X
تبلیغات
زولا

هواپیماهای هسته ای(1)

یکشنبه 1 اسفند‌ماه سال 1389

اصول بهره گیری از انرژی اتمی جهت نیروی حرکتی یا رانشی هواپیما، پیشتر در عصر انرژی اتمی توسعه یافته بود. در ابتدای سال 1942، Enrico Fermi و دستیارانش روی پروژه ناحیه منهتن بررسی نموده و بر لزوم استفاده از انرژی اتمی در ایجاد نیروی رانشی در هواپیما تأکید کردند.

هواپیما

در سال 1946بود که تحقیقی توسط لابراتور فیزیک دانشگاه جان هاپکینز انجام گرفت و حدود و ثغور پتانسیل و مشکلات ناشی از بهره گیری از انرژی اتمی در نیروی رانشی هواپیما را تعیین نمودند. در آن زمان مهم ترین مشکل، فقدان اطلاعات در زمینه اثرات تابش و تشعش روی مواد بود که در طراحی مورد استفاده قرار گرفت. برخی از مشکلات پایه شامل انتشار مواد رادیو اکتیو یا ایزوتوپ ها طی عملکردهای طبیعی یا هرگونه حادثه، محافظت از انسان و حیوان در محیط هایی که تابش وجود دارد و انتخاب ناحیه و مکانهایی برای آزمایش. در همین ارتباط پتانسیل انتشار مواد رادیواکتیو به اتمسفر و مشکلات ناشی از تابشی و تشعش مستقیم طی استفاده از این مواد وجود دارد. شرایط هواپیمای هسته ای عملیاتی حتی تحت بهترین شرایط به گونه ای است که مواد رادیواکتیو به هیچ وجه از طریق هواپیما گسترش نمی یابد و استفاده از مواد تابشی مضر در هواپیما محدود شده است.

در سال 1946، توجه به هواپیمای اتمی در پروژه ای بلند مدت توسعه یافت که به عنوان NEPA معرفی شد و جهت انرژی اتمی یا هسته ای جهت نیروی رانشی هواپیما در نظر گرفته شد. پروژه مذکور که در ماه می آغاز به کار کرد بوسیله نیروی هوایی ایالات متحده (USAF) کنترل می شد و بنابراین توجه به سمت توسعه فعالیتهای اتمی و برنامه های استراتژیک و هواپیمای بمب افکن با عملکرد بالا شدت گرفت. نیروی هسته ای فعالیت هایی در دو حوزه نشان داد چرا که از رآکتور استفاده می شد. به هر حال در سال 1957 که Kelly Johnson و F.A. Cleveland که هر دو شرکت هواپیمایی Lockheed بودند طی مقاله ای بیان داشتند: روشن است که هواپیماهای بمب افکن به دلیل نیاز به سرعت بالا و دوام زیاد و به دلیل داشتن امتیاز پتانسیل ارتفاع پایین نسبت به هواپیماهای شیمیایی مشابه اولین انتخاب جهت بخشهای تولید نیروی هسته ای است.

فرنی

قرارداد NEPA (انرژی هسته ای جهت نیروی رانشی هواپیما) با شرکت Fairchild Engine & Airframe Co. بود و فعالیت در Oak Ridge آغاز گردید. در انتهای سال 1948، نیروی هوایی متحده (USAF) در حدود 10 میلیون دلار در این زمینه سرمایه گذاری نمود. تحقیقات گسترده تحت NEPA از سال 1946 تا 1951 انجام گرفت که طی این زمان برنامه USAF ANP / کمیسیون انرژی اتمی جایگزین شد. برنامه ANP اهداف مبهمی از توسعه کامل رآکتور هواپیما و سیستم های موتور تنظیم نموده است. یکی از عوامل که مربوط به ایجاد برنامه ANP می باشد تحقیقی است که در MIT توسط گروهی مشخص در کمیسیون انرژی اتمی (در سال 1948) انجام گرفت و آنها به دنبال استفاده بالقوه از نیروی اتمی در هواپیما بودند. این گروه تحقیق که به عنوان Lexington Project شناخته شده است به این نتیجه رسید که هواپیمای هسته ای پیچیدگی کمتری نسبت به ramjet دارد که در عوض نسبت به راکت های اتمی کمتر پیچیده بوده و قابل توسعه است. اگر چه ramjetهای هسته ای تحت نظر پروژه Pluto بوده و راکت های هسته ای تحت نظر Project Rover بوده و به طور موفقیت آمیزی در سطح های مورد نیاز برای استفاده عملیاتی مورد آموزش قرار گرفته است اما مناطق عملیاتی هواپیمای اتمی در سطح عملی هرگز توسعه نیافت. در سال 1954، Raymond Clare Briant که بعدها رئیس پروژه ANP (نیروی رانشی هسته ای هواپیما) شد بیان داشته که وضعیت هواپیمای هسته ای سخت ترین کار توسعه مهندسی طی این قرن است.

