آشنایی با انواع موتور هواپیما ؛ موتور مناسب هر هواپیما کدام است؟

به گزارش مستند حیات، هواپیماها انواع مختلفی دارند که هر یک از آنها برای کاربرد ویژه ای طراحی و ساخته شده اند. هواپیماهای نظامی و غیرنظامی به طور کلی از 6 مدل موتور استفاده می نمایند، در ادامه به انواع موتور هواپیما و طرز کارکردشان خواهیم پرداخت.

آشنایی با انواع موتور هواپیما ؛ موتور مناسب هر هواپیما کدام است؟

مستند حیات - علی محمدی: به طور کلی 6 مدل موتور هواپیما وجود دارد که از این تعداد 5 تا جت هستند و یکی نیز پیستونی است.

هر یک از انواع موتورهای هواگردها دارای مزایا و معایب خود است.

کاربران باید بسته به کاربری هواپیما، موتور مناسب را انتخاب نمایند.

در ادامه به معرفی و آنالیز موتورها خواهیم پرداخت.

تحقیقات روی موتورهای توربین گازی یا اصطلاحا جت ، تقریبا از سال 1903 آغاز شد.

موتورهای توربین گازی آنقدر قدرت دارند که هواپیما را به جلو برانند.

اولین موتور توربین گازی مخصوص هواپیما، نخست توسط شخصی به نام آگدیوس الینگ طراحی شد که یک مخترع نروژی بود.

از آن موقع به بعد تا پس از جنگ جهانی دوم، موتورهای جت نتوانستند جایگاهی پیدا نمایند.

اما امروزه این موتورها استفاده گسترده ای در صنعت هوانوردی دارند.

در ادامه انواع موتورها را معرفی خواهیم کرد.

1. موتور توربوپراپ (Turboprop)

موتور توربوپراپ یک پیشرانه توربین گازی است که شفت مرکزی آن با استفاده از گیربکس (چرخ دنده) به ملخ هواپیما متصل است.

گیربکس هواپیما نیرو را از شفت مرکزی موتور توربین گازی دریافت می نماید و سپس ملخ را می چرخاند.

در این موتورها، پیشرانه توربین گازی، نیروی رانش هواپیما را فراوری نمی نماید، بلکه نیروی لازم برای چرخش ملخ را فراوری می نماید و چرخیدن ملخ است که رانش لازم را به هواپیما می دهد.

موتورهای توربوپراپ مصرف سوخت پایینی دارند.

هواپیماهای مجهز به این نوع موتور می توانند با سرعتی بین 460 تا 920 کیلومتر بر ساعت پرواز نمایند.

این هواپیماها از نظر برد نیز در رده متوسط قرار می گیرند.

موتور توربوپراب رولزرویس

دو مشکل اصلی هواپیماهای توربوپراپ، یکی سرعت محدود این هواپیماها و دیگری احتمال خرابی گیربکس آنها است.

توربین گازی موتور توربوپراپ از محفظه احتراق، توربین و کمپرسور تشکیل شده است.

معمولا قطر پروانه در موتورهای توربوپراپ زیاد نیست.

اما ملخ آنها پره های زیادی دارد که این مساله باعث می گردد پایداری هواپیما در ارتفاع بالا بهتر گردد.

اولین هواپیمای توربوپراپ در سال 1938 در بوداپست ساخته شد.

این هواپیما در آگوست سال 1940 تست شد، ولی با آغاز جنگ جهانی، توسعه آن متوقف شد.

از مهم ترین هواپیماهای توربوپراپ می توان به لاکهید هرکولس C-130، آنتونوف 22، ایرباس A400، هواپیمای مسافری ATR-72 و P-3 اوریون اشاره نمود.

2. موتور توربوجت

مفهوم اولیه موتورهای توربوجت ساده است.

در این موتورها هوا از قسمت جلو وارد کمپرسور می گردد و سپس سوخت به آن اضافه و مشتعل می گردد.

سپس مرحله احتراق صورت می گیرد و دمای داخل موتور به حدود 1000 درجه می رسد.

این هوای داغ، قدرت کافی برای گرداندن توربین و کمپرسور را دارد.

