به قهوه ای و سیاه).
- در صورت ذوب شدن بسیار سریع مواد حرارت را کاهش دهید.
- بعد از ذوب شدن مواد و رسیدن مواد به غلظت مناسب قالب گیری فرآیند قالب گیری را به سرعت انجام دهید.
- سوراخ مرکزی گرین را ایجاد کنید.
- بعد از سرد شدن کامل موتور آن را بسته بندی و به دور از رطوبت قرار دهید.
- چگالی گرین را محاسبه و در صورت پایین بودن چگالی گرین آن را در یک محیط امن و به دور از مناطق مسکونی و حساس امحا کنید( به دلیل تخلخل زیاد احتمال انفجار موتور بسیار زیاد).
مونتاژ موتور
پس از ساخت قطعات موتور و گرین مورد نیاز نوبت به مونتاژ موتور میرسد. یکی از مهمترین کارها مونتاژ صحیح موتور است اما مونتاژ صحیح به چه معناست؟ یعنی اینکه موتور بعد از روشن شدن تحمل فشار و دما را داشته باشد. قطعات در جای خود ثابت بماند از محل اتصال قطعات نشتی هوا نداشته باشیم با روشن شدن موتور و گرم شدن آن تغییری در موتور ایجاد نشود. اتصال قطعات به گونه ای باشد که مونتاژ موتور آسان باشد. و همچنین مونتاژ موتور باعث رسیدن آسیب به گرین نشود همه این نکات باید در مونتاژ موتور و روند طراحی موتور لحاظ گردد.
ساخت بدنه
پس از ساخت موتور مهمترین بخش ساخت بدنه آیرودینامیکی بوده که گاها بیشترین زمان طراحی و ساخت را به خود اختصاص می دهد در این بخش به این مطلب خواهیم پرداخت که علت نیاز به بدنه بیرونی چیست؟ و در هنگام طراحی باید چه نکاتی را رعایت کرد.
اضافه کردن قطعات مختلف به راکت و یا تعریف ماموریت های مختلف نیازمند به ایجاد تغییراتی بر روی راکت است که توانایی انجام صحیح ماموریت را داشته باشد. به طور مثال در تمامی راکت ها بدنه موشک باید قابلیت جای دهی صحیح موتور، نصب بالک، نصب دماغه و ریل را داشته باشد و برای موردهای خاصی مثل قرارگیری قطعات الکتریکی، چتر نجات، چند مرحله ای بودن و … نیز لازم است امکانات ویژه ای در بدنه فراهم شود تا عملکرد هر یک در طول پرواز به خوبی صورت گیرد .
در این بخش به معرفی قطعات موجود در راکت می پردازیم و در مورد هر یک مطالبی را بیان خواهیم کرد.
بدنه
این قطعه یکی از مهمترین و پیچیده ترین جزء راکت بوده چرا که تمامی اجزاء راکت را در جای خود نگه میدارد و لذا لازم است به گونه ای ساخته شود که بتواند به خوبی اجزاء را در کنار هم جای داده و مانع عملکرد صحیح اجزاء نگردد. یکی دیگر از نکات مهم قابلیت تحمل نیرو و شتاب بالای راکت را داشته باشد.
جهت ساخت بدنه می توان از وسایل زیر استفاده کرد:
- لوله کامپوزیت
- لوله مقوایی
- لوله آلومینیوم
- لوله Pvc
- و …
بالک
این قطعه وظیفه ایجاد پایداری ذاتی راکت در طول مسیر پروازی را بر عهده دارد.
تعداد و اندازه بالک ها تاثیر مستقیم بر روی پایداری راکت در طول مسیر پروازی دارد که می توان تاثیر هر یک از این پارامتر ها را در نرم افزار های طراحی آیرودینامیکی راکت مشاهد نمود.
جهت ساخت این قطعه می توان از روش ها و وسایل زیر استفاده نمود:
- پرینتر سه بعدی
- کامپوزیت
- چوب بالسا
- فوم برد
- مقوا
- تخته سه لایه
- و …
دماغه
این قطعه در جلوترین بخش راکت قرار میگیرد و وظیفه کاهش نیروی درگ فشاری وارده به راکت در طول مسیر پروازی را بر عهده دارد.
شکل های مختلف این این قطعه به صورت مخروطی، سهمی و … بوده که در نرم افزار های آیرودینامیکی موجود میباشد و می توان تاثیر هر یک از این شکل ها را بر عملکرد راکت مشاهده نمود.
