دسته بندی موتورها: ۲. انواع سیکل موتورهای هواتنفسی 2 | هوافضای جوان

دسته بندی موتورها: ۲. انواع سیکل موتورهای هواتنفسی ۲

در درس گذشته مبحث فرآیند تبدیل انرژی سوخت به حرکت در موتورهای هواتنفسی هوایی رو آغاز کردیم و در مورد سیکل اتو و نحوه کار موتورهای با سیکل اتو اطلاعاتی کسب کردیم. در این درس میخوایم با موتور جدیدی به نام موتور دیزل آشنا بشیم که فرآیند تبدیل انرژی این موتور با نام سیکل دیزل شناخته می‌شه.

احتمالاً اسم موتور دیزل رو پیش از این شنیده باشید، خیلی از کامیون­‌ها، اتوبوس‌­ها و بقیه‌ی ماشین‌­هایی که به توان خیلی بالا نیاز دارند، به جای استفاده از موتور اتو، از موتور دیزل استفاده می‌­کنند. موتورهای دیزل به جای بنزین، از سوخت‌­های دیگری که با نام “سوخت سنگین” شناخته می‌شوند استفاده می‌­کنند. یکی از سوخت­‌های سنگین گازوئیله و می‌دونیم که اکثر خودروهای با موتور دیزل از گازوئیل به عنوان سوخت استفاده می‌­کنند.

slider-3

اسم سوخت­‌های سنگین از اینجا نشأت می‌گیره که این سوخت­‌ها از هیدروکربن‌­های با مولکول­‌های سنگین تشکیل شده­‌اند. همه‌­ی سوخت‌های فسیلی، از گاز شهری گرفته تا بنزین و گازوئیل و نفت سفید و ذغال سنگ و…. از مولکول‌های هیدروکرین تشکیل شده‌اند. گاز شهری به عنوان سبک‌ترین سوخت فسیلی فقط یک کربن در هر مولکول داره، بنزین ۸ اتم کربن در هر مولکول و سوخت‌­های سنگین هم بیش از ده اتم کربن در هر مولکول دارند. هرچه تعداد اتم موجود در هر مولکول هیدروکربن بیشتر باشه، اون هیدروکرین سنگین­تره. دلیل اینکه خودروهای با توان بالا مثل کامیون‌­ها از گازوئیل استفاده می‌­کنند اینه که سوخت­‌های سنگین انرژی بیشتری به نسبت سوخت­‌های سبک در خودشون ذخیره کردند و به این صورت یک باک پر از گازوئیل، انرژی بیشتری از یک باک پر از بنزین به خودرو میده. موتورهایی که از سوخت سنگین مثل گازوئیل استففاده می‌کنند، علاوه بر تولید توان بالا، آلایندگی کمتری به نسبت موتورهای بنزینی دارند (البته اگه بهشون به درستی رسیدگی بشه و ضمناً از گازوئیل با کیفیت استفاده کنند، نه مثل کامیون و اتوبوس‌های قدیمی جاده‌های ما!!!) به دلیل همین دو مزیت (توان بالا و پاک بودن) استفاده از موتورهای با سوخت سنگین فقط به کامیون و اتوبوس و تراکتور و… محدود نمونده و این موتورها رو حتی در خودروهای لوکس شخصی هم می‌شه پیدا کرد. در شکل زیر خودروی مرسدس بنز E220، مجهز به موتور گازوئیلی رو می‌بینید.

mercedes_e_200_cdi_blueefficiency_avantgarde_w212_front-1_20100621

خب تا اینجای کار سوخت­‌های سنگین دو هیچ از بنزین جلوتر هستند. اما عجله نکنید، متاسفانه موتورهای سیکل اتو نمی‌­تونند از گازوئیل استفاده کنند. چرا که هنوز همه حقیقت رو درباره سوخت­‌های سنگین نگفتیم. سوخت­‌های سنگین مشکلی دارند که برای رفعش موتورهای دیزل طراحی و ساخته شده‌اند. اون هم اینه که هرچه یک سوخت سنگین‌­تر باشه، شعله ور کردن اون هم سخت‌تره (یعنی با یک کبریت تو دمای اتاق نمی‌تونید گازوئیل رو آتش بزنید!) و علاوه بر این سرعت سوزششون هم کمتره. (گازوئیل هیچوقت مثل بنزین منفجر نمی‌شه، بلکه آرام آرام می‌سوزه، شبیه به ذغال)

