کره گرفتن از آب
استفاده ي بهينه از هوا
چيزي که زياد است هوا. موتورهاي جت هم از همين هواي باد آورده براي ايجاد نيروي جلو برنده استفاده مي کنند. حجم زيادي از هوا به داخل موتور منتقل مي شود و تا حد امکان فشرده مي شود. سپس با انفجار مقداري سوخت در اين هواي فشرده شده، حجم آن را ناگهان افزايش مي دهند. اين هواي منفجر شده به بيرون هدايت مي شود و در نهايت عکس العمل ناشي از اين هدايت باعث جلو رفتن موتور جت و سازه ي متصل به آن مي شود. اینکه می گویند از آب کره می گیرند یکی از مصادیقش همین است.
برخي مدلهاي اين موتور جت روي هواپيماهاي مسافربري نصب مي شود اما برخي ديگر روي هلي کوپتر و حتي هواپيماهاي ملخي. ساختار همه ی این موتورها به صورت زیر است:
1- بخشي که هوا را فشرده مي کند (کمپرسور) "Compressor"
2- بخشي که هواي فشرده شده در آن منفجر مي شود (اتاق احتراق) "Combustion Chamber"
3- بخشي که از از سرعت گازهاي خروجي براي گرداندن کمپرسور استفاده مي کند (توربين) "Turbine"
اجازه بدهيد از معروف ترينشان يعني موتورهاي هواپيماهاي مسافربري شروع کنيم:
توجه: براي سادگي درک مطلب، در تمامي تصاوير ورودي موتور در سمت چپ تصوير قرار دارد. قسمت پره پره ی اول کمپرسور است، محفظه ی خالی بعدی اتاق احتراق است و قسمت پره پره ی بعدی توربین است.
اين موتورها از نوع "توربوفن" "Turbofan" هستند. يعني در جلوترين قسمت کمپرسور، چند مرحله ي کمپرسور با ابعادي بزرگتر از بدنه ي موتور مي چرخند و هوا را اندکي فشرده مي کنند و آن را از دور موتور به عقب مي فرستند. همين مقدار هواي نيمه فشرده شده، به کمک موتور جت اصلي مي آيد و مصرف سوخت اين نوع موتور را کاهش مي دهد.
تصوير بالا، موتور توربوفن "CF6" ساخت شرکت جنرال الکتريک است. مدلهاي مختلف اين موتور در بسياري از هواپيماهاي مسافربري غربي نظير "Boeing 747" استفاده مي شود. اين نوع موتورها را "موتورهاي توربوفن با نسبت کنار گذر بالا" "High by-pass Turbofan engines" مي نامند. به بيان ساده، مفهوم اين واژه اين است که اين موتورهاي داراي فن هاي بزرگي هستند.
مشکل موتورهاي توربوفن "High by-pass" اين است که فضاي بزرگي را اشغال مي کنند. به همين دليل هواپيماهاي تهاجمي نظامي از موتورهاي "Low by-pass" (نسبت کنار گذر پايين) استفاده مي کنند. تصوير زير موتور توربوفن "F100" ساخت شرکت پرت اند ويتني "Pratt & Whitney" را نشان مي دهد. اين موتور روي هواپيماهاي "F-15" نصب شده است و داراي پس سوز "Afterburner" مي باشد. مفهوم اين واژه در ادامه تشريح خواهد شد.
موتور ديگر "توربوجت" "Turbojet" نام دارد که امروز کمتر استفاده مي شود اما اولين نوع موتوري بود که ابداع شد و عمدتاً روي هواپيماهاي نظامي نصب مي شد. جمع جور بودن اين موتور مزيت اصلي اش بود. اين موتور همان موتور جت است که توصيف آن ارايه شد. نسلهاي اوليه ي هواپيماهاي مافوق صوت داراي موتور توربوجت بودند اما امروز تقريباً همه ي آنها داراي موتور توربوفن هستند. تصوير زير، موتور معروف "اوليمپوس" "Olympus" ساخت کارخانه ي رولزرويس است که روي هواپيماهاي مسافربري مافوق صوت "کنکورد" "Concorde" نصب شده است.
