تاریخچه جواد عباسی 09153871322

 

موتور جت هواپیما که هواى داغ پرفشارى را تولید مى کرد توسط فرانک ویتل خلبان و مهندس هواپیماى انگلیسى اختراع شد و از این رو وى را پدر موتور جت مى نامند.

ویتل در سال 1907در شهر «کاونترى» به دنیا آمد. پدرش مکانیک بود. در سن 26 سالگى به عنوان خدمه پرواز در کران ول به نیروى هوایى سلطنتى انگلستان پیوست و در سال 1926با قبولى در معاینات پزشکى _ خلبانى به دانشکده نیروى هوایى سلطنتى راه یافت. او به عنوان یک خلبان بى پروا شهرتى بسزا به دست آورد و در سال 1928 تز فوق لیسانسش با عنوان «پیشرفت هاى آتى در طراحى هواپیما» که در آن راجع به امکان نفوذ راکت به هواپیما بحث شده بود را به رشته تحریر درآورد.


ویتل پس از فارغ التحصیلى از دانشکده نیروى هوایى سلطنتى، به اسکادران جنگى ملحق شد و در اوقات فراغتش به مطالعه درباره اصول طراحى موتور توربوجت مدرن مى پرداخت. یکى از اساتید پرواز که تحت تاثیر ایده او در زمینه هواپیماهاى ملخ دار قرار گرفته بود، او را به نیروى هوایى و یک کارخانه خصوصى مهندسى توربین معرفى کرد. پس از مدتى همه به این نتیجه رسیدند که عقاید و نظریات ویتل غیرعملى است. او در سال 1930ایده موتور جت را به صورت انحصارى به ثبت رساند و در سال 1936 با تاسیس کارخانه خصوصى «پاور جت» به ساخت و آزمایش اختراعش پرداخت.

در سال 1937 اولین موتور جت خود را بر روى زمین آزمایش کرد. تا آن زمان او همچنان از سرمایه و حمایت اندکى برخوردار بود. در 27 آگوست ،1939 «هانیکل اچ اى 178» که توسط «هانس یوخیم پابست فون اوهاین» آلمانى طراحى شده بود اولین پرواز موتور جت در تاریخ را به انجام رساند. مدل موتور جت آلمانى به صورت مستقل از تلاش هاى ویتل تکمیل شده بود.

یک هفته پس از پرواز «اچ اى 178»، جنگ جهانى دوم در اروپا آغاز شد. پروژه ویتل، فضایى دوباره براى تحقیق و آزمایش یافت. نیروى هوایى سفارش ساخت موتور جت جدیدى را به شرکت «پاور جت» داد و از شرکت هواپیمایى گلاستر خواستار تولید هواپیمایى آزمایشى با مشخصات یکسان به نام E28/39 شد.

در 15 مه ،1941 هواپیماى جت گلاستر ویتل E28/39 با موتور جت تکمیل شده توسط شرکت توربین انگلستان که تا آن روز به عقاید ویتل بى توجه بود، به پرواز درآمد.

هواپیماى ویتل در پروازهاى آزمایشى اولیه به خلبانى «گرى سایر» به سرعت 370مایل در ساعت در ارتفاع 25 هزار پایى رسید که سریع تر از هر هواپیماى ملخه اى تا آن زمان بود.

همچنان که شرکت هواپیمایى گلاستر در زمینه هواپیماهایى با موتور توربو جت براى جنگ تحقیق مى کردند، ویتل آمریکایى ها را در تکمیل موفقیت آمیز اولین نمونه موتور جت یارى مى داد.

کتاب وى با نام «جت، داستان یک پیشرو» در سال 1953 منتشر شد. او در سال 1977 استاد تحقیق آکادمى فنون و علوم هوایى آمریکا در آناپولیس مرى لند شد. وى در سال 1996در شهر مرى لند ایالت کلمبیا چشم از جهان فروبست.

نحوه کارکرد

انواع موتورهای جت

موتورهای جت به چند دسته اساسی تقسیم می شوند:

.توربوفن Turbo Fan

.توربوجت Turbo Jet

.توربوپراپ Turbo Prop

.پالس جت Pulse 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 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 کار 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 پس سوز، هواپیمای کنکورد Concorde ساخت مشترک آلمان، انگلیس و فرانسه است که به علت ایجاد آلودگی صوتی زیاد و مصرف سوخت بالا، بازنشست شد.

