موتور هاي جت(1)

موتورهای جت خود به چند دسته اساسی تقسیم می شوند:



توربوفن Turbo Fan



توربوجت Turbo Jet



توربوپراپ Turbo Prop



پالس جت Pulse Jet



پرشر جت Pressure Jet



رم جت Ram Jet



سکرام جت Scram Jet



در حقیقت، تمام موتورهای جت که توربین دارند، نوع پیشرفته تری از همان موتورهای توریبن 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 استهلاک و 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 کارکرد موتور را فراهم می آورد.



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 تراست 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 تراست را افزایش می دهد. تفاوت موتورهای توربوفن با توربوپراپ در این است که موتورهای توربوپراپ، فن یا ملخ ایجاد کننده تراستشان در خارج از پوسته موتور قرار گرفته اما در موتورهای توربوفن، ملخ یا فن تولید کننده تراست کاملاً در درون پوسته موتور قرار گرفته است.



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 Combaustion 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 تراست 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 تراست 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 سیستم پس سوز، هواپیمای کنکورد Concord ساخت مشترک آلمان، انگلیس و فرانسه است که به علت ایجاد آلودگی صوتی زیاد و مصرف سوخت بالا، از کار برکنار شد

موتورهای جت یکی از موتورهای حرارتی درون سوز است که شبیه موتورهای

پیستونی عمل تبدیل انرژی ها به یکدیگر در داخل موتور صورت گرفته وقدرت

تولید میکند. به طور خیلی ساده موتور جت را می توان مانند یک لوله دانست که

از یک طرف هوا وارد می شود سپس این هوا با مقداری سوخت ترکیب شده و

میسوزد وبالاخره به صورت گازهایی که دارای سرعت زیادی هستند از طرف

دیگر خارج می گردد.

درحقیقت با این کار به هوای عبوری از این لوله شتاب داده شده وچون دارای

جرم است پس یک نیرو در جهت عقب آن تولید می شود که طبق قانون سوم

نیوتن نیرویی مساوی ولی در جهت مخالف تولید میگردد که این نیرو را طبق

تعریف نیروی جلو برنده یا thrust می گویند.

اختلافی که موتورهای جت با موتورهای پیستونی هواپیما دارد این است که

ملخ در موتورهای پیستونی مقدار خیلی زیادی هوا را با شتاب کمی به عقب

فرستاده ونیروی جلو برنده تولید میکند اما در موتورهای جت مقدار کمی هوا را

با شتاب بیشتری به عقب موتور هدایت کرده و thrust تولید میکند.

کلمه jet به معنی عمل بیرون فرستادن سیالات از یک مجرای معین با سرعت

خیلی زیاد بوده وعکس العمل این کار jet reaction در حقیقت یک پدیده داخلی

است.
قبل از آنکه راجع به انواع موتور های جت بحث کنیم لازم است در مورد مجراهایی

که در این موتورها استفاده میشود ونقش مهمی در کار آنها وتولید thrust دارد اشاره

کرده وخواص آنها را بررسی کنیم.

این مجراها عبارت اند از:

1-مجرای همگرا convergent duct:

دهانه ورودی این مجرا بزرگ و دهانه خروجی آن کوچک است.هرگاه هوایی با فشار

وسرعت معین از آن عبور کند به مرور سرعتش زیاد شده وطبق قانون برنولی فشارش

کم می گردد. قانون برنولی میگوید:همیشه مجموع انرژی تولیدی توسط انرژی جنبشی

یک سیال وانرژی پتانسیل آن مقداری است ثابت.پس در حقیقت این مجرا انرژی پتانسیل

را به انرژی جنبشی تبدیل میکند .

2-مجرای واگرا divergent duct:

دهانه ورودی این مجرا تنگ ودهانه خروج آن بزرگ است.هرگاه هوایی با فشار

وسرعت معین از آن عبور کند به مرور سرعتش کم شده وطبق قانون برنولی

فشارش افزایش می یابد.مجراهای واگرا در جاهایی استفاده میشود که هدف

زیاد کردن فشار هوا و به منظور منظم کردن جریان هواو کاستن سرعت ان باشد.

ضمنا درجه حرارت هوای عبوری از این مجرا به مرور زیاد میشود.
 

انواع موتورهای جت:

موتورهای جت به دو دسته اصلی تقسیم میشوند:

1-موتورهای بدون قطعات گردان jet engines without rotating parts

همان طوریکه از اسم آنها پیداست هیچ قطعه گردانی نداشته وبه صورت لوله

آیرودینامیکی مخصوص ساخته شده اند.موتورهایی که دارای این مشخصات هستند

عبارت اند از:

1-رم جت ram jet engines

2-پالس جت pulse jet

3-راکت rocket

2- موتورهای جت با قطعات گردان jet engines with rotating parts

این موتورها دارای دو قطعه اصلی گردان هستند که یکی از آنها کمپرسور ودیگری

توربین است.

ضمنا جهت عمل ترکیب هوا وسوخت وسپس احتراق این مخلوط از یک یا چند محفظه

احتراق نیز استفاده می کنند.اینگونه موتورها که دارای توربین بوده واز انرژی حرارتی

گازها برای چرخاندن آن توربین استفاده می کنند به موتورهای gas turbine engine

معروف اند.
 