فشار زیاد این هوا سپس از قسمت انتهایی موتور که نازل نام دارد، خارج می گردد و نیروی رانش بالایی فراوری می نماید.

معمولا یک سیستم با نام پس سوز (Afterburner) نیز در قسمت انتهایی موتور قرار گرفته است.

این سیستم از انژکتورهای سوخت تشکیل شده است که در بخش انتهایی موتور نصب شد ه اند.

این انژکتورها سوخت اضافی را به گازهای داغ خروجی از موتور اضافه می نمایند.

انژکتورها با این کار سبب افزایش نیروی تراست یا همان رانش می شوند.

سیستم پس سوز ، بیشتر در هواپیماهای نظامی دیده می گردد و دلیل اینکه موتور این هواپیماها در مقایسه با هواپیماهای غیر نظامی طول بیشتری دارد، وجود همین سیستم پس سوز است.

البته سیستم پس سوز، مصرف سوخت هواپیما را به شدت افزایش می دهد.

به همین دلیل خلبانان جنگی تنها در هنگام تیک آف (بلند شدن)، نبردهای هوایی نزدیک (داگ فایت) و هنگام حرکت با سرعت بیشتر از سرعت صوت، از پس سوز استفاده می نمایند.

موتورهای توربو جت معمولا در هواپیماهای جنگی استفاده می شوند و چندان برای هواپیماهای مسافری مناسب نیستند.

این موتورها مصرف سوخت و صدای زیادی دارند و همین آنها را تبدیل به گزینه ای نامطلوب برای هواپیماهای مسافری می نماید.

در این بین یک استثنا وجود دارد و آن هواپیمای کنکورد است.

قسمت های مختلف موتور توربوجت

ورودی هوا

ورودی هوا در جلویی ترین قسمت موتور توربوجت قرار گرفته است.

شاید ورودی هوا یک قطعه ساده و پیش پا افتاده به نظر برسد، ولی این بخش نقش بسیار مهمی در راندمان و کارایی موتور دارد.

نقش ورودی هوا راهنمایی کردن هوا به سمت پره های کمپرسور است.

یک ورودی هوای خوب و بهینه باید طوری طراحی گردد که هوای بیشتری را روانه ورودی موتور کند و از هدر رفتن جریان هوا جلوگیری کند.

در سرعت پایین، ورودی هوا باید از هدر رفتن هوا جلوگیری کند و در سرعت های خیلی بالا نیز باید از ورود هوای اضافی به موتور جلوگیری کند.

فارغ از اینکه هواپیما با چه سرعتی در حال پرواز است، هوای ورودی به موتور توربوجت همواره باید سرعتی زیر سرعت صوت داشته باشد.

وظیفه تنظیم سرعت این هوای ورودی، بر عهده ورودی هوا است.

محفظه احتراق

جادوی موتور جت از محفظه احتراق آغاز می گردد.

در این محفظه هوای فشرده با سوخت مخلوط می گردد.

سپس سوخت و هوای محترق شده به مرحله بعدی یعنی توربین می رود.

موتورهای توربوجت معمولا دارای احتراق فقیر هستند، چون برای خنک کردن آنها احتیاج است تا مقداری هوای اضافی وارد موتور گردد.

برای اطلاع بد نیست بدانید که احتراق فقیر به حالتی گفته می گردد که نسبت هوا به سوخت زیاد باشد.

این حالت در نقطه مقابل غنی سوزی قرار گرفته است.

در غنی سوزی، سوخت بیشتر است و نسبت هوا به سوخت کم تر می گردد.

کمپرسور

کار توربین در عقب موتور چرخاندن کمپرسور است.

کمپرسور هوای ورودی به موتور را فشرده می نماید.

کمپرسور از چند سری فن تشکیل شده است که پره های کوچکی دارند.

هوای ورودی به موتور با عبور از هر یک از مراحل کمپرسور فشرده تر می گردد.

اگزوز

مخلوط سوخت و هوا پس از سوخته شدن در محفظه احتراق، از اگزوز موتور خارج می شوند.

خروج این هوای داغ از اگزوز موتور جت باعث ایجاد نیروی تراست یا همان رانش می گردد.