4- موتورهای پالس جت یا Pulse Jet

موتورهای پالس جت دارای توربین، کمپرسور، یا شفت نمی باشند و تنها قطعه متحرک البته در نوع دریچه دار، دریچه آن می باشد. در این گونه موتورها، ابتدا توده بزرگی از انفجار در داخل موتور صورت می پذیرد که سبب بسته ماندن دریچه می شود. چون تنها راه فرار هوا از موتور قسمت انتهای آن می باشد هوا به طرف آنجا هجوم می آورد.در نتیجه تر ک هوا، خلا یا حالت مکشی به وجود آمده که باعث باز شدن دریچه و ورود هوای تازه می شود. در این حالت، مقداری هوای محترق شده از خروج بازمانده و صرف تراکم و انفجار گاز تازه وارد می گردد و سیکل به همین ترتیب ادامه پیدا می کند.در نوع بدون دریچه، از یک خم برای ایفای نقش دریچه استفاده می شود که با انفجار گازها و بدلیل وجود این خم، کاهش فشار صورت گرفته و مقداری از گازهای خروجی باز می گردند به همین ترتیب سیکل ادامه داده می شود.

5- موتورهای رم جت یا Ram Jet:

موتورهای رم جت، هیچ قطعه ی متحرکی ندارند و در نگاه اول، مانند یک لوله توخالی به نظر می رسند که بیشتر در سرعت های مافوق صوت به کار می روند. موتورهای رم جت نیز مانند پالس جت، دارای توربین، کمپرسور یا ... نمی باشند استفاده از آنها به عنوان موتور دوم معمول است که بیشتر در موشکها به کار می روند. در این گونه موتورها، برای روشن شدن موتور ابتدا باید سرعت هوا به مقدار لازم برسد در صورت رخداد چنین حالتی، موتور جت به طور خودکار خود را روشن می کند. در موتور رم جت، هوا با سرعت زیاد وارد موتور شده و به علت سرعت بیش از حد، در قسمت دیفیوژر به خوبی کمپرس و متراکم شده و دما و فشار آن بسیار بالا می رود. در این حالت مخلوط هوا و سوخت منفجر گشته و با خروج از موتور، نیروی تراست بسیار زیادی را آزاد می کنند. این موتورها قدرت بسیار زیادی را دارا می باشند اما برای شروع پرواز و برخاست مناسب نمی باشند.


6- موتورهای اسکرم جت یا Scram Jet:


نام این موتورها از دو واژه Super Sonic و Combustion گرفته شده که به معنای انفجار در سرعت مافوق صوت است. این گونه موتور ها در سرعت های هایپر سونیک Hyper Sonic به کار می روند و طرز کار آنها بسیار مشابه موتورهای رم جت با تغییراتی می باشد. این نکته قابل توجه است که مشتعل ساختن مولکول های هوا در حالی که هوا با سرعت بالای 4 ماخ وارد موتور می گردد، مانند روشن کردن کبریت در گردباد تورنادو است! و از همین جا می توان درک کرد که چه تکنولوژی عظیمی در این لوله توخالی به کار گماشته شده است. شایان ذکر است که اولین هواپیمای دارای موتور سکرم جت، هواپیمای X-43 است که سرعت آن بالای 7 ماخ می باشد.

اجزای اصلی موتورهای جت:

1. کمپرسور:

کمپرسورها وظیفه متراکم کردن هوای ورودی را بر عهده دارند. کمپرسورها بر دو نوع هستند: 1- کمپرسورهای محوری 2- کمپرسورهای شعاعی یا گریز از مرکز. کمپرسورهای محوری که در اکثر موتورهای جت امروزی استفاده می شود، از چند طبقه فن یا پنکه به تعداد مشخص (دو یا بیشتر) تشکیل شده است که هرچه به سمت درون بیشتر پیش برویم، از زاویه پره های فن ها کاسته می شود و همچنین توسط همین تیغه ها یا پره ها، به سیال جهت حرکت داده شده و با کاهش زاویه پره ها، به فشار سیال یا هوا افزوده و از سرعتش کم شده و در نتیجه متراکم می گردد. اما در کمپرسورهای شعاعی یا گریز از مرکز، که بیشتر در موتورهای گازی ساده یا قدیمی کاربرد داشته است، در اصل هوا به یک مانع برخورد کرده و سپس توسط پره های آن به قسمت دیفیوژر یا کاهنده سرعت منحرف می شود که این فرآیند با ازدیاد فشار همراه است، در نتیجه هوا متراکم می گردد.


2- سیستم احتراق:

سیستم احتراق، شامل سوخت پاش، جرقه زن و اتاقک و لوله احتراق می گردد. فرآیند انفجار در درون لوله های احتراق صورت می پذیرد که این عمل با وارد شدن هوا به اتاقک و مخلوط شدن آن با سوخت سپس انفجار آن به وسیله شمع جرقه زن انجام می شود. انژکتور Injector وسیله است که با استفاده از نیروی موتور، سوخت را به پودر تبدیل می کند و حکمت این کار در بهتر مشتعل شدن در صورت تبدیل به پودر نهفته است. البته سوخت قبل از ورود به انژکتور، مقداری گرم شده تا برای احتراق آماده تر باشد. ابتدا انژکتور سوخت را روی هوای متراکم می پاشد و سپس این مخلوط آماده انفجار است که به وسیله شمع جرقه زن، این عمل صورت می گیرد.


