X
تبلیغات
پیکوفایل

Aviation Technology

تکنولوژی هوایی

بیرینگ های مغناطیسی

 (چاپ شده در مجله ی پیشگامان صنعت)



بیرینگ ها در هر دستگاهی که دارای اجزای گردنده هستند جهت تثبیت موقعیت و کنترل و نگهداری بار قسمت متحرک، مورد استفاده قرار میگیرند و بسته به کاربرد دارای گونه های مختلفی هستند. نسل جدیدی از این بیرینگ ها که در موتورهای توربین گازی هواپیماهای آینده مورد استفاده قرار خواهند گرفت بیرینگ های مغناطیسی هستند. بیرینگ های مغناطیسی حرکت یک متحرک را بدون تماس فیزیکی ممکن میکنند. اصول کارکرد بیرینگهای مغناطیسی بر اساس این است که یک آهنربای الکتریکی، یک جسم فرومغناطیسی را جذب میکند (تصویر 1).


یک جسم فرومغناطیس گردنده (Rotor) میتواند به این صورت، در یک میدان مغناطیسی که توسط آهنربای الکتریکی ثابت (Stator) بیرینگ ایجاد شده، همانند یک تکیه گاه نگهداری شود.
از آنجایی که گرایش طبیعی قسمت ثابت، تا وقتی که قسمت گردنده ارتباط ایجاد کند، جذب قسمت گردنده است، بعضی از رفتارهای کنترلی جهت انطباق میدان مغناطیسی و نگهداری قسمت گردنده در موقعیت مطلوب، لازم هستند. نوع بسیار رایجی از کنترل شامل بازخورد موقعیت شفت است. سپس این اطلاعات توسط سیستم کنترل جهت تعدیل و میزان میدان مغناطیسی از طریق تقویت کننده های قدرت، مورد استفاده قرار میگیرد تا موقعیت مطلوب قسمت گردنده حتی تحت شرایط تغییر بار و فشار شفت، حفظ شود.


یک سیستم بیرینگ مغناطیسی فعال (شکل 2) شامل فعال کننده های بیرینگ آهنربای الکتریکی، سنسورهای موقعیت، یک سیستم کنترل و تقویت کننده های قدرت است. فعال کننده های بیرینگ و سنسورها در درون دستگاه واقع شده اند در حالیکه سیستم کنترل و تقویت کننده ها بطور کلی در خارج از دستگاه قرار دارند.


بیرینگ های شعاعییک نوع سیستم شامل دو بیرینگ شعاعی و یک بیرینگ تراست یا محوری میباشد. هر بیرینگ شعاعی یک قسمت ثابت و یک سیستم سنسور نصب شده در بالای قسمت گردنده ی فرومغناطیس سوار بر شفت، دارد. قسمت گردنده شامل یک دسته از حلقه های ورقی سوار بر یک سیلندر است که روی شفت می نشیند. ورق ها جهت کاهش اتلافات جریان گردشی و افزایش واکنش بیرینگ استفاده میشوند. قسمت ثابت از یک دسته حلقه های ورقی با قطب هایی در دیواره ی داخلی تشکیل شده است. سیم پیچ ها در اطراف هر قطب پیچانده شده اند تا بیرینگ به چهار ربع قسمت شود. سیم پیچ هایی که در هر ربع به ترتیب پیچانده شده اند، باعث میشوند تا هر قطب مانند یک آهنربای مغناطیسی عمل کند. بطور نمونه در دستگاههای افقی، ربع ها در 45 درجه از راس عمودی، ردیف شده اند. بر خلاف ربع ها، تشکیل یک محور و بنابراین هر بیرینگ شعاعی، میتواند با دو برش بیان شود. یک دسته از سنسورها که موقعیت شفت را اندازه گیری میکنند به گونه ای نصب شده اند که تا جای ممکن به بیرینگ
نزدیک باشند.


بیرینگ های محوری
در سیستم های صنعتی، بیرینگ تراست یا محوری شامل دو قسمت ثابت در دو طرف یک قسمت متحرک است. قسمت های ثابت هر دو از فولاد سخت یا از قطعات فولاد سخت با شکاف های شعاعی در بین قطعات پر شده با ورقه ها جهت افزایش واکنش بیرینگ، تشکیل شده است. قسمت های ثابت محوری همچنین یک یا دو شکاف جانبی در داخل صفحه دارند و با سیم پیچ ها پر میشوند. با یک قسمت ثابت نصب شده در هر طرف قسمت متحرک، بیرینگ محوری میتواند نیروهای محوری را در هر دو جهت خنثی کند.
سیستم کنترل از سیگنالهای سنسورهای موقعیت جهت تعیین موقعیت شفت استفاده میکند. این سیگنال با یک مرجع جهت تعیین خطا در موقعیت، سنجیده و مقایسه میشود. بعد از تصحیح مناسب، این سیگنال به تقویت کننده های قدرت فرستاده میشود تا خروجی حاضر به بیرینگ را کنترل کند.