توربین

درون موتور توربوجت یک سری فن قرار دارند که درست مانند یک ژنراتور بادی کار می نمایند.

نقش این فن ها دریافت انرژی از هوای پر فشار عبوری از موتور و انتقال آن به کمپرسور است.

پره های توربین نیز به شفت اصلی موتور متصل است و به همین دلیل با چرخیدن آنها، نیروی چرخشی به کمپرسور نیز منتقل می گردد.

مشاهده می کنید که موتورهای توربوجت چه طراحی فوق العاده ای دارند.

جت های نظامی و هواپیماهایی که سرعتی بالای سرعت صوت دارند، همگی از موتورهای توربوجت استفاده می نمایند.

از این هواپیماها می توان میگ 29، اف 14 تامکت، جنگنده های میراژ و … را نام برد.

3. موتور توربو شفت

موتور توربوشفت یک پیشرانه توربین گازی است که نحوه کار آن به موتور توربوپراپ شباهت زیادی دارد.

اما برخلاف موتور توربوپراپ، موتور توربو شفت، ملخ هواپیما را نمی چرخاند، بلکه در عوض نیروی آن به پروانه هلیکوپتر منتقل می گردد.

موتورهای توربوشفت طوری طراحی می شوند که سرعت مشخصی را برای پروانه هلیکوپتر فراهم نمایند.

یعنی اگر دور موتور نیز کاهش پیدا کند، سرعت چرخش پروانه هلیکوپتر می تواند ثابت باقی بماند.

موتورهای توربوشفت در هلیکوپترها کاربرد دارند.

تفاوت اصلی موتور توربوشفت با توربوجت در این است که موتور توربوشفت، به جای فراوری نیروی رانشی زیاد، گشتاور بیشتری فراوری می نماید تا به پروانه انتقال دهد.

شفت مرکزی این موتورها معمولا عظیم و ضخیم است.

این شفت به گیربکس هلیکوپتر متصل می گردد.

بیشتر قطعات موتور توربوشفت مانند موتور توربوجت هستند.

نیروی این موتور پس از انتقال به گیربکس به سمت روتور یا همان پروانه هلیکوپتر راهنمایی می گردد.

موتورهای توربوشفت سایز کوچک تری در مقایسه با موتورهای پیستونی دارند، ولی قدرت آنها بالاتر است.

یکی از نکات منفی در خصوص موتورهای توربوشفت پیچیدگی گیربکس آنها است.

پیچیدگی بالای گیربکس باعث می گردد تا احتمال خرابی آن نیز بالا باشد.

در موتور توربوشفت نیروی حاصل از احتراق گازها درون موتور توربین گازی به نیروی گشتاور چرخشی منتقل می گردد.

معمولا گیربکس این موتورها دور خروجی پایین تر از دور ورودی دارد.

4. موتور توربوفن

موتورهای توربوفن، نوعی از موتورهای جت هستند که یک فن عظیم در قسمت جلوی آنها قرار گرفته است.

در موتورهای توربوفن، بیشتر هوای ورودی از فن رد می گردد.

وجود این فن باعث می گردد هواپیما نیروی رانش بالایی در سرعت های پایین داشته باشد.

مزیت دیگر موتورهای توربوفن صدای کم تر آنها در مقایسه با توربوجت ها است.

همین مساله باعث شده است تا موتور توربوفن گزینه ای عالی برای هواپیماهای مسافری باشد.

در موتور توربوفن بخش کمی از هوای ورودی به محفظه احتراق وارد می گردد.

در این موتورها، بیشتر هوا از لایه بیرونی و از قسمت فن عبور می نماید.

یکی از مزایای مهم موتورهای توربوفن این است که می توانند با مصرف سوختی کم تر از موتور توربوجت، رانش بالاتری فراوری نمایند.

در تصویر زیر به خوبی می توانید موتور توربوفن و تفاوت آن با موتور توربوجت را مشاهده کنید.

موتورهای توربوفن؛ ترکیب توربوجت و توربوپراب

ساختار موتور توربوفن

به بیان دیگر موتور توربوفن را باید تلفیقی از موتور توربوجت و موتور توربوپراپ دانست.

