پرتابگر الکترومغناطیسی، دستاورد برتر دوره دوم پژوهشسرای دکتر حسابی در بخش سمینار
در پرتاب کننده های متعارف بر اثر انفجار باروت و آزاد شدن حجم بسیاری از گاز ، فشار قابل ملاحظه ای ایجاد می شود و در اثر آن پرتابه پرتاب می شود. این سیستم های انفجاری مرسوم دارای معایبی مانند صدا، آتش، نور و دود هستند .
نویسنده : نگار تجملیان
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :
تاریخ : يکشنبه 1396/09/26 ساعت 10:15
دوازدهمین دوره از پروژه های دانش آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پر شور شما دوستان و علاقمندان به پایان رسید.
در این دوره از جشنواره تعداد 126 گروه در بخش های سمینار های علمی، غرفه های نمایشگاهی و مسابقات به عنوان گروه های برتر، برگزیده و معرفی شدند.
بر آن شدیم تا با معرفی پروژه های گروه های برتر علاوه بر قدردانی از این دوستان نوآور، زمینه ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقمند فراهم آوریم.
مقطع: دوره دوم متوسطه
موضوع: پرتابگر الکترومغناطیسی
نام مدرسه: پژوهشسرای دکتر حسابی
نام استاد: خانم فامیلی
دانش آموزان: مریم درجزنی، مبینا شریفی
چکیده:
در پرتاب کننده های متعارف بر اثر انفجار باروت و آزاد شدن حجم بسیاری از گاز، فشار قابل ملاحظه ای ایجاد می شود و در اثر آن پرتابه پرتاب می شود. این سیستم های انفجاری مرسوم دارای معایبی مانند صدا، آتش، نور و دود هستند .از این رو پرتابگرهای الکترومغناطیسی که عاری از معایب مذکور و دارای مزایایی چون سرعت بیشتر، بازدهی بیشتر و مناسب تر و نیز عدم نیاز به موتور هستند. جایگزین مناسبی برای این سیستم های انفجار می باشند. البته ایده ی ساخت چنین پرتابگرهایی مدت هاست که وجود داشته است اما عواملی مانند جرم ، اندازه و انرژی مورد نیاز این گونه از پرتابگرها مانع آن شده است که آن ها به صورت عملیاتی وارد خدمت شوند .از این رو در این مقاله به بررسی اساس کار این پرتابگرها پرداخته شد و چگونگی ساخت و عملکرد این سیستم ها مورد بررسی قرار گرفت. در انتها آزمایشات صورت گرفته بر روی پرتابگر های ریلگان و کویلگان بیان خواهد شد. لازم به ذکر است که با تغییر ولتاژ ، تغییر سرعت پرتابه و با تغییر المان های مدار، تغییر مشخصه های پرتاب مشاهده گردید و راه های دستیابی به سرعت های بالاتر مورد بررسی قرار گرفت.
مقدمه:
همان گونه که بیان شد در پی انفجار باروت و آزاد شدن حجم قابل توجه گاز ناشی از انفجار در پرتاب کننده های متعارف شاهد فشار قابل ملاحظه ای هستیم که سیستم های مختلف پرتاب کننده در جهت استفاده از این فشار برای پرتاب پرتابه و احیاناً مسلح کردن مجدد پرتاب کننده طراحی شده اند.
گرچه این سیستم انفجاری پرتاب، سرعت های خروجی قابل قبولی برای پرتابه حاصل می کند، اما دارای معایبی نیز می باشد که عمدتاً عبارتند از صدا، آتش یا نور، و دود ناشی از انفجار باروت که از عوامل عمده ی لو دهنده ی محل شلیک می باشند و نیز خطرات ناشی از انفجار ناخواسته ی خرج یا باروت لازم برای شلیک که باید همواره توسط نفر یا واحد شلیک کننده حمل شود. از این رو همواره سعی بر این بوده است که سیستم جایگزینی یافت شود که حتی الامکان عاری از معایب سیستم انفجاری بوده و حتی به علاوه سرعت های بیشتری را برای پرتابه حاصل نماید.