سیکل کاری موتور engine working cycle:

سیکل کاری موتورهای جت توربین دار شبیه موتورهای پیستونی چهار زمانه است.

با این تفاوت که در موتورهای جت عمل احتراق در فشار ثابت ولی در موتورهای پیستونی

در حجم ثابت انجام می شود.هر دو موتور شامل مراحل مکش- تراکم -احتراق وتخلیه است

که در موتورهای جت به طور دائم اتفاق می افتد.

عمل احتراق در موتورهای جت در فشار ثابت وبا زیاد شدن حجم انجام میگیرد بنابراین

به فشار ماکزیمم که در موتورهای پیستونی در مرحله تراکم ایجاد میشود دست نمی یابد

بدین دلیل است که محفظه های احتراق می تواند از جنس سبک ولی مقاوم در برابر

درجه حرارت زیاد ساخته شده و سوخت مورد استفاده آن اکتان کمتری داشته باشد چون

موتور جت یک موتور حرارتی است پس هر قدر درجه حرارت تولیدی در عمل احتراق بیشتر

باشد انبساط گازها بیشتر بوده ودر نتیجه قدرت موتور بیشتر میشود.

عوامل موثر در نیروی جلو برنده:

چون هواپیما در ارتفاعات مختلف وتحت شرایط گوناگون جوی پرواز میکند موتور آن تحت

تاثیر این شرایط قرار گرفته ودر نتیجه نیروی جلو برنده ای که به وجود می آورد متاثر از این

عوامل است.البته علاوه بر عوامل خارج از موتور در داخل موتور هم عواملی از قبیل نسبت

تراکم کمپرسور وقطر دهانه خروجی موتور بر نیروی جلو برنده اثرات زیادی دارند.

در این جا مهمترین عوامل موثر در نیروی جلو برنده را بیان می کنیم:

1-هرگاه مقدار هوای ورودی به موتور افزایش یابد کمپرسور با فشار بیشتری هوا را به سمت

محفظه ی احتراق فرستاده ودر آنجا پس از سوختن بیشتر منبسط می شود.در اثر این کار

سرعت گازهای خروجی از موتور افزایش یافته ونیروی جلو برنده نیز زیاد میشود.واضح است

که مقدار هوای ورودی بستگی مستقیمی به فشار هوا دارد که این خود به ارتفاع نیز بستگی

دارد.
 

قسمت های اصلی موتور جت:

1-مجرای ورودی هوا :

طرح مجرای ورودی هوا برای موتورهای جت توربین دار یکی از مهمترین فاکتورهاست که در

کارایی موتور نقش حساسی در بر خواهد داشت.به همین خاطر کوشش سازنده این مجرا

در این است که آنها را طوری بسازد که در شرایط مختلف پروازی اعم از سرعت های مختلف

هواپیما ارتفاعات و شرایط جوی گوناگون بتواند هوای کنترل شده مورد لزوم را از خود عبور داده

وتحت فشار معینی به سوی کمپرسور هدایت کند.

ساده ترین نوع این مجراها به موتورهایی اختصاص دارد که آنها را در قسمت دم هواپیما نصب

شده اند. به عنوان مثال هواپیماهایی مانند: داگلاسDC-8 و بوئینگ 707 و 727

معمولا مجرای ورودی هوا به صورت ساده نبوده واغلب به صورت divergent ساخته میشود

که ضمن کاهش سرعت هوای ورودی فشار آن را افزایش دهد.


مجرای ورودی برای سرعت های مافوق صوت به شکل همگرا و واگرا ساخته میشود

یعنی هوا با سرعت ما فوق صوت ابتدا وارد مجرای همگرا میشود در آنجا سرعتش کم

شده تا به سرعت صوت برسد سپس وارد مجرای واگرا شده و درآنجا باز هم سرعت کم و

فشارش افزایش می یابد. بدین ترتیب هوای ورودی به کمپرسور دارای سرعت کمتر از صوت

وفشار خیلی زیاد است...

نکته: کمپرسوری که بتواند هوای با سرعت مافوق صوت را متراکم کند ساخته نشده است..

بعضی از هواپیماهای مافوق صوت که امروزه ساخته شده است دارای مجرای ورودی متغیر

می باشد به دین صورت که این مجرا به صورت تقریبا ساده ودر سرعت های بیشتراز صوت

مجرا به صورت همگرا- واگرا در می آید..

به عنوان مثال هواپیماهای کنکورد که یک هواپیمای مافوق صوت است از این طرح استفاده

کرده است..


برای محافظت موتور از ورود اجسام خارجی. بعضی از آنها مجهز به یک شبکه توری

هستند که این شبکه در مجرای ورودی هوا نصب شده است. البته موتورهای مدرن

تر یا فاقد این شبکه ها بوده ویا در صورت داشتن موقعی که امکان ورود اجسام خارجی

کمتر یا اصلا نباشد توسط مکانیزمی جمع میشوند وفقط در مواقع لزوم از آنها استفاده می

کنند. علت استفاده نکردن از آنها امکان یخ زدگی این تورها در ارتفاعات ودر نتیجه بهم

زدن جریان منظم هوای ورودی است.