طرز کار این موتور با موتور توربوجت یکی است، ولی مانند تربوپراپ ها از یک فن در جلو نیز استفاده می نماید.

هوای ورودی به موتور توربوجت دارای دو بخش است.

یک بخش آن به قسمت مرکزی موتور یعنی جایی که محفظه احتراق قرار گرفته است، وارد می گردد و بخش دیگر از قسمت بیرونی عبور می نماید و دیگر با سوخت تماسی ندارد.

همانطور که اشاره نمودیم موتورهای توربوفن مصرف سوخت کم تر و صدای کم تری از موتورهای توربوجت دارند.

با این وجود این موتورها دارای ایراداتی هم هستند.

موتورهای توربوفن در سرعت های خیلی بالا، راندمان پایینی دارند.

به همین دلیل معمولا سرعت پرواز هواپیماهایی که از موتور توربوفن استفاده می نمایند، از سرعت صوت عبور نمی نماید.

همچنین این موتورها به دلیل سایز عظیم تر، دارای وزن بیشتری از یک موتور توربوجت هستند.

جالب است بدانید هوای خروجی از قسمت مرکزی پیشرانه توربوفن، کم تر از 25 درصد رانش این موتورها را تشکیل می دهد.

بیش از 75 درصد نیروی رانش، توسط قسمت فن فراوری می گردد.

از هواپیماهایی که به موتور توربوفن مجهز هستند، می توان هواپیماهای ایرباس و بوئینگ، هواپیمای نظامی C-5، هواپیمای ترابری آنتونوف 124 روسلان و جت های تجاری مانند گلف استریم را نام برد.

5. موتور رم جت

موتورهای رم جت ساده ترین و سبک وزن ترین انواع موتور جت هستند.

در یک موتور رم جت هیچ قطعه متحرکی وجود ندارد.

طرز کار موتور رم جت دقیقا مانند موتور توربوجت است، با این تفاوت که دیگر خبری از قطعات متحرک و پره ها نیست.

در این موتورها، هوای ورودی توسط سرعت هواپیما تامین می گردد و دیگر کمپرسوری وجود ندارد.

با توجه به اینکه در موتور رم جت، ضریب تراکم هوای ورودی به موتور، به سرعت هواپیما وابسته است، عملکرد این موتورها تا حدودی محدودیت دارند.

همچنین برخلاف دیگر موتورهای جت، موتور رم جت نمی تواند روی زمین کار کند و هواپیما را به حرکت در آورد.

در حقیقت در سرعت زیر صوت، رانش موتور رم جت خیلی محدود است.

به همین دلیل برای آغاز حرکت هواگردهای مجهز به موتور رم جت، باید از بوسترهای راکتی استفاده گردد.

به دلیل محدودیت هایی که گفته شد، موتور رم جت در هواپیماها کاربرد چندانی ندارد و بیشتر مناسب موشک های راهنمایی شونده است.

برای مثال، بسیاری از موشک های کروز از موتور رم جت استفاده می نمایند.

البته هواپیماهای رادیو کنترلی مدل نیز وجود دارند که به موتور رم جت مجهز هستند.

اساس کار موتورهای رم جت بر پایه پدیده ای بنام Ram Effect است که در حقیقت همان فشرده شدن و تراکم خود به خود هوا در اثر حرکت یک وسیله با سرعت بسیار زیاد است.

این پدیده از سرعت های 500 کیلومتر بر ساعت به بالا خود را نشان می دهد و تا سرعت صوت و حتی سرعت های بالاتر از 3 ماخ به حداکثر بازدهی خود نمی رسد.

به همین دلیل است که در چنین سرعتی فشرده شدن هوا تا اندازه ای است که تراکم لازم برای عملکرد کامل موتور احتراق به وجود می آید و عملا دیگر احتیاجی به کمپرسور موتور و در پی آن توربین برای چرخاندن کمپرسور نخواهد بود.

