طراحی و ساخت میکروجت،جلسه سوم
انواع موتورهای جت
موضوع پروژه: انواع موتور جت
اهداف: شامل اهداف رفتاری و آموزشی
دانش:
آشنایی با انواع موتورهای جت و مشخصات آن ها
وسائل مورد نیاز: -----------------------------------
زمان عملیاتی: سه ساعت
روند کار:
در جلسات قبل با تاریخچه ی پرواز و موتور های هواپیما و نحوه ی کارکرد آن ها آشنا شدید. اکنون با انواع آنها آشنا می شوید.
موتورها را براساس اینکه ملخ دارند یا نه توربین دارند یا نه و . . . به انواع مختلفی تقسیم بندی می کنند که مهمترین آنها در پنج دسته جای می گیرد که آنها را در این جلسه معرفی می کنیم. و در آخر به معرفی میکروجت می پردازیم.
3-1)انواع موتورهای جت:
موتورهای جت به چند دسته اساسی تقسیم می شوند:
توربوفن Turbo Fan
توربوجت Turbo Jet
پالس جت Pulse Jet
رم جت Ram Jet
سکرام جت Scram Jet
در حقیقت، تمام موتورهای جت که توربین دارند، نوع پیشرفته تری از همان موتورهای توربین گازی هستند که در زمانهای دورتر استفاده می شده است. از موتورهای توربین گازی بیشتر برای تولید برق نه تولید نیروی رانش استفاده می شود. موتورهای جت کلاً بر پایه ی موارد زیر کار می کنند: هوا از مدخل وارد موتور جت شده و سپس با چرخاندن توربین نیروی لازم را برای مکش هوا برای سیکل بعدی آماده کرده و خود از مخرج خارج می شود. در این حالت فشار و سرعت هوای خروجی، بدون در نظر گرفتن اصطکاک، با سرعت و فشار هوای ورودی برابر است. سیکل کاری موتورهای جت پیوسته است، این بدین معناست که هنگامی که هوا وارد کمپرسور می گردد، به سوی توربین عقب موتور رفته و آن را نیز همراه با خروج خود به حرکت در می آورد، یعنی نیروی لازم برای مکش در حقیقت به وسیله توربین انتهایی موتور تولید شده است و بدین گونه است که همزمان با ورود هوا به کمپرسور، توربین نیز به وسیله نیروی تولید شده توسط سیکل قبلی در حال چرخش است و نیروی آن صرف چرخاندن کمپرسور می شود. در این فرآیند، دوباره نیروی تولید شده توسط این سیکل به توربین داده شده و توربین نیروی لازم جهت ادامه کار را فراهم می آورد.
3-1-1)موتورهای توربوفن یا 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 انفجار از طریق شیپوره یا نازل خروجی خارج شده و در طی این فرآیند، نیروی برآ 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 برآ را افزایش می دهد. تفاوت موتورهای توربوفن با توربوپراپ در این است که موتورهای توربوپراپ، فن یا ملخ ایجاد کننده برآشان در خارج از پوسته موتور قرار گرفته اما در موتورهای توربوفن، ملخ یا فن تولید کننده برآ کاملاً در درون پوسته موتور قرار گرفته است.
3-1-2) موتورهای توربوجت یا Turbo Jet
موتورهای توربو جت، بیشتر بر نیروی تولیدی از گازهای خروجی اتکا دارند و در هواپیماهایی بیشتر کاربرد دارند که با سرعت های مافوق صوت حرکت می کنند. 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 نمی باشد و بیشتر سوخت مصرف شده، بدون اشتعال هدر می رود. به همین دلیل هوا به قسمت دیفیوژر یا همان کاهنده سرعت فرستاده می شود تا از سرعت آن کاسته شود. در دیفیوژر، 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 Combustion Chamber، هوا ابتدا وارد لوله احتراق گشته، با سوخت مخلوط شده سپس منفجر می گردد. قسمتی از نیروی حاصله از این انفجار 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 برآ می افزاید.
After Burner یا قسمت پس سوز چگونه کار می کند؟ هنگامی که گازهای خروجی از موتور خارج می شوند، هنوز مقداری اکسیژن و سوخت مصرف نشده دارند که در قسمت پس سوز، با مشتعل ساختن دوباره گازهای خروجی و افزایش 4 برابر سوخت معمولی به این مخلوط، به طور قابل توجهی بر نیروی برآ می افزایند. البته استفاده از پس سوز فقط در شرایط اضطراری و شرایط جنگی مجاز است در غیر این صورت مجاز نیست. تنها هواپیمای مسافربری با پس سوز، هواپیمای کنکورد Concorde ساخت مشترک آلمان، انگلیس و فرانسه است که به علت ایجاد آلودگی صوتی زیاد و مصرف سوخت بالا، بازنشست شد.
