نام کاربري : کلمه عبور : عضو انجمن نيستيد ! همين حالا عضو شويد . | کلمه عبور خود را فراموش کرده ام !









تعداد ارسال ها: 598
نیروی هوافضای سپاه پاسداران

پاسخ : 7 RE سوال مهم در مورد موشک های بالستیک
سلام به همه بچه مچه های جیجر انجمن .. چه خبرا .. کی تو انجمن شیفته ی جذابیت من شده ؟؟ خب معلومه همه :))
امروز میخوایم باهم جواب سوال رو بدیم ....
در واقع دماغه ی بدون نوک ( Blunt Shape Body ) که تصاویرش رو در بالا قرار دادیم به تئوری آقای Harvey Julian Allen یکی از کله گنده های ناسا برمیگرده ....
اساسا منابع تولید گرما بر روی بدنه ی یک وسیله ی پرنده ناشی از 2 منبعه : 1- گرمای آئروداینامیکی 2- امواج شوک

1- گرمای آئروداینامیکی : همونطور که میدونیم در خارج از جو زمین بعلت رقیق بودن و کم چگال بودن بیش از حد ذرات هوا ، عملا نیازی به طراحی آئروداینامیک خاصی نداریم چون هوایی وجود نداره که بخواد روی پرندمون تاثیر بزاره ! نمونش همین سرجنگی EKV استاندارد 3 که میبینیم هیچ طراحی خاصی نداره ! چون حوزه ی فعالیتش در فاز میانی موشک های بالستیکه یعنی زمانی که موشک خارج از جو قرار داره .... بیخی !
اما زمانی که یک موشک بالستیک وارد جو زمین زمین میشه ( Re-entry ) اونجا دیگه ماجرا فرق فوکوله !! در این شرایط هوا اصطکاک شدید با بدنه داره و وقتی اصطکاک داشته باشیم ، خود به خود تنش برشی میان لایه ها ی هوا و بدنه ( بعنوان سطح ) داریم و نتیجه ی تمامی این موارد میشه تشکیل لایه ی مرزی و تولید حرارت در اثر اصطکاک .. درست مثل اینه که شما دوتا کف دستتون رو روی هم قرار بدین و به سرعت بالا پایین کنین ! به وضوح میبینیم که بعلت اصطکاک ، کف دستمون داغ میشه !
تنش برشی هم قبلا گفتیم که وقتی دوتا لایه در خلاف جهت روی همدیگه حرکت کنند ... بعنوان مثال یک موشک داره به سمت چپ حرکت میکنه و هوا از سمت راست به موشک برخورد میکنه ... در چنین شرایطی هوایی که در مجاورت ( نزدیکی ) بدنه ی موشک رد میشه ، وارد تنش برشی با سطح موشک شده و مولکول های سطح و هوا در مقابل لغزیده شدن یا حرکت کردن روی همدیگه از خودشون مقاومت نشون میدن و همین مقاومت باعث کاهش سرعت عبور هوا از روی سطح موشک شده که ما بهش میگیم اصطکاک و باعث انباشته شدن لایه های هوای کم سرعت روی همدیگه ( تراکم مولکولی ) و نهایتا تشکیل لایه ی مرزی و گرمای درون لایه ی مرزی میشه ... از طرفی خود تراکم مولکولی درون لایه ی مرزی باعث تولید گرما میشه ! درست مثل اینه که در یک اتاق تنگ و کوچیک قرار بگیریم که تراکم مولکولی بالا باشه و طبیعتا گرممون میشه و تعریق میکنیم !! ولی اکثر گرمای لایه ی مرزی بواسطه ی اصطکاک و تنش برشی حاصل شده و تنها بخش کمی از این گرما رو مولکول های فشرده شده روی همدیگه ( تراکم مولکولی ) ، تشکیل دادند ....

2- گرمای تولید شده توسط امواج شوک : خداااااااا :) !! 500 بار گفتیم که در گذر از یک موج شوک ، اِنتروپی هوا افزایش پیدا میکنه یعنی افزایش جنب و جوش بین مولکولی و افزایش حرکات تصادفی و برخوردهای تصادفی مولکول ها به همدیگه که نتیجش میشه افزایش دما .... لذا اینکه میگن بخشی از انرژی جنبشی موشک پس از ورود مجدد به اتمسفر زمین به گرما تبدیل میشه ، بخاطر همین دوتا موضوعی بود که توضیح داده شد ...
پس اگر یک موشک بالستیک در سرعت های مافوق صوت و خصوصا فرا مافوق صوت ( هایپرسونیک ) پرواز کنه ، هر دو منبع تولید گرما بر روی دماغه ی ( کلاهک ) موشک تشکیل میشه ! هم لایه ی مرزی و هم امواج شوک ...