سیستم کنترل
سیستم کنترل اجازه ی کنترل جریان در بیرینگ با استفاده از اطلاعات بازخور در موقعیت شفت را میدهد که حلقه ی بسته ی بازخور کنترل نامیده میشود و در شفت جهت حفظ موقعیت پایدار، اهمیت بالایی دارد. به زبان ساده تر سیستم کنترل، جریان بالای بیرینگ را زمانی که شفت بالاتر از موقعیت مرکزی قرار دارد، کاهش میدهد و زمانی که شفت پایین تر از موقعیت مرکزی باشد، آن جریان را افزایش میدهد. بطور نمونه کنترل بیرینگ مغناطیسی به روش تک ورودی - تک خروجی (SISO) اجرا شده است. به این معنی که اطلاعات موقعیت از یک سنسور تنها سبب کنترل تغییر جریان در محور متناظر میشود. سیستم های کنترل همچنین میتوانند بصورت چند ورودی و چند خروجی (MIMO) نیز باشند. سیستم MIMO زمانی که مراحل بالاتری از کنترل نیاز است یا زمانی که قطع و اتصال قابل توجهی بین محورها مورد انتظار است، بکار میرود. اجزای سیستم کنترل شامل یک سنسور موقعیت به همراه الکترونیک، یک کنترل کننده و تقویت کننده ها میشود. این اجزاء در دنباله ی مطلب تشریح شده اند.


سنسورها
سنسورها اطلاعات راجع به موقعیت شفت را بصورت یک ولتاژ الکتریکی به کنترل کننده می رسانند. سنسورها معمولا طوری تنظیم شده اند تا هنگامی که شفت در موقعیت مطلوب است، سنسور ولتاژ صفر تولید می کند. هنگامیکه شفت از این موقعیت مطلوب بطرف بالا برود، یک ولتاژ مثبت و هنگامیکه بطرف پایین برود یک ولتاژ منفی تولید میشود.


کنترل کننده
وظیفه ی کنترل کننده دریافت سیگنال ولتاژ از سنسورهای موقعیت، پردازش این اطلاعات و فرستادن درخواستهای جریان به تقویت کننده است. کنترل کننده شامل فیلترهای ضد فرکانس های مخرب، مبدل های آنالوگ به دیجیتال، یک پردازنده ی سیگنال دیجیتال و ژنراتورهای تلفیق پهنای پالس می شود. ولتاژ گرفته شده از سنسورهای موقعیت از میان فیلترهای ضد فرکانس های مخرب گذرانده شده تا اختلال فرکانس بالای سیگنال حذف شود. بعد از حذف جزئیات فرکانس بالا، سیگنال موقعیت توسط مبدل آنالوگ به دیجیتال نمونه برداری میشود. سپس اطلاعات دیجیتال از میان یک فیلتر توسط یک پردازنده ی سیگنال دیجیتال، گذرانده می شود. این اطلاعات به ژنراتورهای تلفیق پهنای پالس که موج شکل PWM ارسالی به تقویت کننده ها را تولید می کند، فرستاده میشود.

تقویت کننده ها
هر محور بیرینگ یک جفت تقویت کننده برای فراهم کردن جریان کویل های بیرینگ و یک نیروی جاذبه جهت اصلاح موقعیت گردنده در طول همان محور، دارد. تقویت کننده به واقع سویچ های فرکانس بالایی هستند که در یک بسامد بالا روشن و خاموش میشوند.

تاریخ ارسال: چهارشنبه 26 اسفند‌ماه سال 1388 ساعت 12:10 | نویسنده: امیر سمعیی | چاپ مطلب 0 نظر

نازل های ایروسپایک



در سال 1996، ناسا خود را متعهد ساخت تا یک وسیله ی جدید انقلابی، یعنی X-33 را ایجاد کند. جهت موفقیت، این وسیله نیاز به پیشرفهای قابل توجهی در تکنولوژی پرتاب موشک داشت. نیرو و توانایی موتورهای راکتی ایروسپایک در وفق دادن شرایط کاری مختلف است که سبب افزایش عملکرد مطلوب طراحی میشود، چون یک نازل همگرا- واگرای متغیر در این طراحی مانند یک نازل زنگوله ای بررسی شده است. بعد از سال1950زمانی که مزایای این نازل داشت شناخته می شد، به دلیل فقدان اطلاعات تست پروازی و ملاحظه ی ریسک بالای استفاده از یک طراحی آزمایش نشده، هیچ وقت در یک راکت مورد استفاده قرار نگرفت. البته این ناکارایی به زودی بر طرف خواهد شد و اجازه خواهد داد تا انرژی پتانسیل موتورهای ایروسپایک نمایان شود.


