تمام موتورهای جت که توربین دارند، نوع پیشرفته تری از همان موتورهای
توربین گازی هستند که در زمان های دورتر استفاده می شده است.
ش
▪ پالس جت Pulse Jet
▪ پرشر جت Pressure Jet
▪ رم جت Ram Jet
▪ سکرام جت Scram Jet در حقیقت، تمام موتورهای جت که توربین دارند، نوع
پیشرفته تری از همانموتورهای
توریبن گازی هستند که در زمان های دورتر استفاده می شده است. ازموتورهای توربین گازی بیشتر برای تولید برق نه تولید نیروی رانش استفادهمی شود. موتورهای جت کلاً بر پایه ی موارد زیر کار می کنند: هوا از مدخلوارد موتور جت شده و سپس با چرخاندن توربین نیروی لازم را برای مکش هوابرای سیکل بعدی آماده کرده و خود از مخرج خارج می شود. در این حالت فشار وسرعت هوای خروجی، بدون در نظر گرفتن اصطکاک، با سرعت و فشار هوای ورودیبرابر است. سیکل کاری موتورهای جت پیوسته است، این بدین معناست که هنگامیکه هوا وارد کمپرسور می گردد، به سوی توربین عقب موتور رفته و آن را نیزهمراه با خروج خود به حرکت در می آورد، یعنی نیروی لازم برای مکش در حقیقتبه وسیله توربین انتهایی موتور تولید شده است و بدین گونه است که همزمانبا ورود هوا به کمپرسور، توربین نیز به وسیله نیروی تولید شده توسط سیکلقبلی در حال چرخش است و نیروی آن صرف چرخاندن کمپرسور می شود. در اینفرآیند، دوباره نیروی تولید شده توسط این سیکل به توربین داده شده وتوربین نیروی لازم جهت ادامه کار را فراهم می آورد.
▪ موتور توربوفن با ضریب کنار گذر پایین
F-۱۱۹پرات اند ویتنی
۱) موتورهای توربوفن
یا Turbo Fan
موتورهای توربوفن در حقیقت چیزی میان موتورهای توربوجت و
توربو پراپهستند. بازده موتورهای
توربوفن بسیار زیاد است، و به همین علت هم دربسیاری
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 سپسوارد اتاقک
احتراق می شود و بعد از انفجار از طریق شیپوره یا نازل خروجیخارج
شده و در طی این فرآیند، نیروی تراست لازم را جهت رانش هواپیما بهجلو تامین می نماید. البته در موتورهای توربوفن، مقادیر دیگری از هوا ازطریق کنارگذر نیز عبور داده می شود که در نهایت به گازهای خروجی داغپیوسته و نیروی تراست را افزایش می دهد. تفاوت موتورهای توربوفن باتوربوپراپ در این است که موتورهای توربوپراپ، فن یا ملخ ایجاد کنندهتراستشان در خارج از پوسته موتور قرار گرفته اما در موتورهای توربوفن، ملخیا فن تولید کننده تراست کاملاً در درون پوسته موتور قرار گرفته است.
▪دیاگرام یک موتور توربوفن با ضریب کنار گذر بالا
۲) موتورهای توربوجت
یا Turbo Jet
موتورهای توربو جت، بیشتر بر نیروی تولیدی از گازهای
خروجی اتکا دارند ودر
هواپیماهایی بیشتر کاربرد دارند که با سرعت های مافوق صوت حرکت میکنند. در موتورهای توربوجت، ابتدا، هوا وارد کمپرسور شده و متراکم میگردد. اما چون این هوا با سرعت نسبتاً زیادی وارد موتور گردیده برایاحتراق مناسب نمی باشد و بیشتر سوخت مصرف شده، بدون اشتعال حدر می رود. بههمین دلیل هوا به قسمت دیفیوژر یا همان کاهنده سرعت فرستاده می شود تا ازسرعت آن کاسته شود. در دیفیوژر، ابتدا از سرعت هوا کاسته و بر دما و فشارآن افزوده می شود. سپس این هوای آماده برای احتراق، به اتاقک احتراقفرستاده می شود. در اتاقک احتراق یا Combaustion Chamber، هوا ابتدا واردلوله احتراق
گشته، با سوخت مخلوط شده سپس منفجر می گردد. قسمتی از نیرویحاصله
از این انفجار صرف گرداندن توربین شده و مابقی برای تولید نیرویرانش به کار می رود. گاهی در هواپیماهای توربوجت، بعد از شیپوره خروجی یانازل، قسمتی به نام پس سوز یا After Burner قرار می دهند که بر نیرویتراست می افزاید.
