در این مقاله، طراحی و جانمایی اجزای مختلف یک رانشگر تک مولفه ای هیدرازینی 10 نیوتنی با تمرکز بر محاسبات طراحی انجام شده است. براین اساس، یک نمونه مهندسی از این رانشگر ساخته خواهد شد. رانشگر مذکور به صورت ماژولار دارای سه بخش اصلی است که عبارتند از: سامانه انژکتور، محفظه تجزیه و نازل. به کمک روش های تحلیلی، پارامترهای اصلی برای هر یک از این بخش ها تعیین و برای بخش بعدی مورد استفاده قرار گرفته اند. همچنین رفتار و عملکرد کلی سامانه رانشگر به ازای شرایط محیطی و خصوصیات ماده پیشران مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. ماژول اول، انژکتور، از نوع جریان پیچشی با ورودی های مماسی است که مخروط اسپری توخالی با زاویه متوسط، ایجاد می نماید. ماژول دوم، محفظه تجزیه حاوی گرانول های کاتالیست است که ابعاد آن محفظه بر مبنای معیار حداکثر تجزیه 40% آمونیاک و عدد ماخ محفظه 02/0 انتخاب شده است. ماژول سوم نیز نازل تخلیه است که به صورت مخروطی ساده طراحی شده است. طراحی بدنه بیرونی این سه ماژول، بر اساس ملاحظات جانمایی، محدودیت وزن و دومنظوره بودن (قابل استفاده در آزمون های سرد و گرم زمینی)، انجام شده است. در نهایت تایید نتایج طراحی در این مقاله با مقایسه با پارامترهای اصلی طراحی یک نمونه واقعی صورت پذیرفته است.

در این پژوهش عملکرد حالت پالسی یک رانشگر تک پیشرانه هیدرازینی مورد مطالعه قرار گرفته است. به این منظور نمونه آزمایشگاهی یک رانشگر تک پیشرانه هیدرازینی در شرایط فشار اتمسفریک ساخته شد و مورد آزمون قرار گرفت. کاتالیست این رانشگر به صورت بومی سنتز شده است. عملکرد حالت پالسی این رانشگر تک پیشرانه هیدرازینی به صورت تجربی ارزیابی شده و نتایج آن ارائه شده است. نتایج این پژوهش نشان می دهد که رانشگر تک پیشرانه هیدرازینی ساخته شده همراه با کاتالیست سنتز شده، ضربه های تکرارپذیری را برای عرض پالس های کمتر از 10 میلی ثانیه تولید می کند. حداقل ضربه این رانشگر تک پیشرانه هیدرازینی 32 میلی‎نیوتن ثانیه اندازه گیری شده است. هم چنین، انحراف معیار ضربه تولیدی، کمتر از 6 درصد برای 100 پالس است. زمان پاسخ رانشگر نیز بسیار تکرارپذیر است. نتایج این پژوهش نشان داد که مرکز پالس رانشگر به طور خطی با عرض پالس تغییر می کند. با این حال، رفتار گذرای فشار محفظه نسبتا کند است و منجر به مرکز پالس بزرگ می شود

در این تحقیق، محفظه تجزیه یک رانشگر تک مولفه ای بر پایه سوخت هیدرازین بصورت عددی شبیه-سازی شده است. بستر کاتالیستی مورد بررسی دو جزئی بوده و اثرات پارامترهایی مانند ضخامت ناحیه بالادستی و قطر ذرات تشکیل دهنده آن روی عملکرد محفظه تجزیه بررسی می شوند. در این راستا سه قطر گرانول استاندارد با عدد مش 16.5، 25 و 30 با ضخامت های ناحیه بالادستی (mm) 2.5، (mm) 5 و (mm) 7.5 در یک بستر کاتالیستی به طول (cm) 6.5 مورد مطالعه قرار گرفته اند. شبیه سازی ها برای دو نوع گرانول در بستر اصلی با قطرهای استاندارد (in) 8/1 و (in) 16/1 در ضرایب بارگذاری (kg/m2s) 16.5، (kg/m2s) 25 و (kg/m2s) 35 انجام گرفته است. نتایج حاصل نشان می دهند که میزان تاثیرگذاری بخش بالادست بستر کاتالیستی به شدت به نسبت اندازه ذرات تشکیل دهنده بستر اصلی به ناحیه بالادستی وابسته است. همچنین، طول ناحیه بالادستی و بارگذاری بستر پارامترهای مهمی در میزان تاثیرگذاری ناحیه بالادستی بشمار می روند.

