منظوراز پیشرانه ها[4] ،یک مخلوط شیمیایی است که شامل سوخت (احیا شونده) و اکسنده میباشد، پیشرا نه ها از جمله (مایع،ژل،هیبرید) به عنوان پیشرانه های دوجزیی[5] یاد می شوند و عموماً پیشرا نه ها را به همین نام می شناسند و از این رو کمتر به نام پیشرا نه های تک جزیی[6] تلقی می شوند.
قابل ذکر است که لغت (PROPELLANT)، ازریشه ای (PROPEL) گرفته شده و به معنای حرکت دادن شی ءمی باشد.
پیشرا نه های موشکی (مایع،ژل،هیبرید) به دلیل طبیعی بودن شان ،ماده های پر انرژی هستندکه این عامل آنها را مخاطره آمیز می سازد. در بین پیشرا نه ها ، پیشرا نهای مایع دسته مهمی از پیشرانه های موشکی است که این امر بد لیل ویژگیهایی ، نظیر :ایمپا لس ویژه بالا ،قابلیت خاموش کردن و روشن کردن های مکرر موتور وامکان تغییر تراست ، امکان سرد کردن محفظه احتراق توسط پیشرا نه و….، می باشد که هنوز موشکهای مایع سوز در پروژه های موشکی و حمل ماهواره ،در بین سیستم های موشکی حرف اول می زند.
شایان ذکر است که محرکۀ راکت پیشرانه های مایع در حدود1 میلیون پوند نیرو تولید می کنند وبه همین خاطر موتورپیشرانه های مایع نسبت به موتور پیشرانه های جامد به مراتب دارای قدرت بیشتری است.ولی موتور سیستم های مایع سوز نسبت به موتور موشکهای سوخت جامد پیچید گی های بیشتری دارد ولذا هزینه تمام شده برای ساخت سیستم مایع سوز معمولاً بیشتر از سیستم های با سوخت جامد است.
پیشرا نهای مایع ،سیالهای عاملی[7]برای موتور های راکت می باشند.زمانی که این پیشرا نهادر محفظه احتراق راکت میسوزند ،تولید نیروی پیشران( تراست[8] )می کنند و بعد ازآن گازهای داغی البته باسرعت بسیار زیاد از دماغۀ انتهایی (نازل) موشک خارج می شود.
قریب به 80 سال گذشته،محققان برای استفاده از پیشرا نه ها الگو ومعیار خاصی را نداشتند،واز این رو ازآنها به طور گسترده در دامنه وسیعی از زمینه های نظامی و فضایی استفاده می کردند.بطور مثال بعد از دهه ها تجربه عملی در سالهای بسیارپیشین ،یک ترکیب پیشرانه دوجین[9] (دو گانه)برای پیشرا نش موتورراکت بوجو دآمد که در آن سالها مورد توجه محققان علوم فضایی بوده است .مانند: (اسید نیتریک [10]واسید نیتریک قرمز دود کننده[11]) که جزء اکسنده ها می باشند بعد ها جای خودشان را به اکسنده های جدید نظیر(تترا اکسید نیتروژن[12]، پر اکسید هیدروژن[13]) دادند وهم چنین ،می توان گفت که بعضی از سوخت ها امروزه از آنها در عرصه کارهای نظامی ودفاعی استفاده نمی شود به مانند:اتر/ گازوییل، تولوئن ،که آنها از این رو جای خودشان را به سوخت های جدید نظیر(RP-1 )،دی متیل هیدرازین نا متقارن[14] دادند.
علی رغم اینکه در همه پیشرا نه ها، یک رابطه و یا هما هنگی خاصی بین کیفیت خوب و کیفیت بد آنها وجود دارد ، این امر باعث می شود که این موادشیمیایی ازهمدیگر متمایز شوند. به این دلیل امروزه دانشمندان برای استفاده از هر پیشرانه محدویت ها و معیارهای را در نظر گرفته و مورد تست های آزمایشگاهی قرار داده اند تا مناسب ترین پیشرانه را کشف کنند تا بیشترین ایمپالس ویژه[15] (ISP) که مهمترین پارامتر در ارزیابی های پیشرانه های برتر است را داشته باشند.
