محمد مهدی مهدوی | 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.

ادامه نوشته

 

 

خنک کاری در موتورهای جت

در صبح روز ۳۰ دی ماه سال ۱۳۹۵، ساختمان معروف پلاسکوی تهران در اثر یک آتش سوزی فروریخت. فروریختن یک ساختمان در اثر زلزله برای همه ما ملموس و قابل فهم است، اما در روزهای بعد از این حادثه، برای بسیاری از مردم قابل هضم نبود که «چطور آتش می تونه یک ساختمان رو به کلی تخریب کنه؟». پاسخ این سوال ساده است: حقیقت اینه که شاید فلزات در مقابل تنش های سازه ای، فشار، کشش و خمش مقاومت بسیار خوبی داشته باشند، اما این همه ماجرا نیست، فلزات به نسبت بسیاری از مواد معدنی دیگر مقاومت خیلی کمتری در مقابل گرما دارند. شعله های ناشی از سوختن مقداری لباس که در مغازه های ساختمان پلاسکو انبار شده بود، توانستند سازه های فولادی مستحکم این ساختمان رو به کلی وادار به تسلیم کنند. اگر چند ساعت مجاورت ستون های فولادی این ساختمان با آتش، می تونه منجر به این میزان خرابی بشه، چطور انتظار داریم محفظه های احتراق که قلب موتورهای احتراقی هستند، مدت های طولانی در دمای شعله های احتراق این موتورها دوام بیاورند؟  ادامه نوشته

 

 

ترک زمین

ترک زمین

صحنه اوج گیری یک موشک فضایی برای رسیدن به مدار یکی از با شکوه‌ترین جلوه‌های پیشرفت علم و تکنولوژی در دنیای جدید است. در این مجموعه عکس نگاهی گذرا به این موضوع داشته‌ایم. ادامه نوشته

 

 

انیمیشن اجزا و عملکرد یک موتور جت

ویدئوی زیر، به صورت ساده و خلاصه عملکرد اجزای اصلی یک موتور جت (از نوع توربوفن) را نمایش می‌دهد و شما می‌توانید با عملکرد فن، کمپرسور، توربین و محفظه احتراق آشنا شوید. برای اطلاعات بیشتر و مطالعه توضیحات تفصیلی درباره هریک از این اجزا به طرح درس پیشران سایت (این لینک) مراجعه کنید.

 

 

صحنه آهسته زیبا از موتوهای موشک حامل فضاپیمای آپولو ۱۱

در این فیلم، دوربین‌های با نرخ فریم بالا (۵۰۰۰ فریم بر ثانیه)، تصویر بسیار آهسته‌ای از محل موتورهای موشک ساترن ۵ در پرتاب فضاپیمای آپولو ۱۱ را تصویر برداری نموده‌اند. این تصویر برداری آهسته این امکان را فراهم نموده است که پدیده‌هایی که در فیلم‌های عادی این لحظه قابل تشخیص نبوده‌اند را ببینیم. ادامه نوشته

 

 

موتور الکتریکی

در بین سامانه‌های پیشرانش هوایی، موتورهای الکتریکی مزیت بالایی از خودشون به نمایش گذاشته‌اند که خبر از سهم بزرگ‌تر این موتورها در آینده‌ی پیشرانش هوایی میده. البته در این بین نباید از گسترش روز افزون بازار این نوع از موتورها در کاربری‌های زمینی (مثل قطارهای الکتریکی، خودروهای الکتریکی و…) غافل بشیم. موتورهای الکتریکی یکی از موتورهایی هستند که در زندگی روزمره بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند و اگر تصمیم به ساخت یک هواپیمای مدل یا کوادکوپتر سبک دارید، احتمالاً اولین گزینه شما برای پیشرانش پرندتون موتورهای الکتریکی خواهند بود.

ادامه نوشته

 

 

ایرودینامیک در عمق فضا!

ایرودینامیک در عمق فضا!