از آنجا که نیروهای الکترومغناطیسی ، در این مقیاس نیروهای نسبتاً قدرتمند و قابل کنترلی می باشند، عموماً سیستم جایگزین فوق الذکر، در طراحی های مختلف جهت استفاده از این نیروها برای پیشرانش پرتابه جستجو شده است. توضیح اینکه بر اثر حرکت نسبی قطب های مختلف مغناطیسی و الکتریکی در مجاورت یکدیگر، بر آن ها نیرو هایی اعمال می شود که بزرگی و جهت آن ها به شدت میادین مغناطیسی و الکتریکی و فاصله ی بین قطب ها و نیز شدت سرعت جابجایی آن ها نسبت به یکدیگر بستگی دارد.
از آنجا که این پارامترها، به ویژه سرعت جابجایی، با استفاده از فناوری های موجود، به راحتی قابل کنترل و افزایش است به سهولت می توان علاوه بر هدایت و جهت دهی به نیروهای الکترومغناطیسی، آن ها را به اندازه ی کافی افزایش داد و در سیستم های مختلف مهندسی، مثل الکترو موتور ها، توربین ها و ...، از آن ها استفاده کرد . طبیعی است که طراحان مختلف، به فکر استفاده از این نیروی بزرگ قابل کنترل به عنوان نیروی پیشران پرتابه باشند تا علاوه بر حذف معایب فوق الذکر سیستم انفجاری ، احتمالاً سرعت های بیشتری برای پرتابه نیز به دست آید. در همین راستا تاکنون عمدتاً دو سیستم پرتابه ی الکترومغناطیسی در حد آزمایشی و نیمه صنعتی ساخته شده است که عبارتند از کویلگان و رِیلگان که در مورد آنها به اختصار در اینجا توضیح داده خواهد شد. این سیستم ها، باتوجه به معایبی از آن ها که تاکنون مرتفع نشده است، هنوز به طور کامل گسترش نیافته و جایگزین سیستم های مرسوم نشده اند. هرچند (به ویژه سیستم کویلگان) فاقد عیوب سیستم های انفجاری مرسوم و حتی (به ویژه سیستم ریلگان) موجد سرعت های خیلی بیشتر برای پرتابه می باشند.
کاربردهای پرتابگرهای الکترومغناطیسی
1. پرتاب ماهواره ها و محموله های فضایی و قرار دادن هر جسم و یا محموله ای در مدار های پایین زمین (استفاده به عنوان بالابر فضایی)
2. کمک به پرتاب جنگنده ها از روی ناو هواپیما بر: در این شیوه با استفاده از موتور های خطی الکتریکی به جنگنده شتاب لازم برای بلند شدن از باند فرود داده می شود که نسبت به نوع بخاری دارای مزیت هایی است که مهم ترین آن ها امکان افزایش تدریجی سرعت هواپیما در حین مرحله پرتاب از روی عرشه و در نتیجه کاهش تنش های وارد بر سازه های هواپیماست.
3. پرتاب موشک و راکت های نظامی با سرعت و دقت بالا
4. پرتاب پرتابه های میله ای ضد زره
5. در این شیوه ها از سکوهای پرتاب زمینی و دریایی نصب شده بر روی کشتی های نظامی جهت شلیک به صورت مستقیم و یا منحنی با قدرت تخریب بالا، دقت زیاد، سرعت بسیار بالا، برد زیاد و بازدهی مناسب استفاده می شود و پرتابه هایی با سرعت 7111 متر بر ثانیه و در محدوده تا 400 کیلومتر را پرتاب می کند که در این مورد بیشتر مسیر پرواز پرتابه به صورت بالستیک در فضا انجام می شود و در فاز فرود با استفاده از سامانه های هدایت و کنترل، آن را به سمت هدف هدایت می کنند.
