مقالات
در حال خواندن
موتور جت
0

موتور جت

توسط محمد دمرلو۱۵ اسفند, ۱۳۹۵

موتورجت یا موتور شارشی نوعی موتور است که از شتاب دادن و تخلیه شاره برای ایجاد پیش‌رانش برپایه قانون سوم نیوتن استفاده می‌کند.با این تعریف گسترده موتورهائی مانند توربوجت و توربوفن و رم‌جت و موتور موشک، گونه‌ای موتور جت به‌شمار می‌روند؛ ولی معمولاً منظور از موتور جت توربینی است که با بیرون‌دادن گاز داغ برای پیشرانش به‌کار می‌رود.

تاریخچه

موتور جت هواپیما كه هواى داغ پرفشارى را تولید مى كرد توسط (Sir Frank Whittle) خلبان و مهندس هواپیماى انگلیسى اختراع شد و از این رو، وى را پدر موتور جت مى نامند.

ویتل در سال ۱۹۰۷در شهر كاونترى به دنیا آمد. پدرش مكانیك بود. در سن ۲۶ سالگى به عنوان خدمه پرواز در كران ول به نیروى هوایى سلطنتى انگلستان پیوست و در سال ۱۹۲۶با قبولى در معاینات پزشكى _ خلبانى به دانشكده نیروى هوایى سلطنتى راه یافت. او به عنوان یك خلبان بى پروا شهرتى بسزا به دست آورد و در سال ۱۹۲۸ تز فوق لیسانسش با عنوان «پیشرفت هاى آتى در طراحى هواپیما» كه در آن راجع به امكان نفوذ راكت به هواپیما بحث شده بود را به رشته تحریر درآورد.

تعریف موتور جت و اجزای داخلی آن

ایروسنتر ( Aerocenter) : موتوری که با خارج کردن سیال از اگزوز به سمت عقب، کار می کند و با استفاده از واکنش آن وسیله نقلیه را به جلو می راند. این تعریف ساده ای است از موتور جت. هم موتورهای جت و هم موتور های موشک به این نحو کار می کنند یعنی هر دو موتورهای واکنشی به حساب می آیند با این تفاوت که موتور موشک ها در تمام خوراک خود را درون خود حمل می کنند و می توانند در محیط خلا نیز فعال باشند ولی موتورهای جت فقط در اتمسفر کار می کنند.

کمپرسور

کمپرسورها وظیفه متراکم کردن هوای ورودی را بر عهده دارند. کمپرسورها بر دو نوع هستند:

  •  کمپرسورهای محوری
  • کمپرسورهای شعاعی یا گریز از مرکز

کمپرسور

. کمپرسورهای محوری که در اکثر موتورهای جت امروزی استفاده می شود، از چند طبقه فن یا پنکه به تعداد مشخص (دو یا بیشتر) تشکیل شده است که هرچه به سمت درون بیشتر پیش برویم، از زاویه پره های فن ها کاسته می شود و هم چنین توسط همین تیغه ها یا پره ها، به سیال جهت حرکت داده شده و با کاهش زاویه پره ها، به فشار سیال یا هوا افزوده و از سرعتش کم شده و در نتیجه متراکم می گردد. اما در کمپرسورهای شعاعی یا گریز از مرکز، که بیشتر در موتورهای گازی ساده یا قدیمی کاربرد داشته است، در اصل هوا به یک مانع برخورد کرده و سپس توسط پره های آن به قسمت دیفیوژر یا کاهنده سرعت منحرف می شود که این فرآیند با ازدیاد فشار همراه است، در نتیجه هوا متراکم می گردد.

