ساخت موتور جت

انواع موتور های جت

:موتور های جت از نظر عملکرد به دو دسته تقسيم می شوند:
1- موتور های جت با قطعات متحرک 
1-توربين گاز
2-توربو جت 
3-توربو فن 
4-توربو پراپ 
2- موتور های جت با قطعات ثابت
1- رم جت 
2- پالس جت 
3- پرشر جت
4- سکرم جت

1-توربین گاز
در حقیقت تمامی موتورهای جتی که دارای توربین هستند توربین گاز ناميده می شوند ولی اصطلاح توربو برای تولید برق است و برخی اوقات در طراحی و نحوه قرار گرفتن توربین ها و نازل با انواع دیگر موتور جت تفاوت همین گاز بیشتر به موتورهای جتی داده میشود که هدف استفاده از آنها تولید رانش نیست بلکه چرخاندن توربین و ایجاد نیروی مکانیکی است . در توربین های بخار برای چرخاندن توربینها ابتدا آب را توسط سوختهای فسیلی حرارت میدهند تا آب تبدیل به بخار شود و بخار سبب چرخش توربین میشود که این سیستم دارای ضعفهایی است از جمله حجیم بودن دستگاهها و تشکیلات نیروگاه ولی در توربین گاز مرحله ت بدیل آب به بخار حذف شده است و گاز های داغ خروجی که در توربین بخار هدر میشوند در این حالت مستقیما سبب چرخش توربین میگردد
موتورهای جت کلاً بر پایه ی موارد زیر کار می کنند: هوا از مدخل وارد موتور جت شدهو سپس با چرخاندن توربین نیروی لازم را برای مکش هوا برای سیکل بعدی آماده کرده وخود از مخرج خارج می شود. در این حالت فشار و سرعت هوای خروجی، بدون در نظر گرفتناستهلاک و اصطکاک، با سرعت و فشار هوای ورودی برابر است. سیکل کاری موتورهای جتپیوسته است، این بدین معناست که هنگامی که هوا وارد کمپرسور می گردد، به سوی توربینعقب موتور رفته و آن را نیز همراه با خروج خود به حرکت در می آورد، یعنی نیروی لازمبرای مکش در حقیقت به وسیله توربین انتهایی موتور تولید شده است و بدین گونه است کههمزمان با ورود هوا به کمپرسور، توربین نیز به وسیله نیروی تولید شده توسط سیکلقبلی 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 جهتادامه کارکرد موتور را فراهم می آورد. .

2- توربو جت 
توربو جتها از انواع متداول موتورهای جت هستند که در اکثرهواپیماهای جنگنده و پرنده هایی که با سرعتهای زیاد حرکت میکنند استفاده میگردد . در زیر به طرز کار موتور توربو جت میپردازیم 
موتورهای توربو جت، بیشتر بر نیروی تولیدی از گازهای خروجی اتکا دارند. درموتورهای توربوجت، ابتدا، هوا وارد کمپرسور شده و متراکم می گردد. اما چون این هوابا سرعت نسبتاً زیادی وارد موتور گردیده برای احتراق مناسب نمی باشد و بیشتر سوختمصرف شده، بدون اشتعال هدر می رود. به همین دلیل هوا به قسمت دیفیوژر یا همانکاهنده سرعت فرستاده می شود تا از سرعت آن کاسته شود. در دیفیوژر، ابتدا از سرعتهوا کاسته و بر دما و فشار آن افزوده می شود. سپس این هوای آماده برای احتراق، بهاتاقک احتراق فرستاده می شود. در اتاقک احتراق یا Combaustion Chamber، هوا ابتداوارد لوله احتراق گشته، با سوخت مخلوط شده سپس منفجر می گردد. قسمتی از نیروی حاصلهاز این انفجار صرف گرداندن توربین شده و مابقی برای تولید نیروی رانش به کار میرود. گاهی در هواپیماهای توربوجت، بعد از شیپوره خروجی یا نازل، قسمتی به نام پسسوز یا After Burner قرار می دهند که بر نیروی تراست می افزاید.
در بهترین حالت فشار ستون هوای داغی که از موتور خارج میگردد با فشار جو اطراف پرنده برابر است .