با تصمیم ناسا بر لغو کردن X-33 بعد از اتمام قراردادش با لاکهید مارتین در مارس 2001، نه تنها آینده ی موتورهای ایروسپایک، بلکه آینده ی تمام طرحهای تک مرحله ای تا مدور نامشخص خواهد بود. به هر حال اگرچه X-33 هیچ وقت پرواز نکرد ولی تحقیق هدایت شده توسط ناسا و بخش پیشران راکت بوئینگ جهت گسترش عملکرد کافی موتورهای ایروسپایک و قابلیت اعتماد استفاده در یک وسیله ی پرنده واقعی، نمیتواند دست کم گرفته شود.
زمانی که برتری های مختلف ایروسپایک پیشتر نمایان شده بود، توجه به مشارکت در گزینش ایروسپایک به عنوان پیشرانش اولیه X-33 مسئله ی مهمی است.

برتری ها
نازل کوچکتر : یک اسپایک کوتاه شده، میتواند بسیار کوچکتر از یک نوع نازل زنگوله ای با عملکرد یکسانی باشد. بعلاوه یک اسپایک میتواند کارایی بیشتری نسبت به طولش داشته باشد.


عملکرد فوق الاده : جبران ارتفاع ممکن است سبب عملکرد بیشتری شود.
ریسک کمتر واماندگی : موتور ایروسپایک از یک سیکل ساده ی ژنراتور گاز با فشار محفظه ای کمتری از موتورهای راکتی معمولی استفاده میکند که ریسک انفجار را کاهش میدهد. اگرچه فشارهای کم محفظه باعث کاهش عملکرد است، ضریب انبساط بالای ایروسپایک این ناکارایی را بر طرف میکند.
پسای کمتر وسیله : نازل ایروسپایک قسمتی از انتهای وسیله را پر کرده که سبب کاهش نوعی پسا بنام پسای انتهایی یا پسآیند میشود.


کنترل بردار تراست : از آنجایی محفظه های احتراق میتوانند بطور مجزا کنترل شوند، وسیله می تواند با استفاده از این کنترل تراست مانوری باشد. این نوع کنترل باعث میشود تا نیاز به وسایل کنترل کننده و محرک سنگینی که در تغییر بردار تراست در نازل های متغییر استفاده میشود، بر طرف شود.


وزن کمتر وسیله : اگرچه این نازل متمایل به سنگینی بیشتر از نازلهای زنگوله ای است ولی این نازل با سهیم شدن در بسیاری از عناصر ساختمانی کل وزن وسیله را کاهش میدهد.

اشکالات
خنک کاری :
قسمت مخروطی مرکزی این نازل میزان گرمای خیلی بیشتری نسبت به یک نازل زنگوله ای متحمل میشود. این مشکل میتواند با کوتاه شدن (بریدن) مخروط مانند، جهت کاهش مساحت سطح برخورد با جریان و گذراندن سوخت سرد و خنک کننده از میان مخروط مانند، بر طرف شود.


ساخت : نازلهای ایروسپایک دارای پیچیدگی و دشواری ساخت بیشتری از نازل های زنگوله ای هستند. به همین دلیل گران قیمت تر هستند.
آزمایش پروازی : هیچ نازل ایروسپایکی در یک راکت بکار نرفته است. در نتیجه آزمایش طرح های پروازی کوتاه افزایش یافته است.
تاریخ ارسال: چهارشنبه 26 اسفند‌ماه سال 1388 ساعت 12:09 | نویسنده: امیر سمعیی | چاپ مطلب 0 نظر