بیشتر ین ارزیابی ها توسط محققان در بین سالهای (1965تا 1933) انجام شده اند به طوری که، درکلیه کشور ها (1800تا2000) نوع پیشرا نه های مختلف تحت بررسی های آزمایشگاهی قرار گرفته اندوبیش از 300نوع ترکیب پیشرا نها دو گانه در محفظه های تراست کوچک تست شده اند.به طوری که درکشور هایی مانند: شوروی ،که تعداد نامعلومی از آنها بین سالهای(1945تا1970) بدست آمدند ودرآمریکا تقریباً 1300نوع پیشرانه بین سال های (1936 تا1970) شنا خته شده بودند.
برای سا بقۀ پیشرانه های خود مشتعل این طور می توان گفت،که درسال 1936کلمۀ Hypergolic برای سوخت خود مشتعل،توسط یک محقق آلمانی Dr.Noeggerath ارائه شد واینکه تاکنون تعدادی زیادی پیشرانه های خود مشتعل در کشور های مختلف از سالهای ( 1933تا1970 ) مورد بررسی و استفاده قرار گرفته اند.
در این سمینار سعی شده است که انواع پیشرا نه ها و دسته بندی آنها شرح داده شود واینکه انواع اکسنده هاو سوخت های مایع را معرفی کرده و هم چنین خاصیت های شیمیایی و فیزیکی آنها ونکته آخر پارامتر های اسا سی و کلیدی در تحلیل مناسبترین پیشرا نها وروند توسعه این گونه موادشیمیایی را مورد تحلیل و بررسی قرار دهیم.
فصل اول : پیشرا نه های مایع

1-1-تاریخچه پیشرا نه های مایع
سابقه ی پیشرانه های مایع وتکنولوژی راکت این نوع پیشرانه ها ، به سومین دهۀ قرن 20 برمی گردد به طوری که در سال 1898 یک معلم روسی به نام) Tsiolkovsky.Konstantin.E) ایده اکتشاف فضایی بوسیله موشک راپیشنهاد داد.او درسال 1926 موفق به ساخت و به پرواز درآوردن اولین موشک پیشرانه مایع گردید که این موشک که از اکسیژن مایع[16] وبنزین بعن
وان پیشرانه استفاده میکرد واز این رو ،او اولین کسی بود که معادله بنیادی پرواز موشک وهم چنین پوروپزال[17] آن رانوشت. بعد از آن (Hermannoberth ) آلمانی با یک نظریه ریاضی آن معادله را بسط داد و همگام با این عمل،
(Robert H.Goddard ) اولین موتور پیشران مایع در سال 1926 به پرواز درامد.
تحقیقات برای ساخت موشکهای با پیشرا نه ها مایع ادامه یافت تا اینکه منجر به ساخت اولین موشک نظامی (V-2) درآلمان گردید . این موشک از پیشرانه ای متشکل از اکسیژن مایع و اتیل الکل[18] استفاده می کرد.این موشک در سال 1942 عملاً توسط آلما نها وارد جنگ شد.لذا اولین پیشرانه مایعی که بطورجدی در راکت های مایع سوز استفاده شد اتیل الکل به همراه اکسیژن مایع بود. ضربه ویژه این پیشرانه با الکل 75درصد در موشک(V-2) برابر 198 ثانیه بود اما در موشک( B2A) که از الکل 95 درصد استفاده شد،ایمپالس ویژه 241ثانیه بدست آمد.نکته قابل ذکر در مورد خانواده الکل ها این است که با تمام تغییرات در میزان غلظت الکل ها ،ضربه ویژه حاصله بسیار پایین بود ،لذا این سوخت کنار گذاشته بود.