3-1-3)موتورهای پالس جت یا Pulse Jet:
موتورهای پالس جت دارای توربین، کمپرسور، یا شفت نمی باشند و تنها قطعه متحرک 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 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 ترک هوا، خلا یا حالت مکشی به وجود آمده که باعث باز شدن دریچه و ورود هوای تازه می شود. در این حالت، مقداری هوای محترق شده از خروج بازمانده و صرف تراکم و انفجار گاز تازه وارد می گردد و سیکل به همین ترتیب ادامه پیدا می کند.در نوع بدون دریچه، از یک خم برای ایفای نقش دریچه استفاده می شود که با انفجار گازها و بدلیل وجود این خم، کاهش فشار صورت گرفته و مقداری از گازهای خروجی باز می گردند به همین ترتیب سیکل ادامه داده می شود.
3-1-4) موتورهای رم جت یا 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 ... نمی باشند 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 دیفیوژر به خوبی کمپرس و متراکم شده و دما و فشار آن بسیار بالا می رود. در این حالت مخلوط هوا و سوخت منفجر گشته و با خروج از موتور، نیروی برآ بسیار زیادی را آزاد می کنند. این موتورها قدرت بسیار زیادی را دارا می باشند اما برای شروع پرواز و برخاست مناسب نمی باشند.
3-1-5) موتورهای اسکرم جت یا Scram Jet:
نام این موتورها از دو واژه Super Sonic و Combustion گرفته شده که به معنای انفجار 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 4 ماخ وارد موتور می گردد، مانند روشن کردن کبریت در گردباد تورنادو است! و از همین جا می توان درک کرد که چه تکنولوژی عظیمی در این لوله توخالی به کار گماشته شده است. شایان ذکر است که اولین هواپیمای دارای موتور سکرم جت، هواپیمای X-43 است که سرعت آن بالای هفت ماخ می باشد.
3-2)میکروجت:
این پروژه مدل آزمایشگاهی و ایمن موتور جت است که براساس موتور ساخته شده است. تنها تفاوت آنها در وسایل آنها است: در موتور هوا وارد دستگاه شده و با استفاده از کمپرسور هوا فشرده شده و به محفظه احتراق وارد می شود که در این محفظه سوخت وجود دارد و با ورود هوا فشرده گاز مشتعل می شود و وارد توربین می شود توربین باعث چرخاندن محور اصلی شده پس کمپرسور هم به چرخش در می آید و توربین باعث کاهش فشار هوا نیز می شود و هوا را خارج می کند و به دلیل قانون عکس العمل موتور حرکت می کند.
در زیر تصویر چند نمونه میکروجت را می بینید.
NIMBUS H80
مشخصات
| بیشترین نیروی پیشران مداوم | 80 lb | 36 kg |
| وزن | 11.35 lb | 5.15 kg |
| وزن با استارتر | 12.67 lb | 5.67 kg |
| بیشترین دور | 90,000 RPM | 702 gr/min |
مصرف سوخت و بیشترین مصرف | 0.9 lt/min | |
ضخامت | 6.14 in | 156 mm |
طول | 15.07 in | 383 mm |
طول به همراه استارتر | 19.4 in | 492 mm |
از راست به چپ: H200R, H80, H65, H20R
تکلیف:
در مورد مشخصات یک نوع از موتورهای معرفی شده، اطلاعاتی به دست آورید و مشخص نمایید که :
این موتور در چه دسته ای از هواپیماها استفاده شده است؟
چند مثال از هواپیماهای با این موتور را نام ببرید.
اسم موتور و کارخانه ی سازنده ی آن ها را بیابید.
محل بازدید/ اردو/ خرید: -----------------------------------
منابع مطالعه: ماهنامه صنایع هوایی
مطالب مرتبط:
طراحی و ساخت میکروجت، جلسه اول
طراحی و ساخت میکروجت، جلسه دوم
طراحی و ساخت میکروجت، جلسه سوم
طراحی و ساخت میکروجت، جلسه چهارم
طراحی و ساخت میکروجت، جلسه پنجم
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: پوریا میرعشقی
تنظیم: نسرین صادقی