پیشرانش راکتی



در هر سیستم پیشرانشی، یک سیال موثر توسط سیستم شتاب می گیرد و واکنش این شتاب ایجاد نیرویی در سیستم است. یکی دیگر از سیستم های پیشرانش، موتورهای راکتی هستند که بیشترین کاربرد آنها در موشکهاست. یک نتیجه ی کلی معادله ی تراست نشان میدهد که مقدار تراست تولید شده به جرم جریان میانی و سرعت گازهای خروجی موتور بستگی دارد.
در طول جنگ جهانی دوم و بعد از آن تعدادی هواپیمای موتور راکتی جهت کاوش در سرعت های بسیار بالا ساخته شدند. X-1A که جهت شکست دیوار صوتی به کار رفت و X-15 هواپیماهایی قدرت گرفته از پیشرانش راکتی بودند. در یک موتور راکتی، سوخت و منبع اکسیژن که اکسنده نامیده میشود، بصورت مخلوط شده در یک محفظه ی احتراق میسوزند. احتراق گازهای داغی تولید میکند که از میان یک نازل جهت شتاب به جریان و تولید تراست میگذرد. در یک راکت گاز شتاب گرفته یا سیال کاری، خروجی داغ تولید شده در حین احتراق است. این سیال کاری با آنچه در یک هواپیمای جت (موتور توربینی) یا ملخلی است تفاوت دارد. موتورهای توربینی یا ملخ ران از هوای اتمسفر به عنوان سیال کاری استفاده میکنند. اما راکتها از احتراق گازهای اگزوز استفاده میکنند. در فضای خارج از جو زمین هیچ هوا یا اتمسفری وجود ندارد به همین دلیل توربینها و ملخ ها در این فضا کار نمیکنند. این دلیل توضیح میدهد که چرا راکتها میتوانند در فضا (خارج از جو) کار کنند ولی توربینها و ملخ ها نمیتوانند.
در حالت کلی راکتها به دو دسته ی اصلی تقسیم میشوند: راکتهای سوخت جامد و راکتهای سوخت مایع.
راکتهای سوخت مایع
در یک راکت سوخت مایع، سوخت یا همان اکسید شونده و اکسنده که ذخیره شده هستند به داخل محفظه ی احتراق پمپ میشوند و در آنجا ترکیب شده و می سوزند. نحوه ی محاسبه ی تراست راکتها که در زیر آمده است هر دو نوع راکت را در بر میگیرد. در یک راکت سوخت مایع، عاملهای محرکه، سوخت و اکسنده ، بصورت مایع و جداگانه از هم نگهداری میشوند و بعد به داخل محفظه ی احتراق پمپ میشوند.


در یک راکت سوخت مایع شما میتوانید تراست را با قطع جریان عاملهای محرکه قطع یا کم و زیاد کنید ولی در یک راکت سوخت جامد، برای این کار شما مجبورید که یا موتور را از بین ببرید یا آنرا خراب کنید. راکتهای سوخت مایع به دلیل پمپ ها و مخزنهای عاملهای محرکه، پیچیده تر و سنگین تر و گرانتر هستند و عاملهای محرکه فقط قبل از اجرا یا استفاده روی راکت کار گذاشته میشوند، در حالیکه کاربرد و استفاده ی یک راکت سوخت جامد خیلی راحت تر است و عاملهای محرکه ی آن میتوانند سالها قبل از استفاده و اجرا هم در راکت قرار بگیرند.
قابل توجه است، جزئیات چگونگی مخلوط شدن و سوختن سوخت و اکسنده، بدون خاموشی شعله، بسیار پیچیده است و محاسبه و تحلیل آن کار یک دانشمند است.


راکتهای سوخت جامددر یک راکت سوخت جامد، عاملهای محرکه بصورت مخلوط شده با یکدیگر در یک سیلندر مقاوم بسته قرار گرفتند که یک سوراخ در آن وجود دارد. در شرایط دمایی عادی یا پایین تر، عاملهای محرکه نسوخته و با یکدیگر واکنش نمیدهند. اما به محض اینکه جرقه یا حرارتی مناسب به آنها برسد، آنها با یکدیگر ترکیب شده و میسوزند و در این راکتها اگر احتراق شروع شود تمام عاملهای محرکه سوخته و مصرف خواهند شد.
این راکتها در پرتابه های هوا به هوا و هوا به زمین، راکتهای مدل و به عنوان کمک کننده در پرتابه های ماهواره مورد استفاده قرار میگیرد.
یک جبهه ی شعله، ایجاد شده ی احتراق مخلوط است. احتراق مقدار زیادی گازهای خروجی را در فشار و دمایی بالا تولید میکند. مقدار گازهای خروجی تولید شده به مساحت جبهه ی شعله بستگی دارد و طراحان موتور از مجموعه ی اشکال مختلف سوراخ ها برای کنترل تغییر در تراست در یک موتور خاص استفاده میکنند. گازهای داغ خروجی از میان یک نازل میگذرند که به جریان شتاب میدهد. در این هنگام طبق قانون سوم حرکت نیوتن، تراست تولید میشود.
مقدار تراست تولیدی یک راکت به طرح نازل بستگی دارد. کوچکترین مساحت سطح مقطح نازل گلوگاه نازل نامیده میشود. جریان داغ خروجی در گلوگاه خفه و انسداد میشود، که در نتیجه عدد ماخ در گلوگاه برابر 1 میشود و نسبت جرم جریان یعنی m دات با مساحت گلوگاه معلوم میشود. نسبت مساحت از گلوگاه تا خروجی یعنی Ae، سرعت خروجی Ve و فشار خروجی pe را تعیین میکند. در بعضی از طرح ها فشار خروجی فقط با فشار گازهای آزاد برابر است. بنابراین ما باید از نوع بلندتری از معادله ی تراست تعمیم یافته، جهت توصیف تراست سیستم استفاده کنیم. اگر فشار گازهای آزاد را باp0 نشان دهیم آنگاه معادله ی تراست F خواهد بود:


