المحركات النفاثة للطائرات الحديثة (الانواع والاستخدامات)

Proenginner

خـــــبراء المنتـــــدى
إنضم
3 أكتوبر 2011
المشاركات
1,819
التفاعل
3,783 2 0
المحركات النفاثة

تستخدم المحركات النفاثة في كل من الطائرات المدنية، الطائرات الحربية (المقاتلات)، الطائرات بدون طيار وكذلك في الصواريخ الكروز، وتتشابه معها محركات الصورايخ بنسب مختلفة من حيث المبدأ الا انها في كثير من الاحيان تحتاج الى مصدر مستقل للاكسيجين اللازم لعملية الاحتراق بخلاف محركات الطائرات التي تستخدم الاكسيجين الموجود في الجو.

المحركات النفاثة (Jet Engines) تدفع الطائرات بقوة هائلة وتعمل بمختلف انواعها بنفس المبدأ وتسمى احيانا ب (gas turbines) حيث يقوم المحرك بامتصاص او سحب (sucks) الهواء من الامام بواسطة المراوح (Fan) ثم يقوم الضاغط (compressor) بزيادة ضغط الهواء (pressure) ويتألف الضاغط من العديد من الشفرات (blades) متصلة بحوض المحرك (shaft) حيث تقوم الشفرات (blades) بالدوران بسرعات كبيرة (spin) لتخلق تيار (blast) هائل خلال انف المحرك (nozzle) في الجزء الخلفي من المحرك، وفي نفس الوقت تقوم شفرات اخرى (blades) تسمى التوربينات (turbine) متصلة ايضا بحوض المحرك (shaft) في القلب بضغط ودفع الهواء الساخن بنفس مبدا عمل شفرات ضاغط الهواء البارد ولكن تزيد عليها في ان تسخين الهواء بواسطة الحارق (Combustor) مما يؤدي الى تمدد حجم الهواء وزيادة ضغطه بشكل هائل مما يعطيه قدرة هائلة على الدفع (thrust) والذي يكون العامل الحاسم في قدرة المحرك ومقاومة الجاذبية (G force) والتسارع والقدرة على المناورة والسرعة القصوى، وقد يسأل سائل اذا لماذا لا تعتمد محركات الطائرات او المحركات النفاثة على الهواء الساخن المضغوط فقط ليعطي دفع اكبر والاجابه ان تيار الهواء البارد يساهم بنسبة في عملية الدفع (thrust) وفي نفس الوقت تبريد المحرك ولكن الاعتماد الاكبر في الدفع (thrust) يكون على الهواء الساخن المضغوط، وهذا رسم توضيحي لعملية سحب ودفع الهواء (الساخن والبارد) في المحرك النفاث (الهواء الساخن بالاسهم الحمراء والبارد بالاسهم الزرقاء)
engineanimated.GIF

يوجد انواع مختلفة من المحركات النفاثة (Jet Engines) ولكن قبل ان نخوض في انواعها المتشعبة والمختلفة دعونا نتعرف على مكونات المحرك النفاث الرئيسية بشكل عام.

(المراوح) Fan
The fan is the first component in a turbofan. The large spinning fan sucks in large quantities of air. Most blades of the fan are made of titanium. It then speeds this air up and splits it into two parts. One part continues through the "core" or center of the engine, where it is acted upon by the other engine components
The second part "bypasses" the core of the engine. It goes through a duct that surrounds the core to the back of the engine where it produces much of the force that propels the airplane forward. This cooler air helps to quiet the engine as well as adding thrust to the engine

(الضاغط) Compressor
The compressor is the first component in the engine core. The compressor is made up of fans with many blades and attached to a shaft. The compressor squeezes the air that enters it into progressively smaller areas, resulting in an increase in the air pressure. This results in an increase in the energy potential of the air. The squashed air is forced into the combustion chamber

(الحارق) Combustor
In the combustor the air is mixed with fuel and then ignited. There are as many as 20 nozzles to spray fuel into the airstream. The mixture of air and fuel catches fire. This provides a high temperature, high-energy airflow. The fuel burns with the oxygen in the compressed air, producing hot expanding gases. The inside of the combustor is often made of ceramic materials to provide a heat-resistant chamber. The heat can reach 2700°

(التوربينات) Turbine
The high-energy airflow coming out of the combustor goes into the turbine, causing the turbine blades to rotate. The turbines are linked by a shaft to turn the blades in the compressor and to spin the intake fan at the front. This rotation takes some energy from the high-energy flow that is used to drive the fan and the compressor. The gases produced in the combustion chamber move through the turbine and spin its blades. The turbines of the jet spin around thousands of times. They are fixed on shafts which have several sets of ball-bearing in between them

(الانف او الفوهة) Nozzle
The nozzle is the exhaust duct of the engine. This is the engine part which actually produces the thrust for the plane. The energy depleted airflow that passed the turbine, in addition to the colder air that bypassed the engine core, produces a force when exiting the nozzle that acts to propel the engine, and therefore the airplane, forward. The combination of the hot air and cold air are expelled and produce an exhaust, which causes a forward thrust. The nozzle may be preceded by a mixer, which combines the high temperature air coming from the engine core with the lower temperature air that was bypassed in the fan. The mixer helps to make the engine quieter​

engpartsclr.gif


وباذن الله نسهب في شرح انواع المحركات النفاثة وخواصها واستخدماتها وانوع الطائرات التي تستخدمها بقدر الامكان في المشاركات اللاحقة في هذا الموضوع او في مواضيع مستقلة حسب حجم المحتوى والمعتمد على ما يتيسر لنا من وقت.
 