3- سیستم توربین:

در اینجا، ابتدا هوای منفجر شده به پره های توربین برخورد کرده و نیروی لازم جهت گرداندن کمپرسور و مکش هوا برای سیکل بعدی تولید می شود که این نیرو به وسیله شفتی به کمپرسور انتقال داده شده و باعث حرکت آن می شود. قبل از توربین، استاتور توربین وجود دارد که برای تنظیم جهت حرکت سیال هوا برای ورود به قسمت توربین به کار می رود. توربین ها نیز به دو دسته محوری و شعاعی تقسیم می شوند که نوع محوری چند طبقه است. چون دمای کارکرد توربین بسیار بالا می باشد، در ساخت آن از آلیاژهای مخصوصی استفاده می شود.


4- سیستم خروج گازهای داغ:

این سیستم، در حقیقت تولید تراست واقعی را برای رانش هواپیما به جلو می کند و سهم اصلی را در تولید و توضیع فشار دارد. در مدل های متحرک، زاویه پره های شیپوره انتهایی موتور برای میزان کردن فشار قابل تنظیم است. گفتنی است سیستم پس سوز یا After Burner بعد از این بخش نصب می شود. به این قسمت، نازل Nozzle هم گفته می شود.

5- سیستم کشش برگردان یا Thrust Reversation System:

در سیستم کشش برگردان، به وسیله دریچه هایی، نیروی تراست موتور برعکس می شود، بدین صورت که خلبان در هنگام فرود نیروی برگردان را فعال ساخته و از آن به عنوان ترمز استفاده می کند، یعنی نیروی موتور در جهت عکس اعمال می شود. البته توضیح خود این سیستم و کلیه سیستم های دیگر هر یک می تواند به اندازه یک کتاب توضیحات تکمیلی نیاز داشته باشد اما در اینجا به ذکر همین نکات کوتاه و جزئی و اجمالی بسنده می شود. در صورت اظهار علاقه خوانندگان به چگونگی کار کرد این موتور ها مقالات بیشتر را در این زمینه شاهد خواهید بود. لازم به ذکر است که ساخت موتورهای جت به صورت خانگی هم امکان پذیر است و هم اکنون رواج بسیاری در بین جوانان علاقه مند به این علم دارد و یک چنین موتورهای جت دست سازی به طور گسترده ای در هواپیماهای مدل قدرتمند به کار گرفته می شوند.

انواع سوختهای هوایی و مشخصات فنی آنها

به طور کلی در ایران , سه نوع سوخت هوایی با عناوین زیر مورد استفاده قرار می گیرد:

    سوخت توربینی (Aviation Turbine Fuels)

    بنزین های هوایی (Aviation Gasoline)

    سیالهای افزایش دهنده قدرت موتور (Booster Fluids)

مهمترین سوختهای توربینی مورد استفاده در ایران که در موتور هواپیماهای جت توربین دار به کار گرفته میشوند , به سوختهای A.T.K یا JET A.1 و JP4 موسومند .

سوخت A.T.K:
از سوخت از برشهای مستقیم نفت خام به دست می آید و در ساخت آن معمولاٌ از نفت سفید تولیدی واحد ایزوماکس پالایشگاه (ISO Kerosine) استفاده میشود. نفت مذکور به دلیل درجه خلوص بالا (نداشتن گوگرد , مرکاپتانها) و اسیدیته پائین پس از ترکیب با مواد افزودنی مورد نیاز (Metal Deactivator , ASA3 , Anti Oxidant) مستقیماٌ قابل مصرف است .


سوخت JP4:
این سوخت نیز همانند سوخت A.T.K از برشهای مستقیم نفت خام حاصل می شود  و معمولاٌ از مخلوط کردن 30% از نفت آیزوماکس و حدود 70% از نفتهای مصرف شده در واحد یونیفایر به دست می آید (در بعضی مواقع به جای آن از H.S.R.G استفاده می شود) به منظور تنظیم فشار بخار این سوخت , ابتدا حدود 1% گاز C4  و دیگر مواد افزودنی مورد نیاز به آن اضافه شده و سپس به مصرف می رسد.