کمپرسور:

انرژی به دست آمده توسط عمل احتراق در موتورها بستگی مستقیمی به مقدار هوا و

میزان فشاری دارد که در موقع سوختن دارا است. هر قدر مخلوط هوا وبنزین در موتورهای

پیستونی وهوا در موتورهای جت فشرده تر باشد عمل احتراق. انرژی حرارتی بیشتری

تولید میکند. در موتورهای پیستونی تراکم هوا وبنزین توسط پیستون وقتی که به سمت

TDC می آید (در زمان تراکم) انجام شده ودر موتورهای جت تراکم هوا توسط کمپرسور

صورت میگیرد.
کمپرسور ها از نظر ساختمان ونحوه تراکم هوای عبوری از آنها به دو دسته تقسیم

میشوند:

1-کمپرسورهای دیسکی

2-کمپرسورهای تیغه ای

کمپرسور دیسکی:

این نوع کمپرسور دارای دیسکی است که بر روی آن تیغه هایی تراشیده شده به صورتی

که مجرای بین آنها واگرا است. جریان هوا در امتداد شعاع دیسک ودر جهت نیروی گریز از

مرکز میباشد.این دیسک که impeller نامیده میشود توسط یک محور shaft به توربین موتور

متصل وبا آن میچرخد.

در اثر چرخش دیسک. هوا از طریق مرکز آن به داخل تیغه ها مکیده میشود. زیرا مجرای

موجود بین دو تیغه مجاور هم به صورت واگرا است و هوا در حین عبور از بین آنها فشارش

زیاد و سرعتش کم میشود ولی با توجه به اینکه خود دیسک در حال چرخش است به این

هوا انرژی جنبشی داده و سرعت آن را نیز افزایش میدهد.

در نتیجه میتوان گفت وقتی هوا به نوک impeller برسد فشار و سرعتش نسبت به

هوای وروردی به آن افزایش می یابد.هوا پس از عبور از این قطعه وارد قسمت دیگری می

شود به نام diffuser این قسمت از تیغه های ثابتی تشکیل شده است که مجرای بین

آنها واگرا بوده و دور تا دور impeller قرار گرفته است.

در این قسمت مجددا فشارش زیاد شده و طبق قانون برنولی سرعت ان کم میشود. هوا

پس از عبور از diffuser از طریق مجراهایی به نام air adapters تحت زاویه ای معین به سمت

محفظه های احتراق هدایت می شود. به دلیل واگرا بودن این مجرا هوا فشرده تر شده و سرعت

آن کاهش می یابد که این خاصیت برای تولید انرژی حرارتی بیشتر در محفظه های احتراق

مفید است. تعداد این مجراها به اندازه تعداد محفظه های احتراق است.
 

کمپرسور تیغه ای:

هرگاه جهت جریان هوای عبوری از کمپرسور موازی شفت موتور باشد آن کمپرسور

جریان محوری axial flow به هوا داده و به کمپرسور تیغه ای معروف است. این کمپرسور

تشکیل شده است از چند ردیف تیغه های ثابت و گردنده که اولین ردیف آن مربوط به

تیغه های گردنده یا rotor blades است که معمولا بر روی محیط خارجی یک دیسک

سوار شده اند و ردیف دوم شامل تعدادی تیغه های ثابت یا stator blades است که

از داخل بر روی پوسته موتور نصب شده اند وهمین طور ردیف بعد. ردیف تیغه های گردنده

و سپس ردیف تیغه های ثابت به طوریکه از ابتدا تا انتهای کمپرسور یک در میان ردیف های

تیغه های گردنده وثابت قرار دارند.
 

طرز کار کمپرسور تیغه ای:

هوای ورودی به موتور پس از آنکه از مجرای ورودی هوا عبور کرد به کمپرسور به تیغه های

ثابتی می رسد که آنها را I.G.V گویند.

این تیغه ها تحت زاویه ای معین هوا رابه اولین stage کمپرسور که با تیغه های گردنده

شروع میشود هدایت می کنند هر تیغه I.G.V با چرخش جزئی محوری در محل خود

میتواند تغییر زاویه داده ودر شرایط مختلف کار موتور مقدار هوای ورودی به کمپرسور را

کنترل نماید...

البته چرخش این تیغه ها توسط مکانیزمی که هیدرولیکی عمل میکند انجام داده میشود.

چون مجرای ما بین دو تیغه مجاور هم از نوع rotor واگراست پس هوای عبوری از بین این

تیغه ها فشارش زیاد است. چون دیسکی که این تیغه ها بر روی آن سوار است با سرعت

زیادی در حال چرخش است اینکار انرژی جنبشی به هوا داده وسرعتش نیز زیاد می گردد.

پس از عبور از تیغه های گردنده هوا وارد تیغه های ثابت می شود در اینجا مجرای ما بین

تیغه ها واگراست وچون مجرا ثابت است فشار هوا مجددا زیاد شده ولی سرعتش کم می

شود.