التعديل الأخير:
لقد فتحت محركات الطائرات النفاثة في النصف الثاني من القرن العشرين آفاقا جديدة في مجال الطيران: فقد ساعدت على الطيران بسرعات تتجاوز سرعة الصوت، وخلق طائرات مع قدرات أعلى و أيضا جعلت من الممكن التحليق لمسافات طويلة. ويعتبر المحرك المروحي واحدا من أهم آليات القرن الماضي، على الرغم من مبدأ عمله البسيط.
التاريخ

أقلعت عن الارض أول طائرة ابتكرها الأخوين رايت بأنفسهم في عام 1903، كانت مجهزة بمحرك الاحتراق الداخلي مع المكابس. و قد ظل على مدى أربعين عاما هو المحرك الرئيسي المستخدم في الطائرات. ولكن خلال الحرب العالمية الثانية، أصبح من الواضح أن الطائرات المزودة بمحركات المكبس التقليدية اقتربت إلى نهايتها التكنولوجية سواء من حيث القوة أو السرعة. كان المحرك النفاث أحد البدائل.

وقد كان كونستانتين تشياكوفسكي هو أول من حوّل فكرة استخدام الدفع النفاث للتغلب على الجاذبية الأرضية إلى حقيقة عملية. مرة أخرى في عام 1903، عندما أطلق الأخوان رايت أول طائرة "فلاير 1"، وقد نشر آنذاك عالم روسي بحثا علميا يحمل عنوان "البحث في معدات الصاروخ الفضائي"، التي وضعت الأسس النظرية للدفع النفاث. نشرتها مجلة "الاستعراض العلمي" لقد أصبح بعدها في نظر الناس مجرد حالم و لم تؤخذ أفكاره على محمل الجد. استغرق تشياكوفسكي سنوات من العمل و حتى تغيير النظام السياسي، من أجل إثبات أنه على حق.

ومع ذلك ، شاء القدر أن تصبح دولة أخرى و هي ألمانيا البلد المنشأ للمحرك النفاث. لقد كان إنشاء المحرك النفاث في أواخر الثلاثينيات نوعا من الهواية لدى الشركات الألمانية. وتميزت في هذا المجال تقريبا جميع العلامات التجارية المعروفة حاليا: هنكل ، بي ام دبليو ، ودايملر بنز و حتى بورشه. حصدت شركة يونكرز الأمجاد الأساسية مع محركها النفاث المتسلسل 109-004 الأول في العالم، و تم به تزويد تعيين طائرة مي 262 النفاثة الأولى في العالم.

لم تصل الحلول الألمانية الرامية لمزيد من التطوير إلى أي مكان في العالم على الرغم من بدايتها الموفقة في إصدار الجيل الأول من الطائرات النفاثة، ولا حتى إلى الاتحاد السوفياتي.

لقد قام مصمم الطائرات الأسطوري آرخيب ليولكا في الاتحاد السوفياتي بتطوير المحركات التوربينية النفاثة المستخدمة في مجال الطيران، حيث حصل في نيسانأبريل عام 1940 على براءة اختراع لمخطط المحرك النفاث الخاص به، الذي لاقى اعترافا عالميا في وقت لاحق. لم يتلقى آرخيب ليولكا أي دعم من قيادة بلاده. فقد اقترحوا عليه منذ بداية الحرب العمل في مجال محركات دبابات. و لكن عندما بدأ الألمان إستخدام المحركات النفاثة، صدر أمر ينص على استئناف ليولكا العمل على تطوير المحرك النفاث محلي الصنع من طراز تي آر 1 على وجه السرعة.

بالفعل في شهر شباطفبراير عام 1947، كان أول اختبار للمحرك، و حلقت طائرة سو 11 النفاثة يوم 28 أيارمايو في رحلتها الأولى مع أول محرك محلي الصنع تي آر 1الذي قام بتطويره مكتب آيه إم التصميمي، و هو أحد الفروع الحالية لمؤسسة أوفا الإنتاجية لصناعة المحركات المدرجة في شركة المحركات المتحدة(أو دي كا).

مبدأ العمل
يعمل محرك التوربو النفاث على مبدأ المحرك الحراري التقليدي. يمكننا تعريف المحرك الحراري دون الخوض في تفاصيل قوانين الديناميكا الحرارية، بأنه آلة لتحويل الطاقة إلى عمل ميكانيكي. هذه الطاقة لديها ما يسمى جسم العمل الذي يستخدم الغاز أو البخار داخل غرفة الإحتراق الداخلي للآلة. تقوم الآلة عند تقليص جسم العمل بتوليد الطاقة، في حين، نحصل على العمل الميكانيكي المفيد أثناء توسعه لاحقا.