متأسفانه برنامه ANP (نیروی رانش هسته ای هواپیما) به خوبی گسترش پیدا نکرد. بخشی از مشکل به دلیل راهکارهای قراردادی بوده و کمیسیون انرژی اتمی (AEC) مسئول توسعه رآکتور می باشد بطوری که نیروی هوایی ایالات متحده مسئول توسعه باقی مانده سیستم تعیین شده است. بنابراین پروژه به دو بخش تقسیم شد که نیاز به کار در کنار هم بود اما این دو بخش به طور جداگانه مدیریت شد. تحت برنامه ANP، شرکت  General Electric Co. در Even dale و Cincinnati اقدام به ایجاد قراردادی نمود تا توربوجت (جهت پرسرعت) با چرخه مستقیم را توسعه دهد و بخش هواپیمایی Pratt & Whitney در شرکت هواپیمایی ایالات متحده مسئول تحقیق و بررسی در چرخه مذکور شد  کار را در لابراتوار موتور هسته ای هواپیما (CANEL) شروع نمود. در چرخه هوای مستقیم، هوا وارد مرحله کمپرسور در یک یا چند تور بوجت (جت پرسرعت) شده و از همه عبور کرده و مستقیماً به هسته رآکتور می رسد. هوا به عنوان رد کننده رآکتور سریعاً گرم شده و در هسته وارد می شود. هوا از دیگر بخش نیز عبور کرده و به بخش توربین در توربوجت می شود و سپس از لوله اگزوز خارج می گردد.

pwr

 سیستم غیر مستقیم نیز بسیار مشابه است با این تفاوت که هوا به تنهایی از رآکتور عبور نمی کند. بعد از عبور از کمپرسور، هوا از تبادل کننده گرما عبور می نماید. گرما بوسیله رآکتور منتقل شده و به جریان تبادل گرما می پیوندد. سپس هوا در توربین عبور نموده و از لوله اگزوز خارج می شود. جریان کاری در چرخه غیرمستقیم یک جریان فشرده است (مانند فلز مایع) و یا به صورت آب فشرده عمل می نماید. این جریان کاری باعث می شود تا انرژی گرمایی بیشتری به انتقال دهنده فرستاده شود و در نهایت موجب افزایش کارایی سیستم می شود. در مقاله ای که در مجله SAE به چاپ رسید، نویسنده ای بنام L-W-Credit نوشت: سه موضوع متناوب جهت دستیابی به پرواز قابل اطمینان هواپیمای هسته ای در بخش یا سیستم وجود دارد: افزونگی، رآکتور واحد و همه هواپیماهای هسته ای که به نظر میرسد طراحی بهینه ای داشته باشد دو مورد دیگر یک سیستم شیمیایی – هسته ای است. به هر حال برنامه ANP موجب توسعه چرخه مستقیم و سیستم نیروی رانشی رآکتور است. درخواست General Electric جهت پیشرفت باعث توسعه سیستم چرخه مستقیم شده است. این واحد ادعا کرده است که چرخه مستقیم ساده تر بوده و زمان توسعه کوتاهتری دارد. جهت سیستم چرخه غیرمستقیم، Whitney و Pratt رآکتور آب سنگین را توسعه دادند که از طریق جریان کاری آب به میزان 1500 حرارت دیده و به صورت مایع تحت فشار 5000 پاسکال قرار می گیرد.. این امر مشکل استفاده از فلز مایع را در جریان کاری کم می کند. ایالات متحده هرگز استفاده عملیاتی از رآکتورهای فلزات مایع نداشته است.  بخشی از برنامه ANP، برنامه 6-X بود. در ابتدای سال 1952، هدف طراح برنامه 6-x بود تا دو نوع test bed بوسیله انرژی اتمی به صورت پودر تهیه کند. برنامه مذکور بوسیله آزمای مشکل محافظ انجام گرفت. 36-AB جهت این موضوع تغییر یافت. این هواپیما به عنوان هواپیمای آزمایشی هسته ای (NTA) در اطراف رآکتور به صورت محافظ بود و بخش nose جدید تیم هواپیما ایجاد گردید. همچنین آب روکش ها در پشت بخش خدمه موجب جذب تابش شد. رآکتور پرواز مهمی را در چند موقعیت انجام داد و هواپیما برای تابش های زیاد و تجربه محافظت مورد استفاده قرار گرفت.

 

ادامه دارد...

تهیه کننده: مژده اصولی