After Burner یا قسمت پس سوز چگونه کار می کند؟

هنگامی که گازهای خروجی ازموتور 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، بهطور قابل توجهی بر نیروی تراست می افزایند. البته استفاده از پس سوز فقط در شرایطاضطراری و شرایط جنگی مجاز است در غیر این صورت مجاز نیست در واقع این قسمت شبیه لوله ای است که صد ها سوراخ ریز دارد و تزریق سوخت از این سوراخ ها باعث انفجار گازهای داغ خروجی و افزایش بسیار زیاد تراست میشود که بهمراه آن افزایش صدا و مصرف سوخت بالا را خواهد داشت به همین دلیل فقط در هواپیماهای جنگنده این سیستم وجود دارد و فقط در شرایط اضطراری و فقط برای چند دقیقه میشود از آن استفاده کرد. تنها هواپیمای مسافربریبا سیستم پس سوز، هواپیمای کنکورد Concord ساخت مشترک آلمان، انگلیس و فرانسه استکه به علت ایجاد آلودگی صوتی زیاد و مصرف سوخت بالا، از کار برکنار شد.

3- توربوفن 
موتور های توربو فن در واقع دارای فرآیندی مابین دو موتور توربوجت و توربو پراپ هستند .در واقع موتور توربوفن همان توربوجت با یک ردیف کمپرسور اضافی بیرون از بدنه داخلی موتور است، تفاوت این موتور با موتور توربو پراپ در این نکته است که پنکه موتور توربوپراپ کاملا خارج از پوسته و بدنه موتور قرار دارد ولی در موتور توربوفن این پنکه کاملا در داخل پوسته موتور قرار دارد . از این نوع موتور جت برای سرعت های مادون صوت استفاده میگردد .توربوفن ها دارای بازدهی نسبی ز یادی هستند 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. بخشی از هوای ورودی توسط پنکه این موتور توسط داکتی و جدا از محفظه احتراق و توربین و لی در امتداد آنها به سمت نازل پیش برده میشود که در نهایت نیز به گاز های داغ تولیدی میپیوندد و بر نیروی ر انش تولیدی میافزاید . در زیر شکلی برش خورده از یک موتور توربو فن مشاهده میشود ولی داکت هدایت هوا در شکل مشخص نیست . 

4- توربو پراپ 
موتور جت توربو پراپ ، موتوری است ما بین موتور توربوفن و توربو جت . طرز کارکرد این موتور با توربو جت دقیقا همسان میباشد . پروانه بزرگ که به شفت اصلی متصل است نیروی رانش یا تراست تولید میکند نیروی تراست تولیدی پروانه همراه با نیروی رانش تولیدی توسط گازهای داغ خروجی نیروی رانش برآیند را تولید میکند، مزیت این موتور نسبت به دیگرموتورهای جت نیازهواپیما به باند کوتاهتر به دلیل افزایش سرعت هوای برخورد کننده به بال ها توسط ملخ و بهمراه آن افزایش تراست است ،این موتور برای سرعت های مادون صوت است . 


5-رم جت
رم جتها را توربین گازی به حساب نمی آورند زیرا این نوع از موتور جت دارای کمپرسور و توربین نمیباشد درواقع رم جت هیچگونه قطعه متحرکی نداردوچون همه موتور های جت برای کار نیاز به هوای فشرده دارند موتور رم جت اکثرا به عنوان موتور دوم مورد استفاده قرار میگیرد به اینصورت که هواپیما یا راکت در ابتدا توسط موتور اصلی خود به پرواز در میاید و پس از رسیدن به سرعت معین که میزان فشار و سرعت لازم هوای و رودی برای رم جت تامین گردید موتور رم جت خود را روشن میکند . رم جتها نسبت به انواع دیگر موتورهای جت تولید رانش بیشتری میکنند و بالاترین راندمان را دارند ولی برای شروع پرواز مناسب نمیباشند به همین علت فعلا کاربردی ندارند ولی کشور های زیادی روی این موتوربعلت سادگی،تولید ونگهداری ارزان برای پرنده های آینده کار میکنند.