توجه کنید که در معادله ی تراست، بخاطر عدم تاثیر گذاری هوا در وسیله ی محرک، جرم معین شده ی گازهای آزاد و سرعت گازهای آزاد وجود ندارند. از آنجایی که اکسنده بطور مخلوط در عاملهای محرکه قرار گرفته است، راکتهای سوخت جامد میتوانند در شرایط خلاء  تراست تولید کنند. معادله بالا برای هر دو نوع راکت صدق میکند و علاوه بر آنها یک پارامتر بازدهی نیز وجود دارد که محرک آنی ویژه نامیده میشود و به میزان بالایی آنالیز و تحلیل عملکرد موتورهای راکتی را ساده میکند.

تاریخ ارسال: چهارشنبه 26 اسفند‌ماه سال 1388 ساعت 12:08 | نویسنده: امیر سمعیی | چاپ مطلب 0 نظر

پیشرانش Ram jet



در اوایل دوره ی 1900 میلادی، بعضی از نظرات اولیه درباره ی رمجت ابتدا در اروپا بوجود آمد. رمجت یکی از انواع پیشرانشهای مطلوب جهت پروازهای فراصوتی است. در یک رمجت فشار بالا توسط شکست نیروی هوای بیرونی به داخل محفظه ی احتراق با استفاده از سرعت رو به جلوی وسیله تولید میشود. هوای بیرونی که به درون سیستم پیشرانش آورده میشود به سیال کاری مبدل میشود؛ تقریبا مشابه توربوجت. در یک توربوجت فشار بالای محفظه ی احتراق توسط کمپرسور تولید میشود، اما در رمجت کمپرسوری وجود ندارد. به همین دلیل رمجت ها سبک تر و ساده تر از یک توربوجت هستند. رمجت ها تنها زمانی تراست تولید میکنند که وسیله در حرکت بوده باشد. رمجت ها زمانی که ساکن و ایستا باشند نمیتوانند تراست تولید کنند. از آنجایی که رمجت ها نمی توانند تراست ایستا ایجاد کنند، سیستم پیشرانش دیگری باید تا سرعتی که رمجت شروع به تولید تراست میکند، به وسیله شتاب دهد.


احتراقی که در یک رمجت تولید تراست میکند، زمانی که سرعت در محفظه ی احتراق مادون صوت است رخ میدهد. برای وسایلی که با سرعت فراصوتی حرکت میکنند، سرعت هوای ورودی موتور باید توسط مجرای ورود به زیر صوت کاهش پیدا کند. موج های ارتعاشی ایجاد شده در مجرای ورود باعث کاهش و افت عملکرد برای سیستم پیشرانش میشود. در سرعت های بالای 5 ماخ عملکرد پیشرانش رمجت بسیار نامطلوب و کم بازده است. این مشکل توسط رمجت احتراق فراصوتی یا همان اسکرمجت با اجرای احتراق فراصوتی در محفظه ی احتراق حل شده است.