براي افزايش توان موتور، بخشي به عنوان "پس سوز" "Afterburner" به انتهاي موتور متصل مي شود که ممکن است طولش از خود موتور بيشتر باشد. پس سوز در تصوير موتور اوليمپوس به صورت يک استوانه ي نقره اي توخالي در انتهاي موتور (سمت راست) مشخص شده است. در اين بخش، سوخت در گازهاي داخل خروجي پاشيده مي شود. انفجار دوباره ي سوخت توان موتور را چندين برابر مي کند اما مصرف سوخت هم شديداً بالا مي رود. يکي از زيباترين جلوه هاي پس سوز، تشکيل الماسهاي شوک "Shock Diamonds" در خروجي موتور است. براي مطالعه ي بيشتر اين پديده اينجا را کليک کنيد.
هواپيماهاي نظامي معمولاً براي برخاستن و حين پرواز براي شکستن ديوار صوتي از پس سوز استفاده مي کنند. در موتورهاي جديد، خلبان بدون نياز به پس سوز مي تواند از ديوار صوتي را بشکند که به اين قابليت سوپر کروز "Super Cruise" مي گويند و من ترجمه ي قابل قبولي در فارسي براي آن پيدا نکردم.
در موتورهاي اوليه، امکان نصب پس سوز روي موتورهاي توربوفن وجود نداشت و براي پرواز مافوق صوت حتماً بايد از موتورهاي توربوجت استفاده مي شد. اما در حال حاضر موتورهاي توربوفن با توانايي پرواز مافوق صوت جزو لاينفک هواپيماهاي جديد شده اند.
موتور جتي که در هلي کوپترها استفاده مي شود توربوشفت "Turboshaft" و موتور جت هواپيماهاي ملخ دار توبوپراپ "Turboprop" نام دارد. اين دو نوع موتور از نظر قدرت پيش برنده نسبت به توربوفن و توربوجت ضعيف ترند. تنها بخشي از توان خروجي آنها به صورت عکس العمل باعث حرکت وسيله ي مورد نظر مي شود اما توان عمده ي آنها از طريق بخش توربين و جعبه دنده ي متصل به آن، صرف گرداندن ملخ مي شود. در تصاوير زير ابتدا موتور توربوشفت "Lycoming T53" درج شده که پيشران هليکوپتر "AH1" يا همان هليکوپتر معروف کبرا است.
اين هم تصويري زيبا از موتور توربوپراپ "PW150" که نيروي پيش برنده ي هواپيماي "Bombardier Q400" را تامين مي کند.
موتورهاي هواپيماهاي ملخي اوليه پيستوني بودند يعني درست مثل موتورهاي ماشين. موتورهاي پيستوني در ارتفاعات بالا افت زيادي در توان توليدي دارند و به علاوه از نظر توان توليدي با توجه به حجم و ابعادشان توان پايين تري نسبت به موتورهاي جت توليد مي کنند. بنابراين از نظر وزن و مصرف سوخت بسيار باصرفه تر است که يک موتور جت کوچک ملخ را بگرداند.
به دليل سرعت بالاي توربين، آن را مستقيماً به ملخ وصل نمي کنند بلکه يک جعبه دنده "Gearbox" سر راه آن قرار مي دهند. اين جعبه دنده حاوي چرخ دنده هايي است که سرعت را تا حد مورد نظر کاهش مي دهند. از نظر ظاهري، موتورهاي پيستوني بدنه اي بزرگتر دارند و عمدتاً اطراف توپي ملخ (قطعه ي مخروطي که پره ها به آن وصل مي شوند) يک فضاي خالي مشاهده مي شود که محل ورود هوا براي خنک کردن سيلندرها است. تصوير زير يک موتور پيستوني را نشان مي دهد.
و اين هم يک موتور توربوپراپ. دقت کنيد که در مقايسه با موتورپيستوني، فضاي کمتري در پشت ملخ وجود دارد.
