سلام به همگی. من الهام بهمن پور هستم فارغ التحصیل رشته مهندسی هوافضا و توی این سری از مقالاتی که این اولیش هس، میخوام شما رو با دانش هوافضا و هر چیزی که قابلیت پرش از روی زمین رو داره آشنا کنم. به عنوان اولین قدم، تصمیم گرفتم توی این مقاله در مورد انواع موتورهایی که توی هواپیماها به کار میرن باهاتون صحبت کنم.
مقدمه
هواپیما بدون موتور، یعنی هیچی! شما هیچ هواپیمایی رو پیدا نمی کنی که بدون موتور بتونه از روی زمین بلند شه و پرواز کنه. شرکتایی که هواپیما میسازن، معمولا خودشون سازنده موتور نیستن و از جای دیگه سفارش میدن و بقیه کارای طراحی رو انجام میدن و نگران طراحی موتور نیستن. قبل از این که وارد مبحث موتور هواپیما بشیم، میخوام با یه مفهومی که واسه درک انواع موتور احتیاج دارین، آشنا بشین.
توی هر هواپیما برای حرکت، احتیاج به یه نیروی محرکه داریم که بهش نیروی پیشرانش یا تراست (Trust) گفته میشه. سیستم هایی که این نیرو رو تولید میکنن، موتورها هستن و 2 دسته ان:
1- موتورهای موشک یا Rocket engines
2- موتورهای مکنده هوا یا Air breathing engines
میدونین که واسه سوختن هر چیزی، ما احتیاج به سه ماده گرما، سوخت و هوا داریم که به مثلث آتش معروفن. توی همه موتورهای هواپیماها هم همین مثلث وجود داره. گرما توسط جرقه تامین میشه، سوخت هم که همراه وسیله پرنده هست. بنابراین تنها تفاوت اصلی موتورهای هواپیما، توی نحوه تهیه هوا هس.
موتورهای موشک
موتورهای موشک، هوا یا اُکسنده ای که نیاز دارن رو با خودشون در محفظه داخلی موشک حمل می کنن و در حین پرواز از طریق فرایندای خاصی با قسمتی به اسم اینجکتور یا انژکتور (injectors) به داخل سوخت تزریق میشه و سوخت برای مراحل بعدی و سوختن فرستاده میشه. بنابراین این موتورها نیازی به گرفتن هوا از محیط بیرون ندارن. موتورهای موشک برخلاف موتورهای مکنده هوا، به دلیل همین ویژگی که توضیح دادم، میتونن خارج از جو هم پرواز کنن و برای همین، موتورهایی که ماهواره هارو حمل می کنن یا موتورهای شاتل ها و فضاپیماها، از این دسته ان. البته این موتورها کاربرد اصلیشون واسه ساخت موشکه و یه جورایی نظامی محسوب میشن.
موتورهای مکنده هوا
موتورهای مکنده هوا، هوایی که لازم دارن رو با خودشون حمل نمیکنن و از لحاظ ساختاری هم، با موتورای موشک خیلی فرق دارن. این موتورها، هوایی که لازم دارن رو از جو مگیرین و به همین دلیل نمیشه از موتورهای مکنده هوا، توی خارج از جو یا سطوح بالای اتمسفر که اکسیژن خیلی کمه، استفاده کرد و توی اون وضعیت این موتورها به اصطلاح دچار خفگی شده و خاموش میشن و هواپیما سقوط میکنه !!!
از اونجایی که توی همه هواپیماها، از موتورهای مکنده هوا استفاده میشه و ما هواپیمایی که موتور موشک داشته باشه نداریم ( داریم ها، اون هواپیماها یه جورایی فضاپیما هستن و اصن نوع کاربریشون فرق داره )، توی این مقاله فقط انواع موتورهای مکنده هوا رو بررسی می کنیم.
موتورهای مکنده هوا به دو دسته کلی تقسیم میشن:
1- موتورهای پیستونی ملخی یا Piston- prop
2- موتورهای توربینی یا Turbine engine
موتورهای پیستونی ملخی
این موتورها، همونجور که از اسمشون پیداس، همشون ملخ دارن و بهشون موتورهای رفت و برگشتی هم میگن. اگه بخوام ساده واستون بگم، این موتورها مثل موتورهای توی اتومبیل هستن. طرز کارشون توی 4 بخش مکش، تراکم، انفجار و تخلیه خلاصه میشه. این موتورا برای سرعتای بالا مناسب نیسن و به اصطلاح زور زیادی ندارن. از این نوع موتورا بیشتر توی هواپیماهای سبک مثل هواپیماهای سم پاشی استفاده می شه چون اونا کارشون سبکه و احتیاجی به سرعت بالا یا پرواز توی ارتفاع بالا ندارن. توی هواپیماهای مسافربری اصن از این نوع موتورها استفاده نمیشه چون وزن این نوع هواپیماها به خاطر نوع سازه، تعداد مسافرا و همینجور بار و این چیزا بالاست و همونجور که گفتیم این نوع موتورها، توانایی کشیدن این وزن رو ندارن.