این قطعه را می توان از روش ها و وسایل زیر تولید کرد:
- پرینتر سه بعدی
- تراش کاری
- ساخت کامپوزیت
- استفاده از قطعاتی که شکل نزدیک به دماغه مورد نظر دارند
- و …
محفظه موتور
این قسمت وظیفه مهار موتور درون بدنه آیرودینامیکی در طول پرواز و همچنین هم مرکز نگهداشتن راستای موتور و راکت را بر عهده دارد (عبور بردار تراست از مرکز جرم راکت).
این بخش باید به گونه ای ساخته شود که هنگام برخواست و فرود تنش های بالایی که به بدنه و موتور وارد می شود را مهار کند.
این قسمت می تواند توسط روش زیر ایجاد شود :
- قرار دادن کپ های کور کننده در بدنه آیرودینامیکی بالای موتور و قرار دادن رینگ ها هم مرکز کننده به دور موتور
جدایش
این بخش وظیفه جدایش اجزاء مختلف راکت مانند: دماغه، بوستر و استیج های مختلف راکت از یکدیگر را برعهده دارد که می تواند به صورت انفجاری و یا کشویی صورت گیرد.
گاهی نیاز است به دلایل مختلف مانند باز شدن چتر نجات و یا چند مرحله ای بودن راکت بعضی از قسمت ها از یکدیگر جدا شوداین عمل توسط این سیستم انجام می گیرد.
حتی در برخی از ماموریت های تعریف شده برای راکت گاهی لازم است که ما از چندین راکت که با ترتیب زمانی خاصی روشن می شوند استفاده کنیم دلیل این کار کاهش وزن مرده وسیله است (وزن مرده: اجزائی مانند موتور و مخازن و … که پس از خاموشی هیچ تاثیری در برد راکت نداشته)
جهت انجام این کار لازم است مکانیزمی طراحی و تعبیه شود که بتواند بدنه راکت و جرم مرده را از داکت جدا کرده و همچنین آسیبی به سایر قسمت ها وارد نکند این مکانیزیم میتواند توسط چاشنی های انفجاری و یا مکانیزم های مکانیکی صورت گیرد. همچنین مکانیزم تعبیه شده باید بتواند در هنگام شلیک راکت که شتاب زیادی به تمامی قسمت ها وارد می شود و فشار زیادی به بدنه وارد می کند را مهار کند و موجب گسست بدنه و قطعات درون آن نشود.
این عملکرد می تواند به صورت چاشنی های انفجاری و یا مکانیزم های مکانیکی و یا به صورت ترکیبی صورت گیرد که بسته به نوع و محدودیت های موجود باید روش مناسب را انتخاب کرد.
چند مرحله بودن
بنابر ماموریت تعریف شده برای راکت گاهی لازم است که ما از چندین راکت که با ترتیب زمانی خاصی روشن می شوند استفاده کنیم دلیل این کار کاهش وزن مرده وسیله است (وزن مرده: اجزائی مانند موتور و مخازن و … که پس از خاموشی هیچ تاثیری در برد راکت نداشته)
جهت انجام این کار لازم است مکانیزمی طراحی و تعبیه شود که بتواند بدنه راکت و جرم مرده را از داکت جدا کرده و همچنین آسیبی به سایر قسمت ها وارد نکند این مکانیزیم میتواند توسط چاشنی های انفجاری و یا مکانیزم های مکانیکی صورت گیرد. همچنین مکانیزم تعبیه شده باید بتواند در هنگام شلیک راکت که شتاب زیادی به تمامی قسمت ها وارد می شود و فشار زیادی به بدنه وارد می کند را مهار کند و موجب گسست بدنه و قطعات درون آن نشود.
ریل
مهمترین عامل ایحاد پایداری راکت های سوخت جامد در لحظات اولیه شلیک که نه دارای سرعت مناسب است و همچنین عدم وجود سیستم کنترل و هدایت مؤثر در لحظات اولیه شلیک .لذا تا رسیدن راکت به سرعت لازم و ایجاد شدن پایداری در وسیله توسط یک ریل در جهت تعیین شده سرعت گرفته و پس از آن گاید ریل را ترک کرده و مسیر پرتابه ای خود را طی کند.
ریل باید به گونه ای باشد که کمترین تاثیر منفی را بر وسیله بگذارد مانند: اصطکاک کم، وزن پایین، مقاومت آیرودینامیکی کم و …
مناسب ترین نوع ریل ها عبارتند از:
- شیار دار
- دکمه ای
- لوله ای
- کمربندی باز شو
باید در نظر داشت که ریل ها به موازات یکدیگر در راستای راکت نصب گردد تا هنگام شلیک، راکت بر روی گاید ریل انحراف نداشته باشد. همچنین ریل ها به گونه ای نصب شوند که هنگام قرار گیری بر روی گاید ریل به اجزاء بدنه راکت صدمه وارد نشود.
