استفاده از معادلات ديناميكي كاپل‌ ترموالاستيسيتهدر تحليل جداره موتورراكت‌هاي سوخت‌جامد

Dynamic Coupled Thermoelasticity Equations in Analysis of Solid Rocket Motor Shells

انتقال حرارت بيش از حد موجب نقايص مهمي در راكت‌ها خواهد شد. از جمله اين نقايص مي‌توان به كاهش خواص مكانيكي مواد و يا ذوب شدن جداره در اثر بالا رفتن دما اشاره نمود. از سوي ديگر در اثر توزيع غيريكنواخت درجه حرارت به خصوص در موتورهاي سوخت جامد، تنش‌هاي حرارتي علاوه بر تنش‌هاي مكانيكي به وجود خواهند آمد. محاسبه توزيع دما و تنش‌هاي مكانيكي و حرارتي در جداره موتور راكت‌ها مورد توجه طراحان بوده است. در اين مقاله نحوهمحاسبه تنش‌هاي مكانيكي و حرارتي جداره موتور راكت‌هاي سوخت جامد با استفاده از روابط ديناميكي كاپل ترموالاستيسيته ارايه شده است. بدين منظور ابتدا معادلات ديفرانسيل حاكم بر مسيله بدست آمده و براي حل اين معادلات از روش المان‌هاي محدود كمك گرفته شده است. سپس روش ارايه شده بر روي يك راكت واقعي مورد آزمايش قرار گرفته و اثر عايق حرارتي در كاهش دماي جداره و تنش‌هاي مكانيكي نشان داده شده است.

Excessive heat transfer causes major defects on the rocket motors. For example, it will reduce mechanical properties of materials or causes melting of internal wall layers when temperature rises. In the other hand, non-uniform distribution of temperature in solid propellant motor shells, in addition to thermal stresses will develop mechanical stresses. Calculating the temperature distribution and thermal and mechanical stresses on the solid rocket motors were interested by the designers. In this paper, the manner of calculating the mechanical and thermal wall stresses on solid propellant rocket motors using dynamic coupled thermoelasticity equations relationships are presented. For this purpose, firstly differential equations governing the issue are resolved using the finite element method. The presented approach is applied and tested on a real rocket and the effect of thermal insulation in wall temperatures and mechanical stresses is shown.