سوال: حالا چه نيازي به هواپيماهاي ملخي وجود دارد؟
جواب: مصرف سوخت آنها بسيار پايين است. در برخي مسيرهاي هوايي کوتاه استفاده از هواپيما با موتور جت با توجه به هزينه ي تعمير و نگهداري و تعداد مسافرين توجيه اقتصادي ندارد. به علاوه، در برخی کاربردهاي نظامي نيز نياز چنداني به سرعت نيست و در اينجا استفاده از موتورهاي توربوپراپ سوخت کمتري را مصرف خواهد کرد.
خود موتور معمولاً هیچوقت مورد توجه قرار نمی گیرد: موتورهاي توربوشفت و توربوپراپ به دليل طراحي خاص وسايل استفاده کننده از اين نوع موتورها چندان جذابيتي براي مخاطب ندارند. کمتر مسافري است که به عوض نگاه کردن به مناظر ديگر چشم به موتور توربوفن هواپيما بدوزد.
شايد زيباترين جلوه ي موتورهاي هواپيما، خودشان را در هواپيماهاي نظامي تهاجمي نشان دهند زماني که با پس سوز کامل در حال بلند شدن باشند.
اگر شانس با شما يار باشد شايد در يکي از فرودگاههاي کشور زماني که در بيرون محوطه قرار داريد شاهد برخاستن يک هواپيماي نظامي باشيد. صدايي رعد آسا و به تمام معنا تکان دهنده که مثل صور اسرافيل بند بند تنت را تا عمق مي لرزاند، لحظه اي تو را ميخکوب خواهد کرد. انگار اين صدا، چون شمشيري آخته، تو را از حال جدا مي کند و زمان را براي تو متوقف مي سازد. آني، همه، منجمد مي شوند و تو شاهدي که چگونه مناظر پس زمينه در بازدم تنوره ي تفيده ي پس سوز، بي شکل و بي بعد ذوب مي شوند و دوباره شکل مي گيرند.
لحظاتي بعد، هواپيما، نقطه اي کوچک در دور دست است. زمان دوباره جاري مي شود. همه در اطراف تو فعاليتشان را از سر گرفته اند و تنها خاطره ي اين صدا در وجودت باقي مانده است.
مراجع
اين موتورها از نوع "توربوفن" "Turbofan" هستند. يعني در جلوترين قسمت کمپرسور، چند مرحله ي کمپرسور با ابعادي بزرگتر از بدنه ي موتور مي چرخند و هوا را اندکي فشرده مي کنند و آن را از دور موتور به عقب مي فرستند. همين مقدار هواي نيمه فشرده شده، به کمک موتور جت اصلي مي آيد و مصرف سوخت اين نوع موتور را کاهش مي دهد.
تصوير بالا، موتور توربوفن "CF6" ساخت شرکت جنرال الکتريک است. مدلهاي مختلف اين موتور در بسياري از هواپيماهاي مسافربري غربي نظير "Boeing 747" استفاده مي شود. اين نوع موتورها را "موتورهاي توربوفن با نسبت کنار گذر بالا" "High by-pass Turbofan engines" مي نامند. به بيان ساده، مفهوم اين واژه اين است که اين موتورهاي داراي فن هاي بزرگي هستند.
مشکل موتورهاي توربوفن "High by-pass" اين است که فضاي بزرگي را اشغال مي کنند. به همين دليل هواپيماهاي تهاجمي نظامي از موتورهاي "Low by-pass" (نسبت کنار گذر پايين) استفاده مي کنند. تصوير زير موتور توربوفن "F100" ساخت شرکت پرت اند ويتني "Pratt & Whitney" را نشان مي دهد. اين موتور روي هواپيماهاي "F-15" نصب شده است و داراي پس سوز "Afterburner" مي باشد. مفهوم اين واژه در ادامه تشريح خواهد شد.