از طرفی لایه ی شوک ( هوای محصور شده بین موج شوک و سطح جسم ) نمیتونه گرماش رو به لایه ی مرزی منتقل کنه و برعکس ! چون اگر این دو منبع تولید گرما باهم یکی بشن ، گرما بشدت افزایش پیدا کرده و باعث ذوب شدن بدنه میشه ! اما چرا گرمای لایه ی شوک ( موج شوک ) و لایه ی مرزی نمیتونن بهمدیگه منتقل بشن ؟
برای جواب دادن به این سوال باید یکی از پدیده های مهم علمی رو باهم بررسی کنیم و این پدیده (( همرفت گرما یا کانوکشن )) نام داره و بعنوان یکی از راه های انتقال گرما ازش یاد میشه ...

همرفت چیه ؟ همونطور که میدونیم وقتی ماده ای رو گرم میکنیم ، ماده منبسط میشه یعنی جنب و جوش مولکول هاش زیاد میشه و وقتی جنب و بوش بین مولکولی زیاد بشه ، مولکول ها بیشتر به همدیگه برخورد میکنند و از هم فاصله میگیرند فلذا در اثر فاصله گرفتن مولکول ها از همدیگه ، ماده با افزایش حجم و کاهش وزن مواجه میشه .. این عمل در انقباض کاملا برعکسه ...
همرفت یعنی اگر سیالی داشته باشیم ( بعنوان مثال آب ) و بخشی از این سیال رو مورد حرارت قرار بدیم ، قسمت حرارت دیده منبسط شده و چگالیش نسبت به سایر قسمت های حرارت ندیده ی سیال کاهش پیدا کرده و به طرف بالا حرکت میکنه ... با حرکت کردن بخشی از مولکول ها به سمت بالا ، سایر قسمت های سیال که هنوز تحت تاثیر حرارت قرار نگرفتند میان و جای بخش خالی رو پر میکنند و مجددا مورد حرارت قرار گرفته و بالا رفته و سایر مولکول ها جای این بخش رو پر میکنند ... این فرآیند انقدر ادامه پیدا میکنه تا تمام سیال گرم بشه ...

اما برای همرفت باید 3 شرط لحاظ بشه :

1- ماده باید مایع و گاز باشه
2- باید اختلاف دما داشته باشیم یعنی یه ماده سرد و دیگری گرم باشه
3- قسمت گرم پایین تر از قسمت سرد باشه

حالا باید باهم بررسی کنیم که چرا گرمای لایه ی شوک و لایه ی مرزی نمیتونند بهمدیگه منتقل بشن : شرط اول رو که دارند چون هر دوتاشون گاز هستند .. البته برای لایه ی مرزی فکر کنم مایع بگیم بهتره چون بعلت تراکم مولکولی ( نزدیکی و فشردگی بیشتر مولکول ها بهمدیگه نسبت به حالت گاز یا هوا ) موجود لایه ی مرزی ، عملا شاید میعان صورت بگیره یعنی مولکول ها بهم نزدیک شده و چگالیشون افزایش پیدا کنه و تبدیل به مایع بشن ...

شرط دوم رو ندارند ! چون هردوتاشون گرم هستند ولی شرط دوم گفته که باید اختلاف دما وجود داشته باشه ...
شرط سوم رو هم ندارند ! چون دوتا فاز گرم روی همدیگه قرار گرفتند ...