سیستم احتراق

سیستم احتراق

سیستم احتراق، شامل سوخت پاش، جرقه زن و اتاقک و لوله احتراق می گردد. فرآیند انفجار در درون لوله های احتراق صورت می پذیرد که این عمل با وارد شدن هوا به اتاقک و مخلوط شدن آن با سوخت سپس انفجار آن به وسیله شمع جرقه زن انجام می شود. انژکتور Injector وسیله است که با استفاده از نیروی موتور، سوخت را به پودر تبدیل می کند و حکمت این کار در بهتر مشتعل شدن در صورت تبدیل به پودر نهفته است. البته سوخت قبل از ورود به انژکتور، مقداری گرم شده تا برای احتراق آماده تر باشد. ابتدا انژکتور سوخت را روی هوای متراکم می پاشد و سپس این مخلوط آماده انفجار است که به وسیله شمع جرقه زن، این عمل صورت می گیرد.

توربین

توربین

در اینجا، ابتدا هوای منفجر شده به پره های توربین برخورد کرده و نیروی لازم جهت گرداندن کمپرسور و مکش هوا برای سیکل بعدی تولید می شود که این نیرو به وسیله شفتی به کمپرسور انتقال داده شده و باعث حرکت آن می شود. قبل از توربین، استاتور توربین وجود دارد که برای تنظیم جهت حرکت سیال هوا برای ورود به قسمت توربین به کار می رود. توربین ها نیز به دو دسته محوری و شعاعی تقسیم می شوند که نوع محوری چند طبقه است. چون دمای کارکرد توربین بسیار بالا می باشد، در ساخت آن از آلیاژهای مخصوصی استفاده می شود.

سیستم خروج گازهای داغ

این سیستم، در حقیقت تولید تراست واقعی را برای رانش هواپیما به جلو می کند و سهم اصلی را در تولید و توضیع فشار دارد. در مدل های متحرک، زاویه پره های شیپوره انتهایی موتور برای میزان کردن فشار قابل تنظیم است.

انواع موتور جت 

  • توربوفن Turbo Fan
  • توربوجت Turbo Jet
  • توربوپراپ Turbo Prop
  • پالس جت Pulse Jet
  • رم جت Ram Jet
  • توربو رم جت Turbo Ram Jet
  • اسکرم جت Scram Jet
  • توربوشفت Turbo Shaft

مکانیزم کار موتورهای توربوفن Turbo Fan

موتورهای توربوفن در حقیقت چیزی میان موتورهای توربوجت و توربو پراپ هستند. بازده موتورهای توربوفن بسیار زیاد است، و به همین علت هم در بسیاری از هواپیماهای مسافربری و ترابری در سرعت های ساب سونیک Sub Sonic از آن ها استفاده می شود. در موتورهای توربوفن، ابتدا هوا کمپرس شده سپس وارد اتاقک احتراق می شود و بعد از احتراق از طریق شیپوره یا نازل خروجی خارج شده و در طی این فرایند، نیروی تراست لازم را جهت رانش هواپیما به جلو تامین می نماید. البته در موتورهای توربوفن، مقادیر دیگری از هوا از طریق کنارگذر نیز عبور داده می شود که در نهایت به گازهای خروجی داغ پیوسته و نیروی تراست را افزایش می دهد. تفاوت موتورهای توربوفن با توربوپراپ در این است که موتورهای توربوپراپ، فن یا ملخ ایجاد کننده تراستشان در خارج از پوسته موتور قرار گرفته اما در موتورهای توربوفن، ملخ یا فن تولید کننده تراست کاملاً در درون پوسته موتور قرار گرفته است.

فن عبارت است از یک پروانه یا پنکه بزرگ که در اثر چرخش ، جریان هوای زیادی را ایجاد می کند.با اتصال یک فن به یک موتورجت ، موتور توربوفن حاصل می شود . فن، یک جت سرد ایجاد می کند، بنابراین در موتورهای توربوفن دو جت وجود دارد که یکی جت گرم که از انتهای موتور خارج می شود و دیگری جت سرد که از داخل پوشش و مجرایی که فن را احاطه کرده است خارج می شود . اولین بار در سال ۱۹۳۶ فرانک ویذل طرح موتور توربوفن را به ثبت رسانید و اولین هواپیما با موتور توربوفن ، یک هواپیمای مسافربری با نام وی.سی-۱۰ بود که در سال ۱۹۵۹ پرواز کرد.