* کلمات کلیدی
گاید ریل: قطعه ای که راکت بر روی آن سوار شده و به راحتی در راستای آن حرکت می کند.
ریل: قطعه ای که به بدنه راکت متصل است و امکان سوار شدن و حرکت روی گاید ریل را به راکت می دهد.
سیستم ناوبری، هدایت و کنترل
گاها تصمیم داریم که به راکت ساخته شده خود یک ماموریت بدهیم که این ماموریت میتواند بازگشت پذیری راکت و یا پرواز مستقیم تحت شرایط جوی نامناسب و … باشد. جهت انجام این امر نیاز است که بر روی راکت یک سیستم هدایت و کنترل پیاده سازی شود. در کل برای هوشمند سازی راکت ها میتوان از ابتدایی ترین تجهیزات تا پیشرفته ترین تجهیزات را مورد استفاده قرار داد. میتوان با قرار دادن چند مدار ساده، راکت را با چند تایمینگ مختلف شلیک و فرامین را بر اساس همین تایمینگ ها برنامه ریزی کرد و یا در مراحل پیشرفته تر مداراتی استفاده کرد تا بتوان داده های ناوبری راکت را استحراج کرد و در نهایت سیستم هدایت و کنترل جامعی را بر روی راکت پیاده سازی کرد و یا پیاده سازی سیستم هوش مصنوعی بر روی راکت. هیچ چیزی نمیتواند مانع از خیال پردازی در این زمینه شود.
ناوبری
این سیستم وظیفه تعیین موقعیت لحظه ای راکت را بر عهده دارد که که می تواند به دو صورت انجام شود: 1- جی پی اس 2- سنسور های شتاب سنج و سرعت سنج.
پیاده سازی این سیستم نیاز به برنامه نویسی ایجاد ارتباط بین ماهواره های GPS و همچنین ارتباط با ایستگاه زمینی می باشد.
جایگیری این قطعات باید به گونه ای باشد که در طول پرواز به خصوص لحظات روشن بودن موتور و لحظه برخورد به زمین که شتاب بالایی به تجهیزات وارد می شود به خوبی مهار شده و به قطعات صدمه ای وارد نشود.
انواع روش های کنترلی راکت
تقسیم بندی راکت ها بر اساس سطوح کنترل را میتوان با دو عنوان زیر بیان کرد:
- سطوح کنترلی آیرودینامیکی(بالک های کنترلی):
که با تغییر زاویه بالک های نصب شده بر روی بدنه راکت موجب تغییر مسیر آن می شود.
2. تغییر بردار تراست TVC
با ایجاد انحراف در راستای موتور و بردار تراست آن باعث ایجاد یک نیروی جانبی برای تغییر جهت راکت می شود که نسبت به روش قبل پیچیدگی بیشتری دارد اما مزیت بزرگی فراهم می کند که با این روش می توان راکت را بدون نیاز به ریل پرتاب کرد و یا در سرعت های پایین نیز آن را به خوبی کنترل کرد و در مدل های پیشرفته تر آن را برگشت پذیر کرد.
جایگیری این قطعات باید به گونه ای باشد که در طول پرواز به خصوص لحظات روشن بودن موتور و لحظه برخورد به زمین که شتاب بالایی به تجهیزات وارد می شود به خوبی مهار شده و به قطعات صدمه ای وارد نشود.
لانچر
در راکت های سوخت جامد به دلیلی نبود سیستم هدایت کنترل بر پایه بردار تراست راکت در لحظات اولیه شلیک هیچ کنترلی نمی پذیرد تا به یک سرعت مناسب رسیده و جریان بر روی بالک ها و یا کانارد تاثیر خود را بگذارد لذا در اولین لحظات شلیک تا رسیدن راکت به سرعت مناسب و جلو گیری و یا کاهش تاثیر بادهای جانبی نیاز به استفاده از ریل داشته تا سرعت و جهت راکت را در مسیر مورد نظر حفظ کند.
انواع لانچر:
در مجموع دو مدل لانچر در حوزه راکت مدل به شرح زیر مورد استفاده قرار میگیرد:
لانچر سبک
راکت های سبک با تراست کم: اولین لانچر برای راکت های سبک و تراست کم که معمولا ریل آن یک لوله با قطر کم و استحکام کم است.
لانچر سنگین
راکت های سنگین،طولانی و با تراست زیاد: لانچر این نوع راکت ها از پروفیل های مهندسی در سایز های متفاوت است که بسته به وزن و تراست موشک ممکن است نیاز به سازه های ساپورت داشته باشند.