موتور ديگر "توربوجت" "Turbojet" نام دارد که امروز کمتر استفاده مي شود اما اولين نوع موتوري بود که ابداع شد و عمدتاً روي هواپيماهاي نظامي نصب مي شد. جمع جور بودن اين موتور مزيت اصلي اش بود. اين موتور همان موتور جت است که توصيف آن ارايه شد. نسلهاي اوليه ي هواپيماهاي مافوق صوت داراي موتور توربوجت بودند اما امروز تقريباً همه ي آنها داراي موتور توربوفن هستند. تصوير زير، موتور معروف "اوليمپوس" "Olympus" ساخت کارخانه ي رولزرويس است که روي هواپيماهاي مسافربري مافوق صوت "کنکورد" "Concorde" نصب شده است.
براي افزايش توان موتور، بخشي به عنوان "پس سوز" "Afterburner" به انتهاي موتور متصل مي شود که ممکن است طولش از خود موتور بيشتر باشد. پس سوز در تصوير موتور اوليمپوس به صورت يک استوانه ي نقره اي توخالي در انتهاي موتور (سمت راست) مشخص شده است. در اين بخش، سوخت در گازهاي داخل خروجي پاشيده مي شود. انفجار دوباره ي سوخت توان موتور را چندين برابر مي کند اما مصرف سوخت هم شديداً بالا مي رود. يکي از زيباترين جلوه هاي پس سوز، تشکيل الماسهاي شوک "Shock Diamonds" در خروجي موتور است. براي مطالعه ي بيشتر اين پديده اينجا را کليک کنيد.
هواپيماهاي نظامي معمولاً براي برخاستن و حين پرواز براي شکستن ديوار صوتي از پس سوز استفاده مي کنند. در موتورهاي جديد، خلبان بدون نياز به پس سوز مي تواند از ديوار صوتي را بشکند که به اين قابليت سوپر کروز "Super Cruise" مي گويند و من ترجمه ي قابل قبولي در فارسي براي آن پيدا نکردم.
در موتورهاي اوليه، امکان نصب پس سوز روي موتورهاي توربوفن وجود نداشت و براي پرواز مافوق صوت حتماً بايد از موتورهاي توربوجت استفاده مي شد. اما در حال حاضر موتورهاي توربوفن با توانايي پرواز مافوق صوت جزو لاينفک هواپيماهاي جديد شده اند.
موتور جتي که در هلي کوپترها استفاده مي شود توربوشفت "Turboshaft" و موتور جت هواپيماهاي ملخ دار توبوپراپ "Turboprop" نام دارد. اين دو نوع موتور از نظر قدرت پيش برنده نسبت به توربوفن و توربوجت ضعيف ترند. تنها بخشي از توان خروجي آنها به صورت عکس العمل باعث حرکت وسيله ي مورد نظر مي شود اما توان عمده ي آنها از طريق بخش توربين و جعبه دنده ي متصل به آن، صرف گرداندن ملخ مي شود. در تصاوير زير ابتدا موتور توربوشفت "Lycoming T53" درج شده که پيشران هليکوپتر "AH1" يا همان هليکوپتر معروف کبرا است.
اين هم تصويري زيبا از موتور توربوپراپ "PW150" که نيروي پيش برنده ي هواپيماي "Bombardier Q400" را تامين مي کند.
موتورهاي هواپيماهاي ملخي اوليه پيستوني بودند يعني درست مثل موتورهاي ماشين. موتورهاي پيستوني در ارتفاعات بالا افت زيادي در توان توليدي دارند و به علاوه از نظر توان توليدي با توجه به حجم و ابعادشان توان پايين تري نسبت به موتورهاي جت توليد مي کنند. بنابراين از نظر وزن و مصرف سوخت بسيار باصرفه تر است که يک موتور جت کوچک ملخ را بگرداند.