در این پژوهش ابتدا طراحی و شبیه‏سازی انژکتور کاپیلاری تک و سپس طراحی و شبیه‎سازی صفحه انژکتور دایروی سه سوراخه یک میکرورانشگر تک‎مؤلفه ای هیدرازینی 10 نیوتنی انجام گرفت. به منظور شبیه‏سازی انژکتور و صفحه انژکتور روش حجم سیال (VOF) بکار گرفته شد و آشفتگی جریان هم با استفاده از مدل k-ε شبیه‏سازی شد. با بررسی نتایج، مشخص گردید انژکتور و صفحه انژکتور طراحی شده توانایی تامین دبی جرمی مورد نظر میکرورانشگر را در اختلاف فشار معین طراحی دارند. از این رو ابعاد نهایی برای ساخت و استفاده در رانشگر تک مؤلفه ای هیدرازینی 10 نیوتنی انتخاب شدند. در نسخه قبلی این تراستر 10 نیوتنی، از انژکتور جریان پیچشی با پاشش چتری توخالی استفاده شده بود. اما در طرح جدید با انژکتور کاپیلاری به دلیل چتر کوچک و توپر انژکتور، طراح محفظه کاتالیستی قادر است تا ابعاد محفظه را به اندازه چشمگیری کاهش دهد که هم حجم کاتالیست مصرفی گران‎قیمت ایریدیوم کاهش می‏‎یابد و هم بالتبع ابعاد و وزن تراستر کاهش می‎یابد.

در این مقاله، با ایجاد و توسعه یک کد مبتنی بر روابط ترمودینامیک و دینامیک گاز، مشخصه های عملکردی یک رانشگر تک پیشرانه هیدرازینی یک نیوتنی نظیر نیروی تراست، ضربه ویژه، سرعت مشخصه خروجی، و دبی جرمی پیشرانه برحسب دمای محفظه واکنش به صورت نظری مورد مطالعه قرار گرفته است. در این راستا، با در نظر گرفتن فرض آدیاباتیک، دمای محفظه واکنش تراستر تک پیشرانه به صورت صفر بعدی با استفاده از نرخ تجزیه آمونیاک به عنوان یک متغیر مستقل در شرایط تعادلی و غیر تعادلی و به صورت یک بعدی با استفاده از ثابت نرخ واکنش های همگن و ناهمگن تجزیه هیدرازین و آمونیاک بررسی و تحلیل گردیده است. همچنین، اثر انبساط حرارتی گلوگاه نازل بر فشار محفظه واکنش، نیروی تراست، و دبی جرمی پیشرانه و اثر فشار محفظه واکنش بر نرخ تجزیه آمونیاک و به تبع آن بر دمای آدیاباتیک محفظه واکنش در شرایط تعادل ترمودینامیکی مورد مطالعه قرار گرفته است.افزایش قطر گلوگاه نازل در فشار تغذیه ثابت سبب افزایش فشار محفظه و در نتیجه افزایش نیروی تراست می گردد.