از آنجایی که احتراق موتور در سرعت مافوق صوت مانند روشن کردن یک کبریت در گرباد است، برای ایجاد احتراق در موتورهای رمجت، قسمتی در ابتدای موتور به شکل یک شیء مخروطی با نام دفیوزر تعبیه شده است که وظیفه دارد با فراوری امواج ضربه ای، سرعت هوای ورودی به موتور را به زیر سرعت صوت برساند.

در اینجا مجددا پدیده رم افکت بروز پیدا نموده و انرژی جنبشی هوا تبدیل به فشار و حرارت بالا میگردد که این فشار و حرارت تراکم لازم برای احتراق را فراهم می آورد.

پس از این مرحله و ورود هوای فشرده به محفظه احتراق و ترکیب با سوخت و جرقه شمع، احتراق صورت می گیرد و در مرحله بعد وارد قسمت بسیار مهمی در موتورهای رم جت با نام Flame Holder یا شعله نگهدار می گردد که وظیفه مدیریت شعله های خروجی حاصل از احتراق را بر عهده دارد و در نهایت با خروج گازهای خروجی از قسمت انتهایی موتور، نیروی پیشران حاصل می گردد.

6.اسکرم جت

همانگونه که ذکر شد، موتورهای رم جت برای انجام عملیات احتراق احتیاجمند آن هستند تا سرعت هوای ورودی به زیر سرعت صوت تقلیل پیدا کند، اما گونه دیگری از این موتورها با نام Scramjet یا Supersonic Coumbustion RamJet وجود دارد که قابلیت انجام عمل احتراق در این موتورها در سرعت های بالاتر از صوت فراهم است.

دلیل این قابلیت استفاده از سوخت هیدروژن در این موتورها به دلیل دمای بالای کارکرد است که آن را قادر به کار کردن در سرعت های هایپرسونیک (بالای 5 ماخ) می سازد.

از جمله پرنده هایی که از این نمونه موتور استفاده می نمایند، هواپیمای بدون سرنشین و تحقیقاتی ناسا تحت عنوان X-43 است که در پروازهای آزمایشی خود توانسته به سرعت10 ماخ نیز دست پیدا کند.

7. موتور پیستونی

در هواپیماهای قدیمی مانند زمان جنگ جهانی، از موتورهای پیستونی در هواپیماها استفاده می شد.

موتورهای پیستونی درست مانند موتورهای مورد استفاده در خودروها هستند.

با این وجود، با آمدن موتورهای جت و افزایش سرعت هواپیماها، موتورهای پیستونی کم کم کنار گذاشته شدند و جای خود را به موتورهای توربوفن دادند.

اما هنوز هم در هواپیماهای کوچک و ارزان، از موتور پیستونی استفاده می گردد.

برای نمونه خیلی از هواپیماهای سسنا یا دایموند از موتور پیستونی استفاده می نمایند.

موتورهای پیستونی هواپیماها با موتورهای خودرو چند تفاوت عمده دارند.

اولین تفاوت وزن این موتورها است.

موتور اتومبیل برای استفاده در یک هواپیما، زیادی سنگین است.

ولی موتورهای پیستونی، در هواپیماها، از موادی ساخته می شوند که سبک وزن باشند.

همچنین موتور پیستونی هواپیما، دور موتور کم تری در مقایسه با موتور خودروها دارد.

برای نمونه، برخلاف پیشرانه خودروها، پیشرانه پیستونی هواپیماها نمی تواند تا 6 هزار یا 8 هزار دور بر دقیقه دور بگیرد.

موتور پیستونی در هواپیماها می تواند V شکل، تخت (باکسر)، رادیال یا روتاری باشد.

اما امروزه بیشتر موتورهای تخت هوادار دارند.

شرکت های سیروس، دایموند، سسنا و بیچ کرفت از شرکت هایی هستند که هواپیماهای پیستونی فراوری می نمایند.

منبع: aircraftcompare

منبع: بیت ران

به "آشنایی با انواع موتور هواپیما ؛ موتور مناسب هر هواپیما کدام است؟" امتیاز دهید

امتیاز دهید:

دیدگاه های مرتبط با "آشنایی با انواع موتور هواپیما ؛ موتور مناسب هر هواپیما کدام است؟"

* نظرتان را در مورد این مقاله با ما درمیان بگذارید