وقتی اولین بار در سال ۱۹۸۱ میلادی (۱۳۵۹ شمسی) در جریان مأموریت فضاپیماهای ووییجر، قطب شمال سیاره‌ی زحل از نزدیک دیده شد، یک معمای عجیب مطرح شد. یک پدیده‌ی غیر قابل توجیه پیش روی دانشمندان قرار گرفته بود و آن‌ها را به چالش می‌طلبید. از آن روز تلاش برای فهم اینکه دقیقاً چه توجیهی پشت این پدیده قرار گرفته، آغاز شد. قضیه آنقدر بالا گرفت که در فضای عمومی برخی از مردم موضوع را به آدم فضایی‌ها نسبت دادند! شاید برخی دیگر این پدیده را باور نکردند و حق هم داشتند که احتمال اشتباه در عکس‌های بی کیفیت ووییجرها را بیشتر از احتمال صحت این پدیده بدانند؛ اما عکس‌های سال‌های بعد تلسکوپ فضایی هابل و تصاویر کلوزآپ فضاپیمای کاسینی در سال‌های اخیر جای تردیدی باقی نگذاشت. این معمای چندین ساله باید هرچه زودتر به جواب می‌رسید!

ادامه نوشته

 

 

سرنوشت هواپیماها

سرنوشت هواپیماها

هزاران نفر در سرتاسر دنیا با نگه داری عاشقانه از یک یا چند خودروی قدیمی (بسته به بضاعت) خوش اند. احساس خوشایند جمع آوری و نگه داری از خودروهای خاطره انگیز، در کلکسیون‌های خصوصی خودرو که در سرتاسر دنیا وجود دارند بروز پیدا می‌کند. خیلی از دیگر افراد هم بسته به علایق شخصی کلکسیون‌هایی از سکه، تمبر، اسکناس یا عتیقه جاتی از رادیوها، دوربین ها و… جمع آوری می‌کنند. خودروها، سکه ها و.. می‌توانند باکمک کلکسیونرها عاقبت به خیر شوند، اما افراد کمی آنقدر خوش شانس هستند که کلکسیونی از هواپیما داشته باشند. اینجاست که حق داریم از خودمان بپرسیم سرنوشت این پرنده‌های آهنی به کجا ختم می‌شود؟ ادامه نوشته

 

 

شعله نگه دار

در درس پیش (این لینک) مقدمه‌ای رو در مورد محفظه احتراق موتورهای توربینی مطالعه کردیم و متوجه شدیم سه مشکل اساسی عملکرد محفظه احتراق رو تهدید می‌کنه و قول دادیم که در ادامه به بررسی راهکارهای هریک از آن مشکلات بپردازیم. یکی از مشکلاتی که در درس پیش معرفی شد، مشکل روشن نگه داشتن شعله در داخل محفظه است و در این درس به بررسی راهکار مهندسین هوافضا برای غلبه بر این مشکل می‌پردازیم. پیش از اینکه بحث در این مورد رو آغاز کنیم فیلم زیر رو ببینید:

در فیلم بالا، اگر از صدای تعجب فیلمبردار صرف نظر کنیم، یک نکته‌ی جالب توجه دیگر هم وجود داره: اگر به خوبی به این فیلم دقت کرده باشید باید یک مفهوم فیزیکی مهم را در آن پیدا کنید، این مفهوم مهم سرعت شعله است. منظور از سرعت شعله همین چیزی است که در فیلم فوق تماشا کردید، در این فیلم دیدیم که وقتی ظرف محتوی مخلوط هوا و گاز قابل اشتعالی را آتش بزنیم، تمام ظرف به صورت ناگهانی شعله ور نمی‌شه، بلکه شعله با سرعتی خاص، از نقطه‌ی اولیه پخش می‌شه تا اینکه بالاخره تمام ظرف رو در بر بگیره. سرعت شعله در واقع نشون دهنده اینه که وقتی یک مولکول از سوخت با هوا واکنش میده، زمانی طول می‌کشه تا حرارت ناشی از این واکنش، مولکول بعدی رو بسوزونه.

اینکه شعله سریع پخش می‌شه یا کند، به عوامل مختلفی مربوطه؛ اما در این موضوع با مقدار سرعت شعله کاری نداریم… چیزی که در اینجا برای ما مهم هست فقط همینه: “شعله سرعتی داره که با همان سرعت در محفظه‌ی محلول سوخت و هوا پخش می‌شه.”