فمن هنا يمكننا القول أن العمل المنفق على ضغط الغاز يجب أن يكون دائما أقل من العمل الذي يولده الغاز أثناء التوسع. وإلا فلن ينتج أي جدوى من هذه العملية. وبالتالي، من المفترض تسخين الغاز قبل أو أثناء التوسع، كما كان من قبل ضغط بارد. نتيجة لذلك، ونظرا لتوسع طاقة التسخين سيؤدي إلى زيادة كبيرة و يمكن استخدام فائض الطاقة لإنتاج الأعمال الميكانيكية اللازمة. وهذا في الواقع مبدأ جميع المحركات النفاثة.

وبالتالي، يجب أن يحتوي أي محرك إحتراق حراري جهاز لضغط الغاز، و سخّان، وجهاز للتوسيع و التبريد. كل ذلك موجود في محركات التوربو النفاثة، بالإضافة إلى الضاغط، غرفة الاحتراق، التوربينات، و الهواء الجوي هو بمثابة غرفة التبريد.

جسم العمل – عندما يصل الهواء إلى الضاغط يدخل و ينضغط هناك. في الضاغط على المحور الدوار مثبتة عجلة التاج يوضع عليها ما يسمى "الريش الدوار". يقومون بدورهم بشفط الهواء الخارجي، و ضخه إلى داخل المحرك.

يدخل الهواء غرفة الاحتراق حيث يتم تسخينه وخلطه مع نواتج إحتراق (الكيروسين). تحيط غرفة إحتراق المحرك بالمحور الدوار بعد الضاغط على شكل حلقة مغلقة أو أنابيب منفصلة، والتي تسمى أنبوب اللهب. و يتم إيصال وقود الطائرات إلى أنابيب اللهب من خلال فتحات صغيرة خاصة.

يدخل جسم العمل الساخن من غرفة الاحتراق إلى التوربينات. وهو مشابه للضاغط ، لكنه يعمل، إذا جاز التعبير، في الاتجاه المعاكس . يقوم الغاز الساخن بتدويره على نفس مبدأ لعبة المروحة الهوائية للأطفال. مراحل عمل التوربينات ليست كثيرة إنما ثلاث أو أربع أطوار. هذه هي العقدة الأكثر تحميلا في المحرك. لدى المحرك النفاث سرعة عالية جدا تصل إلى 30 ألف دورة في الدقيقة. تصل درجة حرارة شعلة غرفة الاحتراق من 1100-1500 درجة مئوية. يتم توسيع الهواء، مما يؤدي إلى تحريك التوربينات و يعطيها جزءا من طاقتها .

بعد التوربينات – هناك الفوهة النفاثة، حيث يتسارع جسم العمل و يتدفق بسرعة أكبر من سرعة حركة الريح، و التي تخلق قوة الدفع في الطائرة .

أجيال المحركات النفاثة
على الرغم من عدم وجود تصنيف دقيق لأجيال المحركات النفاثة في الأساس، يمكننا وضع الخطوط العريضة لأنواع أساسية في مراحل مختلفة من تطور صناعة المحركات النفاثة.

فئة محركات الجيل الأول كانت المحركات الألمانية والإنكليزية خلال الحرب العالمية الثانية مثل محرك في كا 1 سوفياتي الصنع، والذي تم تثبيته على طائرات ميغ 15 الشهيرة و إيل 28، تو 14.

تختلف محركات التوربو النفاثة من الجيل الثاني احتمال وجود ضاغط محوري، و احتراق كمية الهواء القابل للتعديل. من بين الأمثلة المحرك السوفياتي آر 11 إف 2 إس لطائرات طراز ميغ 21 .

تتميز محركات، الجيل الثالث بزيادة نسبة الضغط، والذي تم تحقيقه من خلال زيادة مراحل الضاغط والتوربينات، و ظهور الالتفافية. و تعتبر هذه المحركات من الناحية الفنية هي الأكثر تطورا حتى يومنا هذا.

وقد أدى ظهور مواد جديدة ، إلى زيادة كبيرة في درجة حرارة تشغيل المحركات لخلق الجيل الرابع. بين هذه المحركات – المحرك محلي الصنع المبتكر آيه إل 31 من إنتاج شركة المحركات المتحدة لطائرات سوخوي سو 27 المقاتلة.
يبدأ اليوم في مصنع أوفا التابع لشركة المحركات المتحدة إنتاج محركات الجيل الخامس للطائرات. سيتم تثبيت الوحدات الجديدة على مقاتلات تي 50 (باك فا)، الذي يحل محل مقاتلات سوخوي سو 27. فإن محطة وحدات توليد الدفع الجديدة في تي 50 تتميز بسعة أكبر تجعل الطائرة أكثر قدرة على المناورة، و الأهم من ذلك سوف يفتح ذلك عهدا جديدا في صناعة الطيران المحلي.
 
عودة
أعلى