موتورهای توربوجت Turbo Jet

موتورهای توربو جت، بیشتر بر نیروی تولیدی از گازهای خروجی اتکا دارند. در موتورهای توربوجت، ابتدا، هوا وارد کمپرسور شده و متراکم می گردد. اما چون این هوا با سرعت نسبتاً زیادی وارد موتور گردیده برای احتراق مناسب نمی‌باشد و بیشتر سوخت مصرف شده، بدون اشتعال هدر می رود. به همین دلیل هوا به قسمت دیفیوزر یا همان کاهنده سرعت فرستاده می شود تا از سرعت آن کاسته شود. در دیفیوزر، ابتدا از سرعت هوا کاسته و بر دما و فشار آن افزوده می شود. سپس این هوای آماده برای احتراق، به اتاقک احتراق فرستاده می شود. در اتاقک احتراق یا Combaustion Chamber، هوا ابتدا وارد لوله احتراق گشته، با سوخت مخلوط شده سپس محترق می گردد. قسمتی از نیروی حاصله از این احتراق صرف گرداندن توربین شده و مابقی برای تولید نیروی رانش به کار می رود. گاهی در هواپیماهای توربوجت، بعد از شیپوره خروجی یا نازل، قسمتی به نام پس سوز یا After Burner قرار می دهند که بر نیروی تراست می افزاید.

The InfoVisual.info site uses images to explain objects.

توربوجت از انواع موتورهای پیشران در صنعت هوایی است که از پنج قسمت اصلی تشکیل شده است :

  1. ورودی یا مدخل
  2. کمپرسور یا متراکم کننده
  3. محفظه احتراق
  4. توربین
  5.  نازل یا خروجی

اولین هواپیما مجهز به موتور جت و توربوجت اچ.ایی-۱۷۸ ساخت آلمانی ها بود ، با بکارگیری هواپیما بوئینگ ۷۰۷ و دی.سی.هشت ساخت مگ دانل داگلاس ، خطوط مسافربری با هواپیما جت نیز آغاز بکار کردند .

موتورهای توربوپراپ Turbo Prop

موتورهای توربو پراپ، در حقیقت از نیروی ملخ برای تولید تراست استفاده می کنند و تنها وجه جت بودن آنها، تولید نیروی لازم برای این چرخش توسط موتور جت است.

طرز کار موتورهای توربوپراپ عیناً مانند موتورهای جت توربینی دیگر است و تنها وجه تمایز آنها این است که نیروی تولید توسط توربین بیشتر صرف چرخاندن ملخ می شود تا کمپرسور، به همین دلیل برای تولید نیروی بیشتر، تغییراتی هم در توربین موتورهای توربوپراپ داده می شود.در این موتورها حدود ۹۰ درصد از تراست توسط ملخ فراهم میشود.

موتورهای پالس جت Pulse Jet

موتورهای پالس جت دارای توربین، کمپرسور، یا شفت نمی‌باشند و تنها قطعه متحرک البته در نوع دریچه دار، دریچه آن می باشد. در این گونه موتورها، ابتدا توده بزرگی از احتراق در داخل موتور صورت می پذیرد که سبب بسته ماندن دریچه می شود.

چون تنها راه فرار هوا از موتور قسمت انتهای آن می باشد هوا به طرف آنجا هجوم می آورد. در نتیجه تر ک هوا، خلا یا حالت مکشی به وجود آمده که باعث بازشدن دریچه و ورود هوای تازه می شود. در این حالت، مقداری هوای محترق شده از خروج بازمانده و صرف تراکم و احتراق گاز تازه وارد می گردد و سیکل به همین ترتیب ادامه پیدا می کند.البته این نوع از موتور جت کاربرد صنعتی زیادی ندارند  و  قبل تر در مدل  رایج بودند  ، اما در بعضی از هلیکوپتر هاجهت افزایش سرغت خطی آنها استفاده میگردد.

