دسته بندی موتورها- از نظر ساختار کلی | هوافضای جوان

دسته بندی موتورها- از نظر ساختار کلی

در درس پیش از مجموعه درس پیشرانش (این لینک) متوجه شدیم که موتورهای مورد استفاده در وسایل پرنده می‌توانند بر اساس وابستگی یا عدم وابستگی به هوا، به دو دسته تقسیم شوند؛ اما ما برای شناخت بهتر موتورها به دسته بندی جزئی‌تری احتیاج داریم. پس بیایید در این درس از زاویه‌ای جدید با موتورهای هوافضایی آشنا بشیم.

در درس اول (این لینک) گفتیم که اساس کار یک موتور هوافضایی، مثل شنای یک شناگر است، به این معنا که در این موتورها، هوا یا گازهای داخل موتور، با سرعت به سمت عقب “هُل داده می‌شوند” تا در نتیجه ی نیروی عکس العمل آن، وسیله پرنده به سمت جلو حرکت کند. (همونطور که یک شناگر مدام آب رو به سمت پشت خودش می‌فرسته تا خودش رو به سمت جلو حرکت بده) سوالی که در اینجا مطرح می‌شه اینه که موتورهای هوایی چطور هوا رو به صورتی که گفته شده به حرکت در میاورند؟

اولین ایده بال زدن است. بال زدن روشی است که در طبیعت برای عقب راندن جریان هوای حول پرنده استفاده میشه. بال زدن همه پرنده‌ها دقیقا نقش دست و پا زدن شناگر رو برای اونها بازی می‌کنه. هرچند که این روش در طبیعت بسیار متداول است، اما در بین هواپیماها فقط تعداد خیلی کمی هواپیمای بدون سرنشین مدل رو می‌شه پیدا کرد که از این روش به عنوان سیستم پیشرانش استفاده کرده باشند.

به عنوان یک راه پر کاربردتر، بعضی از موتورهای هوافضایی برای به حرکت درآوردن هوای حول هواپیما از وسیله‌ای به نام ملخ(propeller) استفاده می‌کنند. البته اگر دقیق‌تر بگیم، این وسیله با توجه به شکل ظاهری، ابعاد و مورد مصرف ممکنه به نام‌های دیگری مثل پروانه، روتور، فن و… هم خوانده بشه اما اساس کار همه این موارد یکی است. تصویر زیر یک هواپیمای هرکولس C130 رو نمایش میده. این هواپیما از موتورهایی موسوم به توربوپراپ استفاده می‌کنه که یک نوع موتور ملخی هستند.

 

اگر در یک هواپیما، این وسیله ظاهری شبیه به شکل بالا داشته باشه، با اسم ملخ شناخته می‌شه. اگر پره‌های اون کشیده‌تر باشند (مثل هلیکوپترها) با نام روتور و اگر پخ‌تر باشند (شبیه به پنکه) با اسم پروانه شناخته می‌شه. همچنین اگر تعداد پره‌های اون خیلی بیشتر باشه، غالباً به عنوان یک فن شناخته می‌شه.

برای آشنایی با اساس کار این وسیله توجه به روتور هلیکوپتر راهگشاست. پره‌های هلیکوپتر دقیقاً مثل بال هواپیما عمل می‌کنند. سطح مقطع بال هواپیما (ایرفویل) به گونه‌ای طراحی می‌شه که وقتی باد بر روی بال جریان پیدا می‌کنه، توسط بال به سمت پایین منحرف می‌شه. این مسأله یعنی بال هواپیما با ایجاد یک جریان رو به پایین در هوا، نیروی بالابر هواپیما (لیفت) رو تولید می‌کنه. پره‌های هلیکوپتر هم از سطح مقطع ایرفویل بهره می‌برند. چرخش روتور هلیکوپتر باعث می‌شه هوا به طریق مشابهی توسط ایرفویل پره‌های آن به سمت پایین هدایت بشه و در نتیجه نیروی قوی بالابرنده برای هلیکوپتر ایجاد شه. ملخ هواپیماها دقیقاً عملکرد مشابهی دارند، با این تفاوت که ملخ هواپیما برخلاف روتور هلیکوپتر، به صورت افقی نصب میشه تا نیروی تولیدی توسط اون، هواپیما رو به پیش ببره. تصویر زیر پره‌ی یک ملخ و سطح مقطع آن در چندین محل مختلف رو نمایش میده که شکل ایرفویلی اونها کاملاً مشخص است

دو روشی که تا اینجای کار معرفی شد، شامل موتورهایی بود که با یک وسیله اضافی هوای اطراف وسیله پرنده رو به حرکت در می آوردند؛ اما روش سومی هم برای ایجاد جریان پیش برنده وجود داره. تصور کنید که اگر یک بادکنک پر شده رو در دستان خود بگیرید، در یک لحظه نخ آن رو باز کرده و بادکنک رو رها کنید چه اتفاقی میفته؟ بدون شک بادکنک با سرعت از دستتان خارج شده و شروع به حرکت می‌کنه. در این صحنه بادکنک به جای اینکه با ملخ یا بال زدن هوای اطراف رو به حرکت در بیاره، از گاز داخل خودش برای تولید نیروی پیشران استفاده می‌کنه. به این روش پیشران جت گفته میشه!

میدونم که پیش از این از کلمه جت فقط برای اشاره به موتور هواپیماهای موسوم به جت استفاده می‌کردید و احتمالاً انتظار نداشتید بادکنک هم مشمول این کلمه باشه اما در زبان انگلیسی به هر جریان پر سرعتی که از یک روزنه خارج بشه جت گفته می‌شه. به همین دلیل، عبارت “پیشرانش جت” شامل طیف گسترده‌ای از موتورها از موتورهای توربینی تا موتورهای موشکی، تراسترهای فضایی و همین “تراستر گاز سرد بادکنک” میشه. در همه این موارد جریان از یک نازل خارج میشه. طراحی نازل به صورتی انجام می‌گیره که سرعت گاز خروجی رو به بیشترین مقدار برسونه. این یعنی در موتورهای با پیشران جت، برای افزایش سرعت جریان به جای ملخ از نازل استفاده می‌شه. اساس کار نازل‌ها در درس‌های انتهایی توضیح داده شده.

 با توضیحات بالا، اگر از سیستم پیشران بالزن (به دلیل نادر بودن موارد مصرف) صرف نظر کنیم، موتورهای هوافضایی بر اساس دو معیار معرفی شده در این درس و درس قبل، به چهار دسته قابل تقسیم هستند: موتورهای جت هواتنفسی، جت غیرهواتنفسی، موتورهای ملخی (یا روتوری و..) هواتنفسی و موتورهای ملخی (یا روتوری و..) غیرهواتنفسی. در ضمن، برخی انواع موتورهای جت هواتنفسی از روتور، ملخ یا فن هم استفاده می‌کنند و به همین دلیل به عنوان حالت مرزی موتورهای ملخی و جت فرض می‌شوند.

جدول زیر دسته بندی فوق رو نمایش میده. همونطور که در این جدول مشخص شده، هرکدوم از دسته‌هایی که بالاتر معرفی کردیم، شامل چند نوع موتور مختلف هستند. در ادامه این فصل از طرح درس پیشرانش، به ترتیب با این انواع موتور (که در جدول زیر اسامیشون رو می‌بینید) 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.