▪ دیاگرام کار موتور های توربوجت، توربوپراپ و توربوفن
After Burner یا قسمت پس سوز چگونه کار می کند؟ هنگامی که گازهای خروجی از موتور خارج می شوند، هنوز
مقداری اکسیژن و سوختمصرف نشده
دارند که در قسمت پس سوز، با مشتعل ساختن دوباره گازهای خروجی وافزایش ۴ برابر سوخت معمولی به این
مخلوط، به طور قابل توجهی بر نیرویتراست می افزایند. البته استفاده از پس سوز فقط در شرایط اضطراری و شرایطجنگی مجاز است در غیر این صورت مجاز نیست. تنها هواپیمای مسافربری با پسسوز، هواپیمای کنکورد Concorde ساخت مشترک آلمان، انگلیس و فرانسه است کهبه علت ایجاد آلودگی صوتی زیاد و مصرف سوخت بالا،
بازنشست شد.
۳) موتورهای
توربوپراپ یا Turbo Prop:
موتورهای توربو پراپ، در حقیقت از نیروی ملخ برای تولید
تراست استفاده میکنند و تنها
وجه جت بودن آنها، تولید نیروی لازم برای این چرخش توسط موتورجت است. طرز کار موتورهای توربوپراپ عیناً مانند موتورهای جت توربینی دیگراست و تنها وجه تمایز آنها این است که نیروی تولید توسط توربین بیشتر صرفچرخاندن ملخ می شود تا کمپرسور، به همین دلیل برای تولید نیروی بیشتر،تغییراتی هم در توربین موتورهای توربوپراپ داده می شود.
۴) موتورهای پالس جت
یا Pulse Jet:
موتورهای پالس جت دارای توربین، کمپرسور، یا شفت نمی
باشند و تنها قطعهمتحرک البته
در نوع دریچه دار، دریچه آن می باشد. در این گونه موتورها،ابتدا
توده بزرگی از انفجار در داخل موتور صورت می پذیرد که سبب بستهماندن دریچه می شود. چون تنها راه فرار هوا از موتور قسمت انتهای آن میباشد هوا به طرف آنجا هجوم می آورد.در نتیجه تر ک هوا، خلا یا حالت مکشیبه وجود آمده که باعث باز شدن دریچه و ورود هوای تازه می شود. در اینحالت، مقداری هوای محترق شده از خروج بازمانده و صرف تراکم و انفجار گازتازه وارد می گردد و سیکل به همین ترتیب ادامه پیدا می کند.در نوع بدوندریچه، از یک خم برای ایفای نقش دریچه استفاده می شود که با انفجار گازهاو بدلیل وجود این خم، کاهش فشار صورت گرفته و مقداری از گازهای خروجی بازمی گردند به همین ترتیب سیکل ادامه داده می شود.
۵) موتورهای پرشر جت
یا Pressure Jet: از این گونه موتورها در حال حاضر استفاده ای نمی شود و
شرح کارکرد آنها در اینجا اضافی است.
۶) موتورهای رم جت
یا Ram Jet:
موتورهای رم جت، هیچ قطعه ی متحرکی ندارند و در نگاه
اول، مانند یک لولهتوخالی 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 موشکهابه کار می روند. در این گونه موتورها، برای روشن شدن موتور ابتدا بایدسرعت هوا به مقدار لازم برسد در صورت رخداد چنین حالتی، موتور جت به طورخودکار خود را روشن می کند. در موتور رم جت، هوا با سرعت زیاد وارد موتورشده و به علت سرعت بیش از حد، در قسمت دیفیوژر به خوبی کمپرس و متراکم شدهو دما و فشار آن بسیار بالا می رود. در این حالت مخلوط هوا و سوخت منفجرگشته و با خروج از موتور، نیروی تراست بسیار زیادی را آزاد می کنند. اینموتورها قدرت بسیار زیادی را دارا می باشند اما برای شروع پرواز و برخاستمناسب نمی باشند.