موتورهای رم جت Ram Jet

موتورهای رم جت، هیچ قطعه ی متحرکی ندارند و در نگاه اول، مانند یک لوله توخالی به نظر می رسند که بیشتر در سرعت های مافوق صوت به کار می روند. موتورهای رم جت نیز مانند پالس جت، دارای توربین، کمپرسور یا … نمی‌باشند استفاده از آنها به عنوان موتور دوم معمول است که بیشتر در موشکها به کار می روند. در این گونه موتورها، برای روشن شدن موتور ابتدا باید سرعت هوا به مقدار لازم برسد در صورت رخداد چنین حالتی، موتور جت به طور خودکار خود را روشن می کند. در موتور رم جت، هوا با سرعت زیاد وارد موتور شده و به علت سرعت بیش از حد، در قسمت دیفیوزر به خوبی کمپرس و متراکم شده و دما و فشار آن بسیار بالا می رود. در این حالت مخلوط هوا و سوخت محترق گشته و با خروج از موتور، نیروی تراست بسیار زیادی را آزاد می کنند. این موتورها قدرت بسیار زیادی را دارا می باشند اما برای شروع پرواز و برخاست مناسب نمی‌باشند.

به این دلیل که این نوع موتور ها در ابتدا سرعت زیادی ایجاد میکنند در نسل جدید موشک های هوا به هوای شرکتMBDA یعنی موشک مترو (Metro) بجای استفاده از موتور های موشکی از این موتور های جت استفاده میکنند که هم سرعت بالایی دارند و هم قدرت مانور فوق العاده ای به موشک میدهند.

موتور های توربو رم جت Turbo Ram Jet

این موتور، موتور بسیار جالبی‌ست. به طوریکه از دو جزء ساخته میشود:۱-موتور رم جت ۲- توربو فن در این نوع موتورها ابتدا برای شروع پرواز خلبان موتور توربوفن را روشن میکند تا انرژی لازم برای برخاست بوجود آید. سپس بعد از این که موتور وهواپیما به سرعت ۱ ماخ یا نزدیک به آن رسید خود به خود موتور توربوفن خاموش شده و دریچه ی آن بسته می‌شود.

سپس باد موجود وارد همان موتور گشته ولی بجای ورود به داخل توربو فن، از کنار آن عبور و به داخل موتور رم جت میرود و همام حال است که با فشار موجود در هوا، موتور روشن شده و در عرض ۱۵ ثانیه هواپیما از یک ماخ به ۳٫۵ الی ۷ ماخ می‌رسد. گفتنی است که این موتور فقط در ۲ هواپیما ساخته شده است. ۱-SR-71 و۲-RQ-170 یا همان هواپیمای آمریکایی که توسط نیروی هوایی سپاه ایران به زمین نشانده شد.

موتورهای اسکرم جت Scram Jet

نام این موتورها از واژه (supersonic combustion ramjet) گرفته شده که به معنای احتراق در سرعت مافوق صوت است. این گونه موتور ها در سرعت های هایپر سونیک Hyper Sonic به کار می روند و طرز کار آنها بسیار مشابه موتورهای رم جت با تغییراتی می باشد.

این نکته قابل توجه است که مشتعل ساختن مولکول های هوا در حالی که هوا با سرعت بالای ۴ ماخ وارد موتور می گردد، مانند روشن کردن کبریت در گردباداست! اولین هواپیمای دارای موتور اسکرم جت، هواپیمای X-43 است که سرعت آن بالای ۷ ماخ می باشد.

تصویر هواپیمای ایکس ۴۳ تولید ناسا :

موتورهای توربوشفت Turbo Shaft

این نوع از موتور توربینی در هم صنعت هوایی هم در زمینه نیروگاهی و تولید انرژی کاربرد دارند. کاربرد هوایی این موتورها استفاده در هلیکوپتر هاست .

اجزای این موتور ها با سایر موتورهای توربینی تفاوتی ندارد اما در مکانیسم آنها تراست ایجاد نمی‌گردد بلکه توربو شفت ها برای ما ایجاد گشتاور و Torque مینمایند که منجر به چرخاندن ملخ هلیکوپتر میگردد.

واکنش شما چیست؟
I like it
67%
interested
33%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
محمد دمرلو

پاسخ بدهید