نتایج مطالعه روی رفتار یک رانشگر تک پیشرانه هیدرازینی هنگام استفاده از انژکتورهایی با ابعاد مختلف ارائه می شود. انژکتورهای استفاده شده در این رانشگرها از نوع اریفیس هستند. هرچند الگوی جریان سیال در این انژکتورها ممکن است ساده به نظر برسد، رفتار رانشگر -که ناشی از اندرکنش دینامیک انژکتور با محفظه است- ویژگی های جالب توجهی را نشان می دهد. افت فشار انژکتور، در محدوده مورد مطالعه، تاثیری بر سرعت مشخصه و تاخیر اشتعال نداشت. با این حال زمان پاسخ 90% فشار و نوسان فشار محفظه به شدت تحت اثر افت فشار انژکتور هستند؛ با افزایش افت فشار، زمان پاسخ افزایش می یابد اما نوسان فشار کم می شود. نتایج ارائه شده ثابت می کند که آزمون سرد انژکتور برای ارزیابی و صحه گذاری طراحی آن کافی نبوده و اهمیت تست گرم رانشگر را نشان می دهد. بحث های این مقاله همچنین برای طراحان هر سامانه ای که از اریفیس برای کنترل دبی استفاده می کنند و به دنبال تحلیل رفتار گذرای آن سامانه ها هستند، قابل توجه خواهد بود.

در این مقاله به بررسی تاثیر بارگذاری های مختلف نانوذرات ایریدیوم بر متغیرهای عملکردی کاتالیست تجزیه و تراستر تک پیشرانه هیدرازینی پرداخته شده است. نانوذرات کاتالیستی با درصدهای وزنی متفاوت 10، 20 و 30 ایریدیم بر روی پایه گرانول آلومینا با قطر 2-1 میلی متر با مراحل متفاوتی از فرایند تلقیح سنتز شده و در تجزیه ی هیدرازین در یک تراستر 1 نیوتنی مورد بررسی قرار گرفتند. آزمون ها با استفاده از سناریویی از تعداد مختلفی از روشن شدن های پالسی و پایا با زمان های متفاوت انجام شد. نتایج آزمون ها نشان داد که کم ترین میزان اتلاف جرمی کاتالیست برای درصد وزنی 30 درصد رخ می دهد. علیرغم این موضوع، سایر پارامترهای مطالعه شده مانند زبری فشار، ضربه ویژه، تراست، و خردشدگی کاتالیست ها اختلاف معناداری با یکدیگر نداشتند. نتایج نشان دادند که میزان سرعت مشخصه تراستر مقادیر مناسبی دارد. همچنین، نتایج به دست آمده برای سایر متغیرها در هر سه مقدار بارگذاری نیز در محدوده مورد انتظار و مطلوب بوده اند.

رانش گرهای تک پیشرانه با توجه به سادگی ساختمان و قابلیت اطمینان بالایی که دارند، به طور گسترده در ماهواره ها مورد استفاده قرار می گیرند. یک رانشگر تک پیشرانه از سه بخش انژکتور، محفظه تجزیه و نازل تشکیل شده است. پیشرانه از طریق انژکتور روی بستر کاتالیستی متشکل از ذرات کاتالیست پاشیده شده و بلافاصله تجزیه می شود. گاز ناشی از تجزیه پیشرانه در نازل شتاب گرفته و نیروی پیشران تولید می کند. در این تحقیق، یک رانشگر تک پیشرانه هیدرازینی با بستر کاتالیستی از جنس فلز فعال ایریدیم به صورت عددی تحلیل می شود. معادلات حاکم بر انتقال جرم و حرارت داخل بستر کاتالیستی به صورت یک بعدی مدل سازی می شوند. لازم به ذکر است که به دلیل عدم وجود تعادل شیمیایی و ترمودینامیکی بین دو فاز، معادلات انتقال جرم و حرارت جداگانه ای مطابق تحقیق شنکار و همکارانش برای فازهای جامد و گاز نوشته شده است. همچنین، برای محاسبه نیروی پیشران و ضربه ویژه مجموعه رانشگر، نازل همگرا-واگرا به صورت صفربعدی تحلیل می شود. با استفاده از این روش، تاثیر قطر ذرات بستر کاتالیستی و طول محفظه تجزیه به عنوان دو فاکتور مهم روی عملکرد یک رانشگر نمونه بررسی می شود. نتایج حاصل نشان می دهند که با کاهش قطر ذرات تشکیل دهنده بستر کاتالیستی، طول بهینه محفظه تجزیه کاهش یافته و ضربه ویژه بیشینه تا حدودی افزایش می یابد.