پس طبق تعاریف فوق میتونیم بگیم که : گرمای لایه ی شوک بعلت وجود مانعی به اسم لایه ی مرزی ، نمیتونه به بدنه منتقل بشه و همراه با هوا در طول موشک عبور میکنه و از بین میره ولییی لایه ی مرزی چون به بدنه چسبیده هستش ، لذا تمامی گرمای خودش رو به بدنه منتقل میکنه خصوصا اگر لایه ی مرزی از نوع آشفته باشه ( اصطکاک و تنش برشی زیاد و طبیعتا گرمای زیاد ) ، این انتقال گرما در حجم وسیع تری صورت میگیره و طبیعتا اگر لایه ی مرزی از نوع خطی باشه ، انتقال گرمای کمتری به بدنه رو شاهدش هستیم ...
پس طبق تعاریف فوق باید کاری کنیم که بخش اعظم گرمای تولیدی توسط لایه ی شوک تشکیل بشه و نه توسط لایه ی مرزی ! چون همونطور که گفتیم لایه ی مرزی گرمای خودش رو به بدنه انتقال میده و لایه ی شوک بعلت وجود مانعی به نام لایه ی مرزی ، نمیتونه گرمای خودش رو به بدنه منتقل کنه فلذا باید کاری کنیم که بخش اعظم گرمای تولیدی توسط لایه ی شوک تشکیل بشه و نه توسط لایه ی مرزی ....
از طرفی همونطور که بارها گفتیم ، راه های افزایش ضخامت لایه ی مرزی به چندین مولفه مثل سختی و زبری سطح بدنه - عدد رینولدز - اصطکاک و شااید تفاوت دمایی بین بدنه و لایه ی مرزی مربوط میشه ... پس خواه ناخواه ما لایه ی مرزی رو داریم پس نمیتونیم کاری کنیم که تمام گرما توسط لایه ی شوک تولید بشه چون بالاخره لایه ی مرزی هم گرما تولید میکنه .. پس بهترین راهکار اینه که لایه ی مرزی رو در حالت خطی نگه داریم ...
لایه ی مرزی همیشه در نوک کلاهک یک موشک حالت خطی داره و در طول کلاهک و بدنه به حالت آشفته تبدیل میشه ... اما چرا لایه ی مرزی در نوک کلاهک حالت خطی داره ؟
جواب این سوال باید در دو حالت دماغه ی نوک تیز و بدون نوک پاسخ داده بشه : در هر دو حالت ، طبیعتا در نوک دماغه اصطکاک بسیار کمی بین هوا و دماغه وجود داره و طبیعتا وقتی اصطکاک و تنش برشی کم باشه ، ضخامت لایه ی مرزی بسیار بسیار کمه ( در حد مثلا 2 میلی متر - حالت خطی ) و میشه ازش صرف نظر کرد ( ولی یه مشکل ایجاد میکنه که در ادامه باهم بررسی میکنیم )
اما در دماغه ی بدون نوک یا منحنی شکل علاوه بر اصطکاک کم ، چون هوا یک مسیر منحنی شکل رو بر روی دماغه ی موشک طی میکنه لذا تحت تاثیر نیروهای گریز از مرکز و مرکز گرا قرار گرفته و لذا هوا در طول دماغه ی منحنی شکل ، چسبیده به دماغه هستش فلذا سرعت هوا زیاد = انرژی زیاد = فشار کم و نتیجتا ضخامت لایه ی مرزی بسیار کم و در حالت خطی باقی میمونه ...
مورد دیگری که باید بهش پرداخته بشه تفاوت موج شوک تشکیل شده در دو حالت دماغه ی منحنی و نوک تیز هستش ... همونطور که بارها باهم مرور کردیم با افزایش سرعت ، موج شوک تشکیل شده در جلوی یک جسم نوک تیز ، به نوک جسم چسبیده و با افزایش سرعت زاویه ی تشکیل موج شوک کم شده تا زمانی که این موج به سطح جسم بچسبه ... ولی در جلوی یک جسم بدون نوک یا منحنی ، موج شوک از نوع کمانیه یعنی این موج شوک نه به نوک جسم میچسبه و نه در هیچ سرعت و شرایطی به هیچ نقطه ای از جسم نمیچسبه ! به همین خاطره که به موج شوک مایل میگن موج شوک متصل و به موج شوک کمانی میگن موج شوک منفصل ...
وقتی یک جسم نوک تیز در سرعت های بالا پرواز میکنه ، لایه ی مرزی خطی و بسیار بسیار نازک در نوک این جسم تشکیل میشه .. علاوه بر لایه ی مرزی ، موج شوک مایل هم چسبیده به نوک جسم تشکیل میشه ! در چنین شرایطی هرچقدر هم که گرمای تولیدی توسط نوک جسم کم باشه ولی بعلت چسبیده بودن موج شوک ، گرما راهی برای فرار به طرفین نداره و در یک نقطه جمع میشه و طبیعتا قطره قطره جمع گردند وانگهی خیلی زیاد شود :) و باعث بوجود اومدن یک نقطه ی داغ بر روی دماغه شده و باعث ذوب شدن دماغه میشه ... ولی در یک جسم بدون نوک این شرایط کمی فرق میکنه ...
نکته : در موج شوک مایل ، در نوک جسم بین موج شوک و نوک جسم لایه ی شوک تشکیل نمیشه ...
همونطور که میدونیم در جلوی یک جسم بدون نوک ، موج شوک کمانی تشکیل میشه و این موج شوک ، قدرت بالاتری نسبت به موج شوک مایل در کاهش سرعت و افزایش حرارت هوا داره چرا ؟ به این دلیل :

موج شوک کمانی تشکیل شده در جلوی یک جسم بدون نوک ( یا نوک پهن ) :