منابع:
· www.civilica.com
· www.military.ir
· www.daneshju.ir
· www.rasekhoon.net
· www.wikipedia.org
· www.tebyan.net
· www.avatorbo.ir
· www.iranamerica.com
· بلت،فیزیک پایه، جلد 4 ، ترجمه محمد خرمی، انتشارات فاطمی
برای مشاهده مجموعه فایل های ضمیمه اینجا کلیک بخش اول ، بخش دوم کنید.
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
تهیه: نگار تجملیان- تنظیم: نسرین صادقی
در این دوره از جشنواره تعداد 126 گروه در بخش های سمینار های علمی، غرفه های نمایشگاهی و مسابقات به عنوان گروه های برتر، برگزیده و معرفی شدند.
بر آن شدیم تا با معرفی پروژه های گروه های برتر علاوه بر قدردانی از این دوستان نوآور، زمینه ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقمند فراهم آوریم.
موضوع: پرتابگر الکترومغناطیسی
نام مدرسه: پژوهشسرای دکتر حسابی
نام استاد: خانم فامیلی
دانش آموزان: مریم درجزنی، مبینا شریفی
چکیده:
در پرتاب کننده های متعارف بر اثر انفجار باروت و آزاد شدن حجم بسیاری از گاز، فشار قابل ملاحظه ای ایجاد می شود و در اثر آن پرتابه پرتاب می شود. این سیستم های انفجاری مرسوم دارای معایبی مانند صدا، آتش، نور و دود هستند .از این رو پرتابگرهای الکترومغناطیسی که عاری از معایب مذکور و دارای مزایایی چون سرعت بیشتر، بازدهی بیشتر و مناسب تر و نیز عدم نیاز به موتور هستند. جایگزین مناسبی برای این سیستم های انفجار می باشند. البته ایده ی ساخت چنین پرتابگرهایی مدت هاست که وجود داشته است اما عواملی مانند جرم ، اندازه و انرژی مورد نیاز این گونه از پرتابگرها مانع آن شده است که آن ها به صورت عملیاتی وارد خدمت شوند .از این رو در این مقاله به بررسی اساس کار این پرتابگرها پرداخته شد و چگونگی ساخت و عملکرد این سیستم ها مورد بررسی قرار گرفت. در انتها آزمایشات صورت گرفته بر روی پرتابگر های ریلگان و کویلگان بیان خواهد شد. لازم به ذکر است که با تغییر ولتاژ ، تغییر سرعت پرتابه و با تغییر المان های مدار، تغییر مشخصه های پرتاب مشاهده گردید و راه های دستیابی به سرعت های بالاتر مورد بررسی قرار گرفت.
مقدمه:
همان گونه که بیان شد در پی انفجار باروت و آزاد شدن حجم قابل توجه گاز ناشی از انفجار در پرتاب کننده های متعارف شاهد فشار قابل ملاحظه ای هستیم که سیستم های مختلف پرتاب کننده در جهت استفاده از این فشار برای پرتاب پرتابه و احیاناً مسلح کردن مجدد پرتاب کننده طراحی شده اند.
گرچه این سیستم انفجاری پرتاب، سرعت های خروجی قابل قبولی برای پرتابه حاصل می کند، اما دارای معایبی نیز می باشد که عمدتاً عبارتند از صدا، آتش یا نور، و دود ناشی از انفجار باروت که از عوامل عمده ی لو دهنده ی محل شلیک می باشند و نیز خطرات ناشی از انفجار ناخواسته ی خرج یا باروت لازم برای شلیک که باید همواره توسط نفر یا واحد شلیک کننده حمل شود. از این رو همواره سعی بر این بوده است که سیستم جایگزینی یافت شود که حتی الامکان عاری از معایب سیستم انفجاری بوده و حتی به علاوه سرعت های بیشتری را برای پرتابه حاصل نماید.