در این پژوهش عملکرد یک تراستر تک پیشرانه هیدرازینی در شرایط اتمسفریک به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور، پس از طراحی و ساخت تراستر با توجه به الزامات عملکردی تراستر، آزمونی طراحی شد و پس از آن، تراستر مورد نظر در شرایط اتمسفریک مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج آزمون نشان می دهد که تراستر آزمایش شده می تواند 2000 پالس با عرض 0. 5 ثانیه و دوره تناوب یک ثانیه را به صورت تکرارپذیری تولید کند. نشان داده شد که عمر این تراستر بیش از 2000 پالس است و تراستر توانسته است ضربه هایی بسیار کوچک به اندازه ی 3 میلی نیوتن ثانیه را به صورت تکرارپذیری تولید کند. همچنین مقایسه ی نتایج نمونه تراستر فعلی با نتایج تجربی تراسترهای دیگر نشان داد که چگونه با انتخاب ابعاد مناسب برای انژکتور، محفظه کاتالیست و نازل می توان مشخصات زمان افزایش فشار، کمترین ضربه، مرکز پالس و زمان افت فشار در تراستر را به خوبی کنترل کرد. کاهش قطر انژکتور (با ثابت نگاه داشتن دبی پایا با افزایش فشار تزریق) سبب کاهش ضربه تولیدی (در عرض پالس ثابت) و افزایش زمان رشد فشار می شود. کوچک کردن ابعاد محفظه کاتالیست نیز سبب کاهش زمان افزایش و افت فشار و در نتیجه کوچک شدن مرکز پالس می شود.

در این پژوهش یک سیستم پیشرانش فضایی نوع تک پیشرانه برای ایجاد نیروی تراست پنج نیوتنی و ضربه ویژه 220 ثانیه با کاربرد تنظیم حرکت یا تغییر وضعیت ماهواره مدل سازی و طراحی گردیده است. این مدل از دو بخش اصلی شامل یک راکتور کاتالیستی با خوراک هیدرازین، کاتالیست نیکل 15 درصد بر پایه گاما آلومینا و یک نازل همگرا-واگرا تشکیل شده است. راکتور مدل کاتالیستی، بستر ثابت، یک بعدی، جریان پایدار و آدیاباتیک با واکنش های تجزیه هتروژنی است. عملکرد فرایند با انجام دو واکنش تجزیه هتروژنی هیدرازین و آمونیاک و تبدیل به گازهای سبک هیدروژن و نیتروژن با دمای بالا بوده، سپس با خروج گاز از بستر و نازل نیروی رانش حاصل می گردد. کاتالیست از روش اشباع سازی مرطوب ساخته شده و ویژگی های لازم با آزمایش های آنالیز کمی، کیفی و حرارتی تعیین می گردد. نتایج مدل سازی شامل متغیرهای جرم، انرژی، سینتیکی، فیزیکی و شیمیایی در رانشگر فضایی است. از مزیت های مهم این طراحی اندازه گیری و پیش بینی متغیرها است. برای تعیین عملکرد و درستی مدل طراحی و آزمایشی(در شرایط اتمسفری و استاتیک) در شاخص هایی مثل نیروی رانش، ضربه ویژه، افت فشار بستر، حداقل مقدار تجزیه آمونیاک با شرایط سینتیکی و عملیاتی یکسان مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل تطابق مناسب داشته و مورد تایید می باشند.