به دليل سرعت بالاي توربين، آن را مستقيماً به ملخ وصل نمي کنند بلکه يک جعبه دنده "Gearbox" سر راه آن قرار مي دهند. اين جعبه دنده حاوي چرخ دنده هايي است که سرعت را تا حد مورد نظر کاهش مي دهند. از نظر ظاهري، موتورهاي پيستوني بدنه اي بزرگتر دارند و عمدتاً اطراف توپي ملخ (قطعه ي مخروطي که پره ها به آن وصل مي شوند) يک فضاي خالي مشاهده مي شود که محل ورود هوا براي خنک کردن سيلندرها است. تصوير زير يک موتور پيستوني را نشان مي دهد.
و اين هم يک موتور توربوپراپ. دقت کنيد که در مقايسه با موتورپيستوني، فضاي کمتري در پشت ملخ وجود دارد.
سوال: حالا چه نيازي به هواپيماهاي ملخي وجود دارد؟
جواب: مصرف سوخت آنها بسيار پايين است. در برخي مسيرهاي هوايي کوتاه استفاده از هواپيما با موتور جت با توجه به هزينه ي تعمير و نگهداري و تعداد مسافرين توجيه اقتصادي ندارد. به علاوه، در برخی کاربردهاي نظامي نيز نياز چنداني به سرعت نيست و در اينجا استفاده از موتورهاي توربوپراپ سوخت کمتري را مصرف خواهد کرد.
خود موتور معمولاً هیچوقت مورد توجه قرار نمی گیرد: موتورهاي توربوشفت و توربوپراپ به دليل طراحي خاص وسايل استفاده کننده از اين نوع موتورها چندان جذابيتي براي مخاطب ندارند. کمتر مسافري است که به عوض نگاه کردن به مناظر ديگر چشم به موتور توربوفن هواپيما بدوزد.
شايد زيباترين جلوه ي موتورهاي هواپيما، خودشان را در هواپيماهاي نظامي تهاجمي نشان دهند زماني که با پس سوز کامل در حال بلند شدن باشند.
اگر شانس با شما يار باشد شايد در يکي از فرودگاههاي کشور زماني که در بيرون محوطه قرار داريد شاهد برخاستن يک هواپيماي نظامي باشيد. صدايي رعد آسا و به تمام معنا تکان دهنده که مثل صور اسرافيل بند بند تنت را تا عمق مي لرزاند، لحظه اي تو را ميخکوب خواهد کرد. انگار اين صدا، چون شمشيري آخته، تو را از حال جدا مي کند و زمان را براي تو متوقف مي سازد. آني، همه، منجمد مي شوند و تو شاهدي که چگونه مناظر پس زمينه در بازدم تنوره ي تفيده ي پس سوز، بي شکل و بي بعد ذوب مي شوند و دوباره شکل مي گيرند.
لحظاتي بعد، هواپيما، نقطه اي کوچک در دور دست است. زمان دوباره جاري مي شود. همه در اطراف تو فعاليتشان را از سر گرفته اند و تنها خاطره ي اين صدا در وجودت باقي مانده است.
مراجع
*http://www.aircraftenginedesign.com/custom.html2.html
*http://www.flightglobal.com/airspace/media/aeroenginesjetcutaways/general-electric-ge-cf6-80c2-cutaway-5609.aspx
*http://www.defenseindustrydaily.com/523m-for-fadec-upgrades-to-f100-pw-220-jet-engines-03862/
*http://www.coroflot.com/public/individual_file.asp?individual_id=259658&portfolio_id=2179080
*http://www.cap-ny153.org/forcesthrust.htm
*www.airliners.net
*http://www.flightglobal.com/airspace/media/aeroenginesjetcutaways/general-electric-ge-cf6-80c2-cutaway-5609.aspx
*http://www.defenseindustrydaily.com/523m-for-fadec-upgrades-to-f100-pw-220-jet-engines-03862/
*http://www.coroflot.com/public/individual_file.asp?individual_id=259658&portfolio_id=2179080
*http://www.cap-ny153.org/forcesthrust.htm
*www.airliners.net
*******************
+ نوشته شده در چهارشنبه بیستم اردیبهشت ۱۳۹۱ ساعت توسط Ali Aminzadeh
|