حال در این قسمت گریزی به تاریخچۀ پیشرا نه های مایع کشور های مختلف می زنیم وسابقه آنها را مورد بررسی قرار می دهیم:
تاریخچهپیشرا نه مایع در آمریکا:در سال 1923 ، شخصی به نام Robert.H.Goddard اولین موتور پیشرا نه مایع با استفاده از اتر واکسیژن مایع ساخت اما بعد از مدتی جای این پیشرا نه را گازوییل/ اکسیژن مایع گرفت . Goddard اولین کسی بود که راکتی با پیشرانه مایع به فضا پر تا پ کرد.
در سال 1930 آزمایشگاه هوانوردی و درجه داری موسسه تکنولوژی آمریکاییGALCIT)) [19] ازاسید نیتریک به عنوان (اکسنده) وسوخت هیدرو کربنی یا الکل (سوخت) و به دنبال آن از آنیلین[20] به عنوان سوخت هم استفاده می کردند. و همچنین در (GALCIT)،پژوهشگران ترکیب (آنیلین ، اسید نیتریک) را در سال 1940 بصورت پیشرانه خود مشتعل یافتند.البته قابل ذکر است که دانشمندان فضایی و نظامی آمریکا در ناسا اولین پیشرانه خود مشتعل ،خود رادر سال1940 یافتند. تاریخچهپیشرا نه مایع درآلمان:یکی از پیشگامان قدیمی در عرصه پیشرا نه های مایع در آلمان ،(Hermann Oberth )است که او کارهای تحقیقاتی خویش را از سال 1930 آغاز کرد.
(Otto Lutz ) یکی دیگر از پیشگامان فضایی است که در سالهای (1945 تا 1935) یعنی در طی سال های جنگ جهانی دوم وحتی قبل از آن، ترکیبات مختلفی از پیشرانه های خود مشتعل که به بیش از 1100 نوع میرسد، از قبیل آلدهید،سیکلو پنتادین[21]،الکل فور فورال[22] ،و…، رامورد تحقیق و بررسی قرار دادند.بطوری که اولین پیشرانه خود مشتعل خود را درسال (1936) کشف کرده اند. همچنین این دانشمند تحقیقاتی در مورد منو پیشرانه ها انجام داده است وبعد از مدت اندکی به سمت پیشرانه های دوجزیی متمایل شد. وترکیب بسیاری از سوخت ها با پر اکسید هیدروژن (80 درصد)واسید نیتریک،را مورد بررسی قرار داد.

خواص جهت دار، اتصال مناسب زمینه به الیاف و همچنین امكان استفاده در محدوده وسیعی از كاربردها، این گروه از كامپوزیت ها را به عنوان گروهی رایج مطرح ساخته است. با این وجود، مشخص شدن برخی خطرات زیست محیطی ناشی از استفاده از الیاف معدنی در كامپوزیت ها (كه در گذشته به عنوان رایج ترین نوع الیاف مورد استفاده در ساخت كامپوزیت های زمینه پلیمری مطرح بودند)، محققان را بر آن داشته تا امكان استفاده از انواع الیاف طبیعی و تجدیدپذیر را در ساخت كامپوزیت های زمینه پلیمری و همچنین تاثیرات استفاده از این الیاف بر خواص مكانیكی را مورد بررسی قرار دهند.
در این تحقیق، خصوصیات كامپوزیت های زمینه پلیمری مقاوم شده با الیاف كنف به همراه الیاف شیشه و پلی استر، مورد بررسی قرار گرفت. فاز تقویت كننده به دو صورت پارچه هیبریدی و همچنین لایه ای تك جهته درون زمینه پلیمری قرار داده شد و در نهایت برای بررسی خصوصیات مكانیكی نمونه ها، آزمایش های كشش و خمش بر روی آن ها انجام گرفت.
نتایج نشان داد كه نمونه با مقاوم ساز الیافی كنف-شیشه كه به صورت لایه ای تك جهته در زمینه قرار داده شده، بهترین خصوصیات مكانیكی را از خود بروز می دهد. همچنین مشخص شد در شرایط یكسان، استحكام الیاف مورد استفاده نسبت به نحوه قرارگیری آنها در زمینه، نقش پررنگ تری در تعیین خواص مكانیكی كامپوزیت دارد.
