- إنضم
- 5 أبريل 2010
- المشاركات
- 29
- التفاعل
بسم الله الرحمن الرحيم
والحمدلله رب العالمين والصلاه والسلام علي اشرف المرسلين سيدنا محمد وعلي أله وصحبه اجمعين
تقديم
كثيرا مانتكلم في المناقشات عن انظمه تسليح الطائرات عن الصواريخ وطرق توجيهها , القنابل وكيف تقصف , الرادارات ومداها وفعاليتها , بود التحكم وماهيته
ولكن قليلا مانتكلم عن المحرك
هذا الشئ الذي يدفع الطائره الي الامام , عنصر اساسي في سرعتها او بطئها , دوره الكبير في تخفيض بصمتها الحراريه , مساهمته في عمل المناورات وفائدته في ال stall .
أولا :- ما هو الفرق بين محرك الطائرات التجاريه ومحرك المقاتلات ؟؟
ببساطه :- نستطيع ان نفهم بعض الفروق بين محركات الطائرات التجاريه والمقاتلات عندما نفكر في الفرق مثلا بين السيارات التجاريه وسيارات السباق :-
فالسيارات التجاريه تهتم بالتركيز علي اشياء مثل :-
1- كفاءة استخدام الوقود
2- امكانيه الاعتماد عليها
3- الهدوء
4- مستويات اقل من الانبعاث
نلاحظ ان مثل هذه الخصائص تبدوا غير مهمه في سيارات السباق فهي لا تركز علي كفاءه استخدام الوقود كما ان الانبعاثات منها عاليه وذات صوت مرتفع وتنشر الضوضاء
اذن ما الاشياء التي يركز عليها مصممي سيارات السباق ؟؟
نلاحظ انهم يركزون علي الاتي:-
1- خفه الوزن
2- انتاجيه اعلي من الطاقه
3- الاستجابه
ففي الطائرات التجاريه امكانيه الاعتماد عليها في المدي الطويل تعد الخاصيه رقم واحد ثم يأتي بعدها كفاءه استخدام الوقود ثم تقليل الضوضاء , كما اننا نجد ان معظم الطائرات التجاريه تستخدم محركات ال Turbofan ....
محركات ال Turbofan!!!! هذا مشوق وهذا يجرنا الي موضوع اخر :-
ثانيا :- ماهي انواع المحركات النفاثه ؟؟؟
مبدئيا هناك انواع متعدده من المحركات النفاثه والتالي سرد " لاهمها" :-
تنبيه:- بعض اسماء المحركات العربيه تم ترجمتها حرفيا لعدم ايجاد ترجمه لفظيه لها وللتسهيل وفي حاله وجوود اسماء مؤكده لدي بعض الاعضاء فليفيدنا بها وكان له الاجر من عند الله .
هذا جيد ولكن :- ما مفهوم كلا منهم ؟؟ مزاياه و عيوبه و مكوناته ؟؟
بدايه :- مفهوم محرك رد الفعل Reaction Engine :-
ولنأخذ محرك الارتكاس كمثال فهو محرك رد فعل . في محرك رد الفعل الغازات المتمدده تندفع بشده في اتجاه واجهه المحرك . يقوم محرك الارتكاس بأمتصاص الهواء الي الداخل وضغطه يتدفق الغاز من خلال التوربين ويجعله يدور . ترتد هذه الغازات الي الجزء الخلفي من العادم . فتؤمن دفع الطائره الي الامام .
أولا:- محركات الارتكاس" محركات التيربوجيت " Turbojet Engines :-
الفكره الرئيسيه لمحرك الارتكاس بسيطه
تخيل معي :- الهواء المسحوب الي داخل المحرك من خلال فتحه امامه تسمي ال Inlet يتم ضغطه من 3 الي 12 ضعف ضغطه العادي في " الضاغط " ال Compressor
يضاف الوقود الي الهواء ويتم حرقهم في "غرفه الاحتراق" Combustion Chamberلرفع درجه حراره الخليط المتدفق الي مدي من 1100 الي 1300 درجه فهرنهايت
ويتم تمرير الهواء الساخن الناتج من خلال توربين والذي بدوره يحرك الضاغط . نلاحظ :- اذا كان كلا من التوربين والضاغط يتسمان بالكفاءه . فأن الضغط في التوربين سيكون مايقارب ضعف الضغط الجوي . ويتم ارسال هذا الضغط الزائد الي الفوهه Nozzle لانتاج تيار عالي السرعه من الغاز والذي بدوره ينتج الدفع Thrust فتندفع الطائره الي الامام .