این خصوصیت از جهتی مزیت سوخت‌های سنگین حساب می‌شه، چرا که اونا رو تبدیل به سوخت‌هایی امن می‌کنه، اما از سوی دیگه، به خاطر این خصوصیت سوخت‌های سنگین، نمی‌شه اون‌ها رو با موتورهای معمول سیکل اتو سوزاند. فردی به اسم رودولف دیزل، برای سوزاندن این سوخت‌­ها روشی متفاوت از نیکولاس اتو در پیش گرفت. مراحل کاری موتور دیزل به صورت زیر است:

  1. مرحله ورود هوا: این مرحله مشابه موتور اتو است، با این تفاوت که سوخت در این مرحله به داخل هوا پاشیده نمی‌شود.
  2. مرحله تراکم: این مرحله هم مشابه سیکل اتو است، اما با یک تفاوت مهم. در موتورهای دیزل میزان متراکم شدن هوای داخل سیلندر در این مرحله بسیار بیشتره. در موتورهای اتو هوای سیلندر تا ۱۰ الی ۱۲ برابر متراکم می‌­شوند، اما در موتورهای دیزل این نسبت تراکم حدود ۱۸ الی ۱۹ است. یعنی نزدیک به دو برابر سیکل اتو. این تراکم شدید باعث افزایش شدید دمای هوای درون سیلندر می‌شه و دمای اون رو تا بیش از ۲۰۰ درجه سانتی گراد بالا می‌بره این دما اونقدری بالا هست که توش سوخت سنگینی مثل گازوئیل هم به سادگی شروع به سوختن می‌کنه.
  3. مرحله انجام کار: بر خلاف موتور اتو که در اون احتراق در یک لحظه و بین مرحله ۲ و ۳ انجام می‌شه، در سیکل دیزل به خاطر وقت گیر بودن سوختن سوخت­‌های سنگین، احتراق در کل مدت مرحله ۳ انجام می‌شه؛ به این صورت که با پایان مرحله ۲، سوخت به آرامی مستقیماً به داخل سیلندر پمپ می‌شه و همینطور که می‌سوزه سیلندر رو به سمت پایین هل میده.
  4. مرحله خروج دود: این مرحله در موتور دیزل کاملاً مشابه موتور اتو است.

مهم­‌ترین تفاوت سیکل دیزل با سیکل اتو، در همین نوع احتراقه که در مرحله سوم مطرح شد. با توجه به اینکه در موتور اتو احتراق در یک لحظه انجام می‌شد، حجم گاز سیلندر در طول زمان احتراق ثابت بود و فرآیند احتراق یک فرآیند “حجم ثابت” بود، اما در موتور دیزل فرآیند احتراق هم زمان با پایین رفتن پیستون در سیلندره که یعنی فرآیند احتراق در این موتور فرآیندی “فشار ثابت” است و حجم گاز داخل سیلنر در طول احتراق تغییر می‌کنه. این تفاوت روی مقدار راندمان تبدیل انرژی به حرکت در موتورهای دیزل اثر منفی داره. شکل زیر نمودار­های “فشار به نسبت حجم” برای دو سیکل دیزل و اتو رو در کنار هم نمایش می­ده، تفاوت نوع فرآیند احتراق در این تصویر مشخصه.

main-qimg

حالا که با سیکل دیزل آشنا شدیم و تفاوتش با سیکل اتو رو متوجه شدیم خوبه بدونیم که استفاده از موتورهایی که از سوخت های دیزل استفاده می‌کنند در هواپیماها هم در حال گسترشه و برای شروع، خیلی از هواپیماهای بدون سرنشین که پیش از این از موتورهای بنزینی استفاده می‌کردند، در نسخه‌های جدید از موتورهای سوخت سنگین استفاده می‌کنند. یک نمونه از این پهپادها، پهپاد هرمس(شکل زیر)، ساخته‌ی رژیم صهیونیستی هست که از سال ۲۰۰۹ میلادی شروع به استفاده از سوخت سنگین و موتور متناسب با این سوخت کرد.

خب. با دوتا از سیکل‌های تبدیل انرژی سوخت به حرکت در وسایل موتوری آشنا شدیم. یک سیکل مهم دیگه، یعنی سیکل برایتون باقی مونده. سیکل برایتون سیکل مورد استفاده در موتور هواپیماهای جته و تفاوت زیادی با دو سیکل قبلی داره. با این سیکل در درس آینده آشنا می‌شیم.


پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

لطفا معادله امنیتی را وارد کنید. * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.