6-پالس جت
پالس جتها یکی از انواع قدیمی موتور جت میباشند که بعضی اوقات بدلیل مشترکاتی با رم جت یکی شمرده میشوند . پالس جت ها همانند رم جت نه دارای کمپرسور هستند و نه دارای توربین ولی از نظر کار کرد تفاوت عمده ای دارند . موتورهای پالس جت در گذشته کاربرد داشتند و در هواپیما های قدیمی به عنوان پیشران استفاده میشدند مثل موشک کروزv-1 آلمان نازی؛ ولی هم اکنون استفاده چندانی در هواپیماهای بزرگ ندارند چراکه امروزه موتور های توربو جت با بازدهی بالا جایی برای انواع دیگر باقی نگذاشتند ولی به دلیل سیستم کارکرد جالبی که این موتور دارد به تشریح دونوع از این موتور میپردازیم . در موتورهای پالس جت به خصوص نوع دریچه دار عمل احتراق با فرض ایده آل حجم ثابت است . دقت شود که پالس جت ها بر خلاف رم جت ها در سرعت صفر نیز قابلیت استارت و کار آیی هستند . ( در مورد پالس جت ها این باور عمومی وجود دارد که حداکثر سرعت پرنده ای که با پیشران پالس جت حرکت میکند زیر 750 کیلومتر بر ساعت میباشد ) 


موشک کروز "وی 1" با موتور پالس جت

سیکل کارکرد پالس جت دریچه دار
احتراق 

در اين فاز احتراق سوخت منجر به تشكيل توده بزرگي از گرما و فشار ميشود فشار حاصل منجر به بسته ماندن شير يكطرفه كه در پشت هوا و سوخت محترق ميباشد ميگردددر نتيجه توده محترق بناچار فقط در مسيرمورد نظر ميتواند حركت كند

انفجار 

در اين مرحله سوخت و هواي منبسط شده از نازل خارج ميگرددو گازهاي داغ خروجي منجر به توليد نيروي رانش ميگردد 
سوخت گيری 

گازهاي داغ بدليل انعطاف پذيري و دارا بودن جرم تمايل به حفظ حركت خود به سمت نازل را دارند حتي اگر فشار داخل موتور كمتر فشار محيط باشد خروج اين گازها از محفظه احتراق موجب افت فشار در محفظه و باز شدن شير يكطرفه ميگردد و مقداري سوخت و هوا به اين محفظه وارد ميشود

فشردگی 

بدليل فشار كم موجود بين هوا و سوخت ورودي و گازهاي داغ خروجي مقداري از اين گازهاي داغ به محفظه احتراق باز ميگرددكه اين عمل موجت محترق شدن اين توده هوا و سوخت ميشود و سيكل به مرحله اول باز ميگردد 

:سیکل کارکرد پالس جت بدون دریچه
در پالس جت های بدون دریچه خمی که مابین محفظه احتراق و نازل قرار دارد دقیقا کاری را انجام میدهد که دریچه در نوع دریچه دار انجام میدهد .با وجود این خم در این ناحیه کاهش فشار ایجاد شده و مقداری از گاز های در حال خروج را به محفظه احتراق باز میگرداند .و بقیه مراحل دقیقا همانند نوع دریچه دار میباشد که در بالا توضیح داده شد .
 