در تصویر بالا که نمای داخلی یک رمجت را نشان میدهد، در قسمت جلوی موتور سمت چپ، مجرای را مشاهده میکنید که هوای بیرون را به داخل هدایت میکند. در قسمت خروجی مجرای ورود، هوا در فشار خیلی بالاتری از شرایط گازهای آزاد قرار دارد. درست بعد از مجرای ورود سوخت جهت احتراق تزریق و مخلوط می شود. شعله ی حاصل شده توسط حلقه های نگهدارنده ی شعله پایدار میشوند. این قسمت بسیار مشابه قسمت نگهدارنده ی  شعله ی پس سوز موتور هواپیماهای جنگنده است. سپس خروجی داغ از میان نازل که دارای شکلی شتاب دهنده به جریان و تولید کننده ی تراست، است میگذرد.
برای تحلیل عملکرد رمجت، مهندسین، شماره گذاری در طرح برای قسمت های مختلف انتخاب کرده اند. شماره گذاری رمجت مشابه شماره گذاری موتورهای توربینی است اما رمجت دارای کمپرسور و توربین نیست. به همین دلیل برخی از شماره ها در آن حذف شدند.
لازم به ذکر است که امکان طراحی و ساخت رمجت بطور دست ساز وجود دارد.
تاریخ ارسال: چهارشنبه 26 اسفند‌ماه سال 1388 ساعت 12:08 | نویسنده: امیر سمعیی | چاپ مطلب 0 نظر

سیکل کاری و انواع موتورهای توربین گازی جت

بیشتر هواپیماهای مدرن امروزی جهت تولید نیروی تراست لازم برای حرکت، از موتورهای توربین گازی استفاده میکنند.
اصطلاح "Gas Turbine" به عنوان یک واژه ی عمومی برای انواع موتورهای توربینی مورد استفاده قرار میگیرد و در محدوده ی موتورهای جت شامل: توربوجت، توربوفن، توربوپراپ، توربوشفت و کلیه موتورهای توربینی که با مکانیزم جت کار میکنند میشود. از سایر سیستم های پیشرانشی که با شتاب سیال، تراست تولید میکنند ولی توربینی نیستند میتوان به: رمجت، اسکرمجت، پالس جت، پرشرجت، واترجت و موتورهای راکتی اشاره کرد که هر کدام با مکانیزم و اصولی جدا کار میکنند و ساختمانی متفاوت از یکدیگر دارند.


موتورهای توربینی گونه های مختلفی دارند و با وجود اینکه هر یک از آنها متفاوت از دیگری است اما دارای قسمتهای مشترکی هستند. همه ی موتورهای توربینی دارای یک مجرای ورود هوا، یک کمپرسور یا متراکم کننده، یک بخش احتراق، یک توربین و یک مجرای خروجی هستند. همه ی این موتورها با یک اصول اساسی کار میکنند ولی هر کدام از آنها دارای مزایا و اشکالات مجزایی هستند. در بالا شکل بسیار ساده ای از یک موتور توربین گازی مشاهده میشود. همه موتورهای توربینی جت با این قاعده کار میکنند :هوا به داخل لوله مانندی کشیده و فشرده شده، با سوخت مخلوط و سوخته شده با سرعت بالایی خارج میشود.
کلید ساختن یک موتور جتی که کار کند در فشرده سازی هوای ورودی آن است. چنانچه کمپرس صورت نگیرد، مخلوط هوا و سوخت قادر نخواهد بود هیچ ازدیاد حجم و تراستی تولید کند. بیشتر جت ها دارای کمپرسوری هستند شامل پره های گردنده و در قسمتی که کمپرس صورت میگیرد حرکت هوا جهت ایجاد فشار زیاد، کند میشود. این هوای کمپرس شده به داخل محفظه ای که در آن احتراق صورت میگیرد رانده شده و با سوخت مخلوط شده و سوزانده میشود. در حین اینکه گازهای پرفشار در حال خارج شدن هستند از میان توربینی شامل پره های قوس دار زیادی میگذرند. در اینجا گازهای خروجی پره های توربین را به حرکت در می آورند و این توربین نیز از طریق یک شفت (محور) به کمپرسور در قسمت جلوی موتور متصل است و باعث گرداندن پره های کمپرسور میشود. به این طریق گازهای خروجی محفظه ی احتراق، توربین را و توربین نیز کمپرسور را گردانده تا هوای بیشتری گرفته و فشرده شود و موتور به سیکل کاری خود ادامه دهد. کارکرد موتورهای توربینی مداوم است یعنی بدون وقفه کار میکنند و هیچ وقفه ای ندارند.
انواع موتورهای جت توربینی


