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 :
واكنش سديم با آب :
عنصر سديم طبق مكانيسم زير واكنشي قوي با آب مي دهد :
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 .
:
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
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 :
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 :
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 .
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 :
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 .
محمدرضا طباطبايي 8/10/88
http://www.ki2100.com
لطفا نظر خود را
به تالار زير ارسال فرماييد :
/talar/viewtopic.php?f=122&t=1412