از آنجا که نیروهای الکترومغناطیسی ، در این مقیاس نیروهای نسبتاً قدرتمند و قابل کنترلی می باشند، عموماً سیستم جایگزین فوق الذکر، در طراحی های مختلف جهت استفاده از این نیروها برای پیشرانش پرتابه جستجو شده است. توضیح اینکه بر اثر حرکت نسبی قطب های مختلف مغناطیسی و الکتریکی در مجاورت یکدیگر، بر آن ها نیرو هایی اعمال می شود که بزرگی و جهت آن ها به شدت میادین مغناطیسی و الکتریکی و فاصله ی بین قطب ها و نیز شدت سرعت جابجایی آن ها نسبت به یکدیگر بستگی دارد.
از آنجا که این پارامترها، به ویژه سرعت جابجایی، با استفاده از فناوری های موجود، به راحتی قابل کنترل و افزایش است به سهولت می توان علاوه بر هدایت و جهت دهی به نیروهای الکترومغناطیسی، آن ها را به اندازه ی کافی افزایش داد و در سیستم های مختلف مهندسی، مثل الکترو موتور ها، توربین ها و ...، از آن ها استفاده کرد . طبیعی است که طراحان مختلف، به فکر استفاده از این نیروی بزرگ قابل کنترل به عنوان نیروی پیشران پرتابه باشند تا علاوه بر حذف معایب فوق الذکر سیستم انفجاری ، احتمالاً سرعت های بیشتری برای پرتابه نیز به دست آید. در همین راستا تاکنون عمدتاً دو سیستم پرتابه ی الکترومغناطیسی در حد آزمایشی و نیمه صنعتی ساخته شده است که عبارتند از کویلگان و رِیلگان که در مورد آنها به اختصار در اینجا توضیح داده خواهد شد. این سیستم ها، باتوجه به معایبی از آن ها که تاکنون مرتفع نشده است، هنوز به طور کامل گسترش نیافته و جایگزین سیستم های مرسوم نشده اند. هرچند (به ویژه سیستم کویلگان) فاقد عیوب سیستم های انفجاری مرسوم و حتی (به ویژه سیستم ریلگان) موجد سرعت های خیلی بیشتر برای پرتابه می باشند.
کاربردهای پرتابگرهای الکترومغناطیسی
1. پرتاب ماهواره ها و محموله های فضایی و قرار دادن هر جسم و یا محموله ای در مدار های پایین زمین (استفاده به عنوان بالابر فضایی)
2. کمک به پرتاب جنگنده ها از روی ناو هواپیما بر: در این شیوه با استفاده از موتور های خطی الکتریکی به جنگنده شتاب لازم برای بلند شدن از باند فرود داده می شود که نسبت به نوع بخاری دارای مزیت هایی است که مهم ترین آن ها امکان افزایش تدریجی سرعت هواپیما در حین مرحله پرتاب از روی عرشه و در نتیجه کاهش تنش های وارد بر سازه های هواپیماست.
3. پرتاب موشک و راکت های نظامی با سرعت و دقت بالا
4. پرتاب پرتابه های میله ای ضد زره
5. در این شیوه ها از سکوهای پرتاب زمینی و دریایی نصب شده بر روی کشتی های نظامی جهت شلیک به صورت مستقیم و یا منحنی با قدرت تخریب بالا، دقت زیاد، سرعت بسیار بالا، برد زیاد و بازدهی مناسب استفاده می شود و پرتابه هایی با سرعت 7111 متر بر ثانیه و در محدوده تا 400 کیلومتر را پرتاب می کند که در این مورد بیشتر مسیر پرواز پرتابه به صورت بالستیک در فضا انجام می شود و در فاز فرود با استفاده از سامانه های هدایت و کنترل، آن را به سمت هدف هدایت می کنند.
منابع:
· www.civilica.com
· www.military.ir
· www.daneshju.ir
· www.rasekhoon.net
· www.wikipedia.org
· www.tebyan.net
· www.avatorbo.ir
· www.iranamerica.com
· بلت،فیزیک پایه، جلد 4 ، ترجمه محمد خرمی، انتشارات فاطمی
برای مشاهده مجموعه فایل های ضمیمه اینجا کلیک بخش اول ، بخش دوم کنید.
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
تهیه: نگار تجملیان- تنظیم: نسرین صادقی