توربوجتتوربوجت اولین و ساده ترین شکل از یک موتور جت جهت تولید تراست است. همانطوری که در تصویر شماتیک آن دیده می شود دارای کمپرسور، محفظه ی احتراق، توربین و سایر قسمت های استاندارد یک موتور توربین گازی میباشد. تفاوت بارزی که بین یک توربوجت و یک موتور توربین گازی ساده وجود دارد در کمپرسور توربوجت است که دارای ضریب تراکم بسیار بالاتری نسبت به یک توربین گاز ساده است. تفاوت اساسی دیگر در توربین آن است که در توربوجت توربین تنها به کمپرسور متصل است و تنها میزان بسیار کمی از قدرت همان توربین جهت سایر موارد فرعی مانند پمپ ها استفاده میشود و در توربوجت پر انرژی بودن گازهای خروجی یک موضوع بسیار مهم و قابل توجه است، در حالی که در یک موتور توربین گازی به غیر از توربینی که به کمپرسور متصل است توربین دیگری نیز جدا از آن در قسمت خروجی محفظه ی احتراق قرار دارد که در واقع به شفت خروجی موتور متصل است و جهت استفاده در مواردی از قبیل تولید برق و سایر موارد مشابه مورد استفاده قرار میگیرد. نکته ی قابل توجهی که در مورد موتورهای توربین گازی وجود دارد این است که از گازهای خروجی آنها هیچ استفاده ای نمیشود به همین جهت سعی میشود که تمام حرارت و انرژی قابل استفاده ی گازهای محترق قبل از خروج جهت بازدهی بیشتر گرفته شود.


نسبت سوخت به هوا در یک توربوجت خیلی کم است. طبق خبرگذاری ناسا، بطور میانگین در یک توبوجت مقدار 100 pounds  هوا در ثانیه با 2 pounds  سوخت در ثانیه ترکیب میشود ولی این نسبت در هر موتوری متفاوت است.


توربوفن
بسیاری از هواپیماهای مسافربری مدرن از موتور های توربوفن استفاده میکنند بخاطر اینکه آنها بازده بیشتری نسبت به سوخت دارند. اگر میزان مصرف سوخت یک توربوجت با تورفن و میزان تراست تولیدی آنها را مقایسه کنید میبینید که توربوفن با همان میزان مصرف سوخت، مقدار تراست خیلی بیشتری تولید میکند. یک موتور توربوفن شکل تغییریافته و پیشرفته ی یک موتور توربین گازی ساده است. همانند سایر موتورهای جت، توربوفن هم دارای هسته ی موتوری توربوجت است. در یک توربوفن مرکز موتور توسط یک لایه شامل یک فن در جلو و توربین اضافی درکنار آن احاطه شده است. فن و توربین فن از تعداد زیادی تیغه همانند کمپرسور و توربین هسته تشکیل شده اند که به یک شفت اضافی متصل اند. شفتی که به فن متصل است از وسط هسته ی شفت مرکزی عبور میکند و به این صورت اگر موتور دارای سه شفت باشد، فن جلویی به درونی ترین شفت و آن نیز به آخرین طبقه ی توربین در انتهای موتور (مرکز) متصل است.


توبوفن ها به دو دسته شامل توربوفن با نسبت گذرگاهی پایین و با نسبت گذرگاهی بالا تقسیم میشوند. دسته ی اول نسبتا کوچکتر هستند و مقداری بیشتر از یک توربوجت، تراست تولید میکنند ولی توربوفن با نسبت گذرگاهی بالا، تراست خیلی بیشتری تولید میکنند و نسبت به سوخت کارآمد تر هستند و صدای کمتری تولید میکنند. اصلی ترین هدف و وظیفه ی فن راندن مقدار زیادی هوا از میان گذرگاه خارجی است که از اطراف هسته ی موتور می گذرد. با اینکه در این گذرگاه جانبی جریان هوا با سرعت خیلی کمتری جریان میابد، ولی حجم بالایی از هوا با این فن شتاب و سرعت میگیرند و این فن، به غیر از تراستی که هسته ی توربوجت دارد،  تراست مهم و عمده ای را بدون سوزاندن هیچ سوخت اضافی تولید میکند. بدینگونه توربوفن نسبت به توربوجت استفاده ی بیشتری از سوخت میکند، در نتیجه بازده آن بیشتر از توربوجت است. در حقیقت موتورهای توربوفن با نسبت گذرگاهی بالا در بازدهی تقریبا با توربوپراپ برابر هستند. به علاوه، هوای کم سرعت باعث لایه گذاری صدای مرکز موتور میشود و موتور را کم صدا تر میکند. فن به دلیل اینکه در میان داکت یا مجرای ورودی قرار گرفته است و از تعداد زیادی پره تشکیل شده است میتواند بطور کارآمد با سرعتی بیشتر از یک ملخ ساده کار کند. به همین دلیل توربوفن ها در نقل و انتقالات پر سرعت به کار میروند ولی ملخ دارها در نقل و انتقالات سرعت پایین بکار میروند. تعداد زیادی از هواپیماهای جنگنده از موتورهای توربوفن با نسبت گذرگاهی پایین مجهز شده به پس سوز استفاده میکنند. آنها میتوانند بطور کارآمد به گشت زنی بپردازند و در جنگهای هوایی نیز، تراست خیلی بالایی دارند.