7- پرشر جت 
اين موتور جت امروزه كاربردي در صنايع هوايي و به عنوان پيشران جت ندارد . اين موتور را ميتوان طرحي ابتدايي از موتور رم جت دانست . در اين پیشران جت سوخت از قسمت بالايي به داخل لوله اي چند تكه كه از بالا به پايين قطور تر ميگردد پاشيده ميشود و از قسمت بالایی و دهانه لوله و همچنین از فواصلي كه مابين اين لوله چند تكه وجود دارد هواي تازه وارد لوله شده و با سوخت مخلوط ميگردد . سپس مخلوط سوخت و هوا وارد محفظه احتراق شده و محترق ميگردند . براي گرم كردن سوخت پيش از عمل احتراق ، لوله سوخت رسان را در محفظه احتراق و بدور جدار داخلي آن ميپيچانند و به اين ترتيب سوخت گرما را از توده گاز داغ محترق شده دريافت ميكند و گرم ميشود ، به اين ترتيب عمل احتراق نيز با كيفيت بهتري انجام ميگردد. 

-8 موتورهای سکرم 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 گونهموتور ها در سرعت های هایپر سونیک Hyper Sonic به کار می روند و طرز کار آنها بسیارمشابه موتورهای رم جت با تغییراتی می باشد. این نکته قابل توجه است که مشتعل ساختنمولکول های هوا در حالی که هوا با سرعت بالای 4 ماخ وارد موتور می گردد، مانند روشنکردن کبریت در گردباد تورنادو است! و از همین جا می توان درک کرد که چه تکنولوژیعظیمی در این لوله توخالی به کار گماشته شده است. شایان ذکر است که اولین هواپیمایدارای 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 هوایورودی 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 امروزیاستفاده می شود، از چند طبقه فن یا پنکه به تعداد مشخص (دو یا بیشتر) تشکیل شده استکه هرچه به سمت درون بیشتر پیش برویم، از زاویه پره های فن ها کاسته می شود وهمچنین توسط همین تیغه ها یا پره ها، به سیال جهت حرکت داده شده و با کاهش زاویهپره 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 قدیمیکاربرد داشته است، در اصل هوا به یک مانع برخورد کرده و سپس توسط پره های آن بهقسمت دیفیوژر یا کاهنده سرعت منحرف می شود که این فرآیند با ازدیاد فشار همراه است،در نتیجه هوا متراکم می گردد. 

-2سیستم احتراق:

سیستم احتراق، شاملسوخت پاش، جرقه زن و اتاقک و لوله احتراق می گردد. فرآیند انفجار در درون لوله هایاحتراق صورت می پذیرد که این عمل با وارد شدن هوا به اتاقک و مخلوط شدن آن با سوختسپس انفجار آن به وسیله شمع جرقه زن انجام می شود. انژکتور Injector وسیله است کهبا استفاده از نیروی موتور، سوخت را به پودر تبدیل می کند و حکمت این کار در بهترمشتعل 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 هوایمتراکم می پاشد و سپس این مخلوط آماده انفجار است که به وسیله شمع جرقه زن، این عملصورت می گیرد. 

-3 سیستم توربین:

در اینجا، ابتدا هوای منفجر شده بهپره های توربین برخورد کرده و نیروی لازم جهت گرداندن کمپرسور و مکش هوا برای سیکلبعدی تولید می شود که این نیرو به وسیله میله (شفت)ی به کمپرسور انتقال داده شده وباعث حرکت آن می شود. قبل از توربین، استاتور توربین وجود دارد که برای تنظیم جهتحرکت سیال (هوا) برای ورود به قسمت توربین به کار می رود. توربین ها نیز به دو دستهمحوری و شعاعی تقسیم می شوند که نوع محوری چند طبقه است. چون دمای کارکرد توربینبسیار بالا می باشد، در ساخت آن از آلیاژهای مخصوصی استفاده می شود. 


-4سیستم خروج گازهای داغ:

این سیستم، در حقیقت تولید تراست واقعی را برایرانش هواپیما به جلو می کند و سهم اصلی را در تولید و توضیع فشار دارد. در مدل هایمتحرک، 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. 

سیستم های دیگر: سیستم کشش برگردان یا Thrust Reversation System: 

در سیستم کشش برگردان، به وسیله دریچه هایی، نیرویتراست موتور برعکس می شود، بدین صورت که خلبان در هنگام فرود نیروی برگردان را فعالساخته و از آن به عنوان ترمز استفاده می کند، یعنی نیروی موتور در جهت عکس اعمال میشود.