بررسی خواص انرژی زایی پلیمر جدید پرانرژی گلیسیدیل تری آزولیوم متیل نیترات در پیشرانه‌های پاک فضاپیما با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی

نویسندگان

1 مهندسی شیمی -دانشکده مهندسی شیمی- دانشگاه زنجان

2 پژوهشکده فناوری های نوین- پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران- تهران

3 مهندسی مکانیک- دانشکده فنی مهندسی - دانشگاه زنجان

4 گروه شیمی آلی- دانشکده شیمی- پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران- تهران

چکیده
بررسی و تحقیق بر روی پلیمر‌های پر انرژی برای افزایش خواص مکانیکی، ترمودینامیکی و افزایش قدرت انرژی زایی آن‌ها، به عنوان بایندر و نرم کننده پر انرژی با ارزش سوختی بالا در تهیه پیشرانه‌های با دود کم و بدون خطر انفجار بسیار مورد توجه محققین قرار گرفته است. یکی از پلیمرهای پرانرژی، GAP است. در این مقاله از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی برای مقایسه خواص انرژی زایی GAP و GTP استفاده شده است. GTP در اصل شکل اصلاح یافته‌ی GAP است که در آن گروه عاملی تری آزولیوم متیل نیترات به جای گروه آزید اضافه شده است. خواص مکانیکی پلیمر پرانرژی GAP همیشه موضوعی چالش‌برانگیز در زمینه‌ی مواد پرانرژی بوده است. با توجه به خواص حلقه‌ی تری آزولیوم متیل نیترات، انتظار می‌رود خواص مکانیکی و ترمودینامیکی پلیمر پرانرژی GTP از GAP بیشتر باشد. با بررسی‌های به‌عمل آمده توسط شبیه‌سازی دینامیک مولکولی، مشخص شد که GTP ماده‌ای پایدار است و خواص مکانیکی GTP نسبت به GAP مانند مدول یانگ(E) و مدول برشی(G) به‌ترتیب 27% و 32% کاهش و مدول بالک(K)، ضریب پواسون و نسبت K/G به ترتیب 17%، 42% و 71% افزایش پیدا کرد. همچنین مشخص شد سرعت انفجار، فشار انفجار و اکسیژن بالانس پلیمر‌ پرانرژیGTP نسبت به GAP، به ترتیب 5%، 14% و 21% افزایش یافت. در نتیجه می‌توان گفت استفاده از GTP به‌عنوان ماده‌ی اصلاح شده GAP در کاربردهای نظیر پیشرانه‌های پاک و عاری از کلر برای تقویت‌کننده‌ها و موتورهای با پیشرانه جامد درفضا پیماها و همین طور بخش ایمنی خودروها ( کیسه های هوا ) افقی روشن دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Investigation of detonation of glycidyl tri azolium Methyl nitrate as a new energetic polymer in propellant rockets with molecular dynamic simulation

نویسندگان English

reza asadi 1
kiyomars farhadi 2
mohammad hosein soltaniani 3
mohammad ghaffarzadeh 4
1 chemical engineering - zanjan university
2 organic chemistry-chemistery-chemistery & chemical Engineering Research Center of iran-tehran
3 mechanical engineering- zanjan university
4 organic chemistry-chemistery-chemistery & chemical Engineering Research Center of iran-tehran
چکیده English

Nowadays, investigating and researching on energetic polymers in order to increase mechanical, thermodynamic, and detonational properties of them have been highly regarded. One of these energetic polymers is GAP. In this paper, molecular dynamics simulation has been used to compare the properties of GAP and GTP energetic polymers. GTP, in principle is the modified form of GAP, in which functional group of triazolium methyl nitrate has been added instead of azide. The mechanical properties of GAP is a challenging topic in the field of energetic materials. Due to the attributes of the 3 azoliom methyl nitrate ring, the mechanical and thermodynamic properties of GTP are expected to be higher than GAP. The results obtained by molecular dynamics simulation showed that GTP is a stable material and its mechanical properties such as Young, and shear modulus compared to GTP have been decreased 27% and 32% respectively, and bulk modulus, Poisson coefficient, and K/G ratio compared to GTPhave been increased 17%, 42%, and 71% respectively. It was also found that the detonation speed, detonation pressure, and oxygen balance of energetic polymer compared to GAP, have been increased 5%, 14%, and 21% respectively. As a result, usage of GTP will increase as a modified GAP material in applications such as clean and chlorine-free propellants for the solid propellant rockets and also safety systems of automobiles.

کلیدواژه‌ها English

Glycidyl triazolium methyl nitrate
Mechanical properties
energy properties
molecular dynamics