موتورهای توربینی
این موتورها، دسته ای از موتورهای جت هستن. نیروی پیشرانش یا همون نیروی محرکه، توی این موتورها از طریق خروج گاز داغ از قسمت انتهایی موتور ( نازل ) فراهم میشه. موتورهای توربینی بر خلاف موتورهای پیستونی ملخی، ساز و کار پیچیده تری دارن. این موتورا شامل 5 بخش ورودی، کمپرسور محوری، محفظه احتراق، توربین و نازل هستن. در موتورهای توربینی، نیروی لازم توسط توربین تامین می شود. موتورهای توربینی 5 دسته اصلی دارن:
1- موتورهای توربینی ملخی یا توربوپراپ یا engine Turboprop
2- موتورهای توربوجت یا Turbojet
3- موتورهای توربوفن یا Turbofan
4- موتورهای توربو رم جت یا Turbo Ram Jet
5- موتورهای توربوشفت یا Turbo Shaft
بحث در مورد انواع موتورای توربینی یه کم پیچیده اس و سعی میکنم توی مقاله بعدی، در مورد این موتورها بیشتر توضیح بدم و این مقاله رو با توضیح در مورد 5 قسمت موتورای توربینی تموم میکنم.
ورودی
اولین بخشی که توی موتورهای توربینی، هوا بهش وارد میشه بخش ورودیه. این بخش ممکنه یه مجرای واگرا یا همگرا داشته باشه. وظیفه اصلی این مجرا، کم کردن سرعت هوای ورودی و یکنواخت کردنه جریان این هوا قبل از ورود به موتوره. کم کردن سرعت خیلی مهمه چون اگه سرعت هوای ورودی زیاد باشه این سرعت نزدیک پره های ملخ، به سرعت صوت میرسه و کمپرسور موتور باید زور بزنه و بهش فشار میاد.
کمپرسور محوری
کمپرسورها، هوا رو فشرده می کنن و میفرستن داخل محفظه احتراق. اولین جایی که هوا بعد از رد شدن از قسمت ورودی، بهش داخل میشه، کمپرسوره. این کمپرسورها هم دو مدل مختلف دارن و ممکنه جریان محور یا گریز از مرکز باشن.
محفظه احتراق
وقتی کمپرسور هوا رو فشرده کرد، اونو میفرسه داخل محفظه احتراق. توی این محفظه سوخت به وسیله اینجکتور تزریق میشه و میسوزه و دمای احتراقی که ایجاد میشه بالاتر میره و به بیش از 1000 درجه سانتی گراد میرسه.
توربین
کمپرسور توی موتورهای توربینی، بدون توربین هیچ کار مفید و خاصی ازش برنمیاد. توربین جریان هوای گرم رو که ناشی از سوختن سوخت هست، میگیره و باهاش انرژی رو تولید میکنه که بده به کمپرسور و اون بتونه هوا رو فشرده کنه. به مجموعه سه تایی شامل کمپرسور و توربین و یه محوری که نیرو رو از توربین میفرسته، اسپول میگن. تمام موتورهای توربین دار اسپول دارن. ممکنه این اسپول یه دونه باشه ممکنه دو تا یا حتی بیشتر.
نازل
کل کارهایی که توی موتورهای توربینی انجام میشه، به خاطر تولید و رسیدن گازهای داغ به این قسمته. در واقع این گازهای داغ هستن که باعث میشن تا نیروی پیشرانش موتورهای توربینی فراهم بشه و وسیله پروازی رو حرکت بدن. معنای ساده نازل، شبیه چیزیه که سر شیلنگ های آتش نشانی هس و باهاش شدت فشار آب رو کنترل میکنن. توی موتورهای هواپیما، این نازل خیلی خیلی پیشرفته تره و سعی میکنم یه مقاله مفصل در موردش بنویسم و واستون بذارم.
ممنون از نگاه قشنگتون و اینکه تا اینجا منو همراهی کردین. خوشحال میشم نظرتون رو در رابطه با این مقاله واسم بنویسین.