توربوپراپبسیاری از هواپیماهای ترابری و پر مصرف کوچک از پیشرانش توربوپراپ استفاده میکنند. موتورهای توربوپراپ از هسته ی یک موتور توربین گازی برای گرداندن ملخ استفاده میکنند. موتورهای ملخ دار با حرکت دادن حجم بالایی از هوا و تغییر کمی در سرعت آن، تراست تولید میکنند. این پیشرانشها بسیار کارآمد هستند و از هر نوع نیروی محرکه ای (موتور) برای به گردش در آوردن ملخ میتوانند استفاده کنند.
در پیشرانش توربوپراپ دو قسمت اصلی و برجسته وجود دارند؛ یکی موتور و دیگری ملخ یا پروانه. هسته ی موتور در این نوع پیشرانش بسیار مشابه یک توربوجت ساده است، با این تفاوت که به جای رانش قوی گازهای خروجی به بیرون برای تولید تراست، بیشتر انرژی گازهای خروجی صرف گرداندن توربین میشود. این قسمت در بیشتر موتورها شامل چند طبقه از توربینهای کاملا مجزا است که نیروی آنها از طریق یک شفت دیگر به جعبه دنده و بعد به ملخ انتقال میابد. سرعت گازهای اگزوز در یک توربوپراپ پایین است و تراست کمی تولید میکند، چون بیشتر انرژی گازهای اگزوز صرف به گردش در آوردن توربین میشود. بطور میانگین در یک توربوپراپ، تراست تولیدی توسط هسته ی جت حدود 15% است درحالی که تراست تولیدی توسط ملخ آن مقدار باقیمانده یعنی 85% است.


در تصور توربوفن و توبوپراپ مشابه یکدیگرند، اما توربوفن دقیقا خاصیت یک جت را داراست به این معنا که برای تولید تراست از گازهای خروجی استفاده میکند و همچنانکه در شکل مشاهده میشود یک داکت یا مجرا دارد و قسمت فن دارای نازل نیز میباشد، ولی توربوپراپ فقط از موتور جت استفاده میکند و تولید عمده ی، تراست توسط ملخ انجام میشود. توربوپراپ از بازدهی بالاتری ازسوخت نسبت به توربوفن برخوردار است اما به هر حال صدا و ارتعاش تولیدی توسط ملخ توربوپراپ یک اشکال عمده است و از طرفی توربوپراپ به سرعت ساب سونیک محدود شده است.


توربوشفتتوبوشفت گونه ای از موتورهای جت است که تقریبا تمام بالگرد هایی که امروزه ساخته میشوند، از آن نیرو میگیرند. همانطور که در تصویر مشاهده میشود توربوشفت از بسیاری قسمتهای توربوجت استفاده میکند. یک تفاوت
اساسی بین توربوشفت و سایر موتورهایی که در بالا معرفی شدند این است که توربین تنها به کمپرسور متصل نیست. البته همانند توربوپراپ در اکثر موتورهای توربوشفت چند طبقه از توربینهای مجزا از کمپرسور، وجود دارند که انرژی آنها از طریق شفتی مجزا به جعبه دنده جهت تغییر به گشتاور مناسب انتقال میابد و بعد مورد استفاده قرار میگیرد. بطور نمونه تیغه های روتور بالگرد را میچرخاند. از طرفی بالگردها در ارتفاعی بسیار پایین تر از هواپیماها جایی که گرد وخاک، ماسه و دیگر آشغالهای ریز به راحتی میتوانند به داخل موتور مکیده شوند، کار میکنند. جهت برطرف کردن این مشکل، بیشتر موتورهای توربوشفت به یک دستگاه تجزیه ی ذره ها که جریان ورودی را صاف کرده و قبل از رسیدن آن به کمپرسور، گرد و خاک را بیرون میریزد، مجهزند.

تاریخ ارسال: چهارشنبه 26 اسفند‌ماه سال 1388 ساعت 12:07 | نویسنده: امیر سمعیی | چاپ مطلب 0 نظر
<<   1      ...      5     6      7      8     9   >> صفحات وبلاگ