1-1-مقدمه
تقاضای روزافزون برای بهبود عملکرد فرآورده ها به صورت خواسته های مختلف از قبیل وزن کمتر، استحکام بیشتر و هزینه های کمتر مطرح می شوند. تداوم خواسته ها برای بهبود ایفای نقش که ممکن است توسط معیارهای مختلف از جمله وزن کم مطرح شود، باعث شده است که مواد کنونی دیگر جوابگو نباشند. از این رو دانشمندان و صاحب نظران علم مواد همیشه در تکاپو هستند که یا خواص مواد موجود را بهبود بخشند و یا مواد جدیدتری تولید نمایند که به عنوان نمونه می توان به مواد مرکب اشاره کرد.
واژه كامپوزیت یا ماده مركب، بیانگر ترکیب حداقل دو ماده متفاوت در مقیاس ماکروسکوپی جهت حصول ماده ای جدید است. مقیاس ماکروسکوپی بدین معنی است که هر کدام از مواد تشکیل دهنده ماده مرکب را پس از ترکیب می توان با چشم غیر مسلح مشاهده نمود. با همین دیدگاه، در تحقیق حاضر در جهت ساخت سازه­ای سبك که در عین حال چقرمگی شكست و استحكام بالایی نیز داشته باشد، تلاش شده است.
با در نظر گرفتن مسایل زیست محیطی و همچنین امکان بازیافت یا بازگشت مواد به چرخه طبیعی، سعی شده است كه از مواد طبیعی و دوست دار محیط زیست در ساخت سازه­های مرکب استفاده شود. به این منظور، می توان از مواد و الیاف طبیعی مانند کنف، خرما و نارگیل استفاده نمود.
برای محاسبه خواص مکانیکی مواد، بهتر است با در نظر گرفتن ماده مرکبی که در آن الیاف در یک جهت ردیف شده اند (یعنی یک ماده مرکب یک جهتی) به عنوان مبنا، نسبت به اندازه گیری ها و آزمایش های خواص مكانیكی اقدام كرد. نکته اساسی در مورد یک ماده مرکب با الیاف یک جهتی این است که سخت پایی و استحکام آن در جهات مختلف متفاوت است.
برای افزایش استحکام و مقاومت نمونه، از ترکیبی شامل الیاف طبیعی كنف و انواع دیگری از الیاف متداول در ساخت کامپوزیت­های زمینه پلیمری (الیاف شیشه و الیاف پلی استر) به صورت بافته شده به عنوان فاز مقاوم­ساز استفاده گردید.
در این تحقیق، بافت هیبریدی كنف-شیشه و پارچه هیبریدی كنف-پلی استر که با استفاده از دستگاه بافندگی ابداعی محققین ساخته شده­اند، برای نخستین بار مورد استفاده قرار گرفتند که از این دیدگاه اقدامی نوآورانه به نظر می­رسد. در ابتدا، تک­رشته­های مورد استفاده به وسیله دستگاه های ریسندگی سنتی به صورت نخ (الیاف) ریسیده شده و از این نخ­ها در بافت پارچه هیبریدی استفاده شد. پارچه­ها به شكل بافت عمودی ساده تار و پودی بافته شده­اند كه برای این كار، الیاف كنف در چله دستگاه قرا گرفته و الیاف شیشه یا پلی استر نیز به وسیله ماكو در پود آن قرار داده شد.
بدین ترتیب، نمونه­های مورد بررسی به صورت نمونه هایی به شکل تیر با فاز تقویت کننده پارچه هیبریدی (كنف-شیشه یا كنف-پلی استر) و یا الیاف تک جهته آنها در زمینه­ای از جنس رزین اپوكسی، ساخته شد.
خصوصیات مکانیکی نمونه­های ساخته شده از قبیل مقاومت کششی و فشاری، بر اساس استاندارد ASTM مورد بررسی قرار گرفته و برای نمونه­های مختلف با هم مقایسه شده­اند.