▪ نمای یک موتور توربوجت چند محوره ۷) موتورهای سکرم جت
یا Scram Jet: نام این موتورها از دو واژه Super Sonic و Combustion گرفته
شده که بهمعنای انفجار در سرعت مافوق
صوت است. این گونه موتور ها در سرعت های هایپرسونیک
Hyper Sonic به کار میروند و طرز کار آنها بسیار مشابه موتورهای رمجت با
تغییراتی می باشد. این نکته قابل توجه است که مشتعل ساختن مولکولهای هوا در حالی که هوا با سرعت بالای ۴ ماخ وارد موتور می گردد، مانندروشن کردن کبریت در گردباد تورنادو است! و از همین
جا می توان درک کرد کهچه تکنولوژی عظیمی در این
لوله توخالی به کار گماشته شده است. شایان ذکراست که
اولین هواپیمای دارای موتور سکرم جت، هواپیمای X-۴۳است که سرعت آنبالای ۷ ماخ می باشد. اجزای اصلی موتورهای جت: ۱) کمپرسور:
کمپرسورها وظیفه متراکم کردن هوای ورودی را بر عهده
دارند. کمپرسورها بر دو نوع هستند: الف) کمپرسورهای محوری ب) کمپرسورهای شعاعی یا گریز از مرکز. کمپرسورهای محوری که در اکثر موتورهای جت امروزی استفاده
می شود، از چندطبقه فن یا
پنکه به تعداد مشخص (دو یا بیشتر) تشکیل شده است که هرچه بهسمت
درون بیشتر پیش برویم، از زاویه پره های فن ها کاسته می شود و هم چنینتوسط همین تیغه ها یا پره ها، به سیال جهت حرکت داده شده و با کاهش زاویهپره ها، به فشار سیال یا هوا افزوده و از سرعتش کم شده و در نتیجه متراکممی گردد. اما در کمپرسورهای شعاعی یا گریز از مرکز، که بیشتر در موتورهایگازی ساده یا قدیمی کاربرد داشته است، در اصل هوا به یک مانع برخورد کردهو سپس توسط پره های آن به قسمت دیفیوژر یا کاهنده سرعت منحرف می شود کهاین فرآیند با ازدیاد فشار همراه است، در نتیجه هوا متراکم می گردد.
▪ کمپرسور محوری چند مرحله ای یک موتور توربوجت ۲) 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 واردشدن هوا به
اتاقک و مخلوط شدن آن با سوخت سپس انفجار آن به وسیله شمع جرقهزن انجام می شود. انژکتور Injector وسیله است که با استفاده از نیرویموتور، سوخت را به پودر تبدیل می کند و حکمت این کار در بهتر مشتعل شدن درصورت تبدیل به پودر نهفته است. البته سوخت قبل از ورود به انژکتور، مقداریگرم شده تا برای احتراق آماده تر باشد. ابتدا انژکتور سوخت را روی هوایمتراکم می پاشد و سپس این مخلوط آماده انفجار است که به وسیله شمع جرقهزن، این عمل صورت می گیرد.
▪ محفظه احتراق Can-Type یک موتور توربوجت ۳) سیستم توربین:
در اینجا، ابتدا هوای منفجر شده به پره های توربین
برخورد کرده و نیرویلازم جهت
گرداندن کمپرسور و مکش هوا برای سیکل بعدی تولید می شود که ایننیرو 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 هوابرای ورود
به قسمت توربین به کار می رود. توربین ها نیز به دو دسته محوریو شعاعی تقسیم می شوند که نوع محوری چند طبقه است. چون دمای کارکرد توربینبسیار بالا می باشد، در ساخت آن از آلیاژهای مخصوصی استفاده می شود.
۴) سیستم خروج
گازهای داغ: این سیستم، در حقیقت تولید تراست واقعی را برای رانش
هواپیما به جلو میکند و سهم
اصلی را در تولید و توضیع فشار دارد. در مدل های متحرک، زاویهپره های شیپوره انتهایی موتور برای میزان کردن فشار قابل تنظیم است. گفتنیاست سیستم پس سوز یا After Burner بعد
از این بخش نصب می شود. به اینقسمت، نازل
Nozzle هم گفته می شود. ۵) سیستم کشش
برگردان یا Thrust Reversation System: در سیستم کشش برگردان، به وسیله دریچه هایی، نیروی تراست
موتور برعکس میشود، بدین
صورت که خلبان در هنگام فرود نیروی برگردان را فعال ساخته و ازآن به عنوان ترمز استفاده می کند، یعنی نیروی موتور در جهت عکس اعمال میشود. البته توضیح خود این سیستم و کلیه سیستم های دیگر هر یک می تواند بهاندازه یک کتاب توضیحات تکمیلی نیاز داشته باشد اما در اینجا به ذکر همیننکات کوتاه و جزئی و اجمالی بسنده می شود. در صورت اظهار علاقه خوانندگانبه چگونگی کار کرد این موتور ها مقالات بیشتر را در این زمینه شاهد خواهیدبود. لازم به ذکر است که ساخت موتورهای جت به صورت خانگی هم امکان پذیراست و هم اکنون رواج بسیاری در بین جوانان علاقه مند به این علم دارد و یکچنین موتورهای جت دست سازی به طور گسترده ای در هواپیماهای مدل قدرتمند بهکار گرفته می شوند.
امیر سمعیی
سهشنبه 25 اسفندماه سال 1388 ساعت 10:37