محفظه یا ظرف فیلم بالا یک محفظه‌ی بسته بود که هوای داخل آن در وضعیت ساکن قرار داشت. اما بیایید تصور کنیم اگر به جای این محفظه بسته، یک لوله (با جریان دائمی سوخت و هوا از پایین لوله به بالا) داشتیم چه اتفاقی می‌افتاد؟ اگر سرعت جریان داخل لوله از سرعت گسترش شعله بیشتر باشه چه اتفاقی می‌افته؟ پاسخ این سوال رو در فیلم زیر ببینید.

در فیلم دوم سه شعله آزمایشگاهی معمولی (چراغ بنزن) رو می‌بینیم. اگر سرعت خروج محلول هوا و گاز(متان) در این چراغ‌ها خیلی کمتر از سرعت شعله باشه، شعله به داخل لوله میره (درست همونطور که در فیلم اول به داخل ظرف شیشه‌ای رفت) به این حالت Flash Back گفته می‌شه.

حالت دوم وقتیه که سرعت جریان گاز و هوا خیلی بیشتر از سرعت شعله باشه. در این حالت سرعت جریان، جبهه‌ی شعله رو عقب می‌زنه و نه تنها مانع از ورود شعله به داخل لوله میشه، بلکه شعله رو از نوک لوله هم دور می‌کنه تا اینکه بالاخره شعله خاموش می‌شه. این حالت دقیقاً مثل خاموش کردن شعله با دمش (فوت کردن) است. این حالت هم با نام Blow Off شناخته می‌شه.

حالت سوم شعله هم حالتی بین دو وضعیت قبلیه. یعنی زمانی که سرعت جریان نه اونقدر کمه که شعله به داخل لوله کشیده بشه و نه اونقدر زیاده که شعله رو خاموش کنه. در این وضعیت سرعت شعله و جریان تقریباً برابر می‌شه و برای همین، شعله روی محل خاصی ثابت می‌مونه. این حالت سوم رو با عنوان شعله پایدار (Stable) می‌شناسیم.

جا داره بپرسید ارتباط این توضیحات با موتور هواپیما چیه؟ جواب بسیار سادست: محفظه احتراق، بخشی از موتور هواپیماست که در واقع مثل یک لوله است. جریانی از هوا (که سوخت داخل آن پاشیده شده) از سر محفظه به سمت انتهای آن در جریان است و باید شعله‌ای در داخل این محفظه به صورت پایدار در طول کل مدت پرواز روشن نگه داشته شود. بذارید خیالتون رو راحت کنم: سرعت جریان هوای داخل یک موتور توربینی هواپیما خیلی بیشتر از سرعت گسترش شعله است. یعنی اگر برای روشن نگه داشتن شعله فکری نکرده باشیم، در همون دقایق اول کار موتور، شعله دچار Blow Off میشه و موتور خاموش می‌شه. چاره‌ی جلوگیری از این مشکل چیه؟!

بیاید در یک کاربرد ساده دنبال جواب بگردیم: تا به حال به نقش فتیله در شمع دقت کردید؟ چرا شعله شمع بدون فتیله روشن نمی‌مونه؟ شکل زیر رو ببینید، وقتی شعله یک شمع در معرض جریان باد قرار بگیره به نظر میاد شعله برای نجات خودش از خاموش شدن به فتیله چنگ میزنه!

این تصور تا حدی درسته. سرعت سوختن بخار پارافین (ماده تشکیل دهنده شمع) بسیار کمه. به خاطر سرعت پایین این شعله، اگر فتیله نداشته باشیم، وجود کوچکترین جریان در هوای اطراف شمع، می‌تونه شعله‌اش رو خاموش کنه. (حالت Blow Off) وقتی یک جسم جامد در داخل شعله نگه داریم (مثل فتیله) این جسم جامد جلوی حرکت هوا رو می‌گیره و ناحیه‌ی بسیار کوچک کم سرعتی ایجاد می‌کنه و اجازه میده شعله در این ناحیه کوچک روشن بمونه. همین ناحیه‌ی کوچک کافیه تا جلوی Blow Off شعله رو بگیره و شعله روشن باقی بمونه. (مگر اینکه سرعت جریان بالادست خیلی بیشتر از توان فتیله باشه)

با توضیح بالا حق داریم فتیله‌ی شمع رو یک “شعله نگه دار” بدانیم. چرا که اگر این فتیله نبود جریان باد به سادگی می‌تونست شعله رو بشوره و خاموش کنه و این فتیله است که شعله رو در جای خودش نگه میداره.