بنزین‌های هواپیمائی (Avaition Gasoline) :
بنزین هواپیمائی از جمله سوختهائی است که در هواپیماهای مجهز به موتورهای پیستونی از نوع رفت و برگشتی (Reciprocating) مورد استفاده قرار می‌گیرد . در بنزین های هواپیمائی کیفیت آرام سوزی . عدد اکتان بالا لزوماً باید ، درصد بیشتری از ترکیبات آن ، از پارافینهای شاخه‌ای تشکیل شده باشد ، زیرا وجود مقدار بیشتری از هیدروکربن‌های شاخه‌ای در بنزین هواپیمائی افزایش عدد اکتان و کاهش ضربه (Knocking) را موجب می‌شود.


سیالهای افزایش دهنده قدرت موتور:
یکی از سوختهایی که در هواپیما به هنگام برخواستن آن و نیاز موتور به قدرت بیشتر ، مورد استفاده قرار می‌گیرد ، سوختهای افزایش دهنده قدرت موتور است که یک نوع از آن به سوخت واترمتانول معروف است . در هواپیماهای نوع توربینی قدرت موتور مستقیماً به عواملی چون: مقدار وزنی سوخت ، هوای ورودی به توربین و محفظه احتراق بستگی دارد . لدا قدرت و توان موتور در هنگام برخاستن از زمین ، به دلیل درجه حرارت بالای محیط رو به کاهش می‌گذارد.

کنترل‌های لازم برای سوخت‌های هوایی:
ف_ * ل*_ ت رینگ ذرات آب در سوختهای هوایی به دلیل برودت ارتفاعات و پیدایش کریستالهای یخ منجر به انسداد مجاری عبور سوخت و حذف ذرات ناخواسته در سوخت که در دراز مدت و حتی در شرایط عادی موجب گرفتگی تدریجی لوله‌های حامل سوخت می‌شود . علاوه بر آلودگیهای ناشی از وجود ذرات خارجی و آب ، آلودگیهای دیگری هم سوختهای هوایی را تهدید می‌کند که اهم آنها آلودگی سوخت ناشی از سورفاکتانها و میکروارگانیسمها است. سورفاکتانها بر عملکرد ف_ * ل*_ ت رهای جدا کننده آب و میکروف_ * ل*_ ت رهای مسیر انقال سوخت اثرات مخرب داشته و در دراز مدت موجب اختلال و بسته شدن زودرس ف_ * ل*_ ت رهای مسیر انتقال سوخت در سیستم سوخترسانی خواهند شد. چنانچه سوخت هوایی برای مدت طولانی با آب و لجن کف مخازن در تماس باشد با در مخازن و تاسیسات غیر استاندارد ذخیره سازی و نگهداری شود ، شرایط مطلوب برای فعالیت انواع میکرو ارگانیسم ا جمله باکتریها و قارچهای می‌باشد و آنها پس از تکثیر و رشد کافی ، آلودگی میکروبی سوختهای هوایی را موجب خواهند شد .

انواع هواپیما از نظر نوع بال

از نظر نوع بال ، بطور کلی دو نوع هواپیما وجود دارد:

1. هواپیماهای با بال ثابت (Fixed wing Aircraft)
2. هواپیماهای با بال چرخنده (Rotary wing Aircraft)

نوع اول هواپیما و به نوع دوم هلیکوپتر یا چرخبال نام دارد. هواپیما‌ها عموما‌ دارای بال ثابت هستند و در طول پرواز بال نمی‌چرخد. ولی هلیکوپتر ، هواپیمائی است که بالش در حال پرواز به دور یک محور می‌چرخد.

انواع هواپیما از نظر دارا بودن سرنشین

از نظر دارا بودن سرنشین ، هواپیماها به دو گونه کلی تقسیم می‌گردند:

1. هواپیماهای با سرنشین (Manned Aircraft)
2. هواپیماهای بدون سرنشین (Unmanned Aircraft)

هواپیماهای بدون سرنشین شامل موشک هدایت شونده ( Missile ) ، موشک هدایت نشونده ( Rocket ) ، هواپیماهای کنترل از راه دور ( RPV یا Remote Piloted Vehicle ) و غیره می‌باشند.

انواع هواپیما از نظر چگالی

از نظر جرم حجمی هواپیماها به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:

• هواپیماهای سنگینتر از آزمایشهای مربوط به هوا (Heavier than Air Aircraft)
• هواپیماهای سبک‌تر از آزمایش‌های مربوط به هوا (Lighter than Air Aircraft)

نوع دوم شامل بالن (Balloon) ، کشتی هوائی (Air ship) و مانند اینهاست.

انواع هواپیمای مانوری

از نظر قدرت مانوری ، هواپیماها به چهار نوع مختلف تقسیم می‌کردند:

• هواپیماهای غیر مانوری (Normal (Non - Aerobatic) Aircraft)
• هواپیماهای نیمه مانوری (Utility (Semi - Aerobatic) Aircraft)
• هواپیماهای مانوری (Aerobatic Aircraft)
• هواپیماهای بسیار مانوری (High Maneuverability Aircraft)