اگر به قسمتی که مشخص کردم توجه کنیم ، میبینیم این قسمت مشابه موج شوک نرمال ( قائم ) عمل میکنه یعنی با هوای برخوردی زاویه ی بسیار بسیار نزدیک به 90 درجه تشکیل داده و قبلا گفتیم که هرچقدر زاویه ی موج شوک با هوا بیشتر به 90 درجه نزدیک باشه ، سرعت هوا بیشتر کاسته شده و دلیل اینکه میگن قدرت موج شوک مایل نسبت به دو موج دیگر یعنی قائم و کمانی ، بسیار کمتره برا همینه !!! چون موج شوک مایل زاویه ی بسیار کمی با هوای برخوردی میسازه ( مثلا 30 درجه - در سرعت های بالا ) لذا موج شوک مایل نمیتونه به کمیت یک موج شوک قائم ( زاویه ی 90 درجه ) و بخش جلویی یک موج شوک کمانی ( جایی که با کادر قرمز مشخص کردم - زاویه بسیار نزدیک به 90 درجه ) ، سرعت هوارو کاهش بده ... لذا در برخی از منابع بخش جلویی یک موج شوک کمانی رو به موج شوک قائم تشبیه کردند چون زاویه ای بسیار نزدیکی به 90 درجه داره ...
موج شوک کمانی در سمت چپ و موج شوک مایل در سمت راست :



پس تا اینجا متوجه شدیم که قدرت موج شوک قائم بیشتر از موج شوک کمانی و قدرت موج شوک کمانی بیشتر از موج شوک مایل هستش و دلیلش هم تفاوت زاویه ی موج شوک نسبت به هوای برخوردی هستش ...
پس یک موج شوک کمانی حرارت بیشتری نسبت به یک موج شوک مایل تولید میکنه و این بده !! بر روی دماغه ی یک جسم بدون نوک ، لایه ی مرزی همونطور که گفتیم از نوع خطیه و چون ضخامت بسیار بسیار کمی داره پس میشه کلا نادیده گرفتش و حرارت تولیدی در نوک دماغه ی جسم رو صرفا بخاطر موج شوک دونست و نه بخاطر لایه ی مرزی ! ولی تنها نکته ی متمایز کننده ی جسم بدون نوک از جسم نوک تیز ( نوک دار ) اینه که در حالت قبل ( جسم نوک دار ) ، گرما راهی برای فرار ( انتشار ) به طرفین رو نداشت ( بعلت چسبیده بودن موج شوک به نوک جسم ) و در یک نقطه جمع میشد و باعث میشد که اون نقطه از دماغه ی جسم در اثر حرارت نقطه ای ذوب بشه ولی در دماغه ی یک جسم بدون نوک ، حرارت تولیدی توسط لایه ی مرزی ، دیگه در یک نقطه از دماغه جمع نمیشه ( بعلت منفصل بودن موج شوک کمانی ) و براحتی میتونه به طرفین دماغه نشت کنه و از این طریق گرمای هر چند کم لایه ی مرزی ، در طول دماغه گسترش پیدا کرده و از ذوب شده دماغه جلوگیری میشه ... همین ....

در واقع نوک موشک های بالستیک ما طبق نظریه ی آقای Harvey Julian Allen طراحی شده ...
ایشون هستند ( قیافه ی خسته ای داره قشنگ معلومه بسکه درس خونده نابود شده خخخ ) :



پی نوشت 1 : البته در یک جسم نوک تیز ، درگ فشار عملا صفره ولی در یک جسم بدون نوک ، درگ فشاری قابل توجهی داریم که البته با توجه به نوک موشک هایی که تصویرش رو در تاپیک قرار دادم ، درگ فشاری کمی به موشک تحمیل میشه ...

پی نوشت 2 : البته علاوه بر موارد گفته شده ، در سرعت های بالای 5 ماخ و بالای 10 ماخ عملا با پدیده ی شکست پیوند شیمیایی و تجزیه ی مولکولی و نهایتا تشکیل پلاسما مواجه میشیم که در انجمن کاملا توضیح داده شده ...

یا حیدر کرار ...
امضاي کاربر :
پنجشنبه 23 شهریور 1396 - 00:49
نقل قول تشکر گزارش به مديريت ارسال پيام خصوصي
تشکر شده: 7 کاربر از rubik به خاطر اين مطلب مفيد تشکر کرده اند: asd /viper-59 /behzad005 /mehdi /hk416 /payam72 /alij /


انجمن نظامی آی آر ارتش



سايت نظامي آي آر ارتش در مرداد ماه سال 1391 تاسيس و براي بالابردن معلومات نظامي پارسي زبانان جهان راه اندازي شده است.اين سايت به هيچ ارگان دولتي و نظامي وابسته نيست و کاملا شخصي مي باشد.تمامي حقوق مطالب براي سايت آي آر ارتش محفوظ مي باشد.
ضمنا کپي برداري از مطالب انجمن و سايت با ذکر منبع باعث خوشنودي ماست.



ايميل پست الکترونيکي مديريت سايت : ir.artesh@yahoo.com