خب به موتور هواپیما برگردیم… سرتون رو درد نمیارم! روشن ماندن شعله در موتور هواپیما هم نیازمند یک “شعله نگه دار” است. بدون شک نمی‌شه در موتور هواپیما از یک فتیله به عنوان شعله نگه دار استفاده کرد. به جای آن، سازه‌های فلزی با طراحی خاصی ساخته می‌شوند که در نگه داری شعله در سرعت‌های خیلی بالا بسیار کارآمد هستند.

شکل زیر اساس عملکرد این شعله نگه دارها رو نمایش میده.

در پایان بد نیست به تصویر زیر هم نگاهی داشته باشید: در این تصویر سه میله شعله نگه دار در جریان پر سزعت هوا قرار گرفته اند و همانطور که مشخص هست، شعله کاملاً در پشت این شعله نگه دار ها ثابت شده و بعد از آن گسترش پیدا می‌کنه.

 

 

اجزای موتور: محفظه احتراق (مقدمه)

در این بخش از طرح درس پیشرانش، تصمیم داریم با یکی از مهم ترین بخش های یک موتور جت هواتنفسی، یعنی محفظه احتراق آشنا بشیم.

در درس اول پیشرانش متوجه شدیم که وظیفه اصلی هر موتور هوایی، به عقب پرتاب کردن هواست تا مثل شناوری که برای پیش رفتن در آب، آب رو به سمت عقب خودش هل میده و جلو میره، هواپیما هم بتونه همین کار رو با کمک موتورش انجام بده و به سمت جلو پیش بره.

همونطور که در درس اول توضیح داده شد و لازم نیست دلایلش رو تکرار کنیم، برای این هدف لازمه همونطور که شناگر با نیروی عضلات دست و پا به آب انرژی میده، در هواپیما هم باید به هوای عبوری از موتور انرژی داده بشه. وظیفه ی محفظه احتراق در یک کلام همینه: “افزایش انرژی جریان هوایی که از داخل موتور میگذره” این افزایش انرژی به وسیله ی سوزاندن سوخت در این جریان هوا انجام میشه و به صورت افزایش دما و سرعت جریان هوا بروز پیدا میکنه.

خب، تمام وظیفه ی محفظه احتراق رو در نیم خط بیان کردیم و کار سختی نبود، اما ببینیم انجام این وظیفه همینقدر ساده است؟ در ادامه بعضی از تکنولوژی های استفاده شده در محفظه احتراق رو مرور می کنیم تا هم با دشواری های انجام این وظیفه آشنا بشیم و هم با زیبایی هاش.

برای ساخت یک محفظه احتراق کارآمد، موانع و چالش هایی وجود دارند که مهندسین طراح باید برای آنها چاره اندیشی کنند. شاید عجیب باشه، اما بخشی از مهمترین این چالش ها، موارد زیر هستند:

  1. مخلوط شدن سوخت و هوا
  2. روشن نگه داشتن شعله در جریان هوا
  3. خنک کاری دیواره

خب، مطمئناً عناوین این چالش ها کمی طنز هستند، و شاید باورتون نشه شرکت های بزرگ تولید کننده ی موتورهای جت، با چنین موضوعاتی دست و پنجه نرم می کنند. اما، در صنعت موتورهای توربینی، غلبه بر این مشکلات به ظاهر پیش پا افتاده موجب توسعه ی بخش مهمی از فن آوری های فوق پیشرفته و بعضاً هیجان انگیز پیشرانش بوده است.

در ۳ درس آتی پیشرانش، به بررسی هر یک از موارد بالا در محفظ احتراق میپردازیم.

 

 

 

صفحه 1 از 612345...قبلی »