كما انه يمكن الحصول علي زيادات كبيره في الدفع عن طريق توظيف Afterburnerوالذي يعمل كغرفه احتراق ثانيه متمركزه بعد التوربين Turbine وقبل الفوهه Nozzle .
يقوم ال Afterburner بزياده درجه حراره الغاز المتجه الي الفوهه . ينتج عن هذا الارتفاع في درجه الحراره ارتفاع يقدر ب 40% في قوه الدفع عند الاقلاع وبنسبه اكبر اذا كانت الطائره في الهواء .
ومن هنا نلاحظ ان المكونات الرئيسيه لهذا المحرك تكمن في:-
1- فتحه ادخال الهواء Inlet
2- الضاغط Compressor
3- غرفه الاحتراقCombustion Chamber
4- التوربين Turbine
5- الفوهه Nozzle
مزاياه :- البساطه في التصميم .
عيوبه :- التصميم الرئيسي له يفتقد العديد من التحسينات سواء في الكفاءه او القوه .
ثانيا :- محرك الدفع التوربيني Turboprop Engine :-
محرك الدفع التوربيني هو محرك نفاث مرتبط ب" دافع " Propeller او " مروحه " وكما علمنا في محرك الارتكاس فأنه يتم تشغيل التوربين في الجزء الخلفي بواسطه الغاز الساخن والذي يقوم بدوره بتشغيل الدافع .
مثل محرك الارتكاس :- محرك الدفع التوربيني يتكون من ضاغط وغرفه احتراق وتوربينوكما اوضحنا فأن ضغط الهواء والغاز يشغلان التوربين والذي بدوره يقوم بتكوين الطاقه المطلوبه لتشغيل الضاغط .في هذه المحركات تولد 90% من قوه الدفع بواسطه الدافعPropeller و10% فقط بواسطه عادم الغازExhaust
بالمقارنه مع محرك الارتكاس :-
محرك الدفع التوربيني لديه كفاءه دفع افضل في الطيران بسرعات تقل عن 500 ميل في الساعه .
كما ان محركات الدفع التوربيني الحديثه ترتبط بدافعPropellerذو قطر صغير , ويحتوي علي عدد اكبر من الشفرات لزياده كفاءه العمليات عند سرعات طيراناعلي . مثل هذهالمحركات الحديثه والتي تستخدم هذا النوع من الدوافع يطلق عليها Propfans .
ثالثا:- المحركات التوربينيه المروحيه Turbofan Engine :-
يحتوي هذا المحرك علي مروحه كبيره في الامام والتي تقوم بأمتصاص الهواء للداخل .
معظم هذا الهواء يتدفق حول السطح الخارجي للمحرك . مما يجعله اكثر هدوءا ويعطي المزيد من قوه الدفع عند السرعات المنخفضه .
حوالي 75% او اكثر من قوه الدفع تكون من خلال المروحه اما ال 25% الباقيه فتكون من عادم الغاز .
" مقارنه سريعه "
في محرك الارتكاس :-
كل الهواء الداخل من فتحه ادخال الهواء يمر عبر مولد الغاز والذي يتألف من الضاغط وغرفه الاحتراق والتوربين .
اما في المحرك المروحي :-
جزء من الهواء الداخل من فتحه ادخال الهواءيمر عبر غرفه الاحتراق .
اما المتبقي فيمر من خلال مروحه او ضاغط ذو ضغط منخفض
ويتم اخراجه مباشره كعادم بارد .
او يتم خلطه مع عادم مولد الغاز لانتاج عادم ساخن .
والهدف من تجزئه تيار الهواء الي قسمين في المحرك المروحي هو :-
زياده قوه الدفع مع عدم زياده استهلاك الوقود .
ويتحقق ذلك من خلال زياده اجمالي تدفق الهواء وتقليل السرعه في وحدات امداد الطاقه " الوقود " .
مزاياه :-
1- كما ذكرنا :- اكثر هدوءا حتي مع زياده اجمالي تدفق الهواء وخفض سرعه امداد الوقود .
2- بروده درجه حراره العادم ." مساهمه مباشره في تخفيض البصمه الحراريه "
3- اكثر كفاءه وهدوء لمدي مناسب او مسافه مناسبه اثناء الطيران بسرعات دون مستوي الصوت .
عيوبه :-
1- اكثر تعقيدا حيث يحتاج الي انابيب اضافيه واعمده محركات عديده.
2- محرك ذو قطر ضخم.
3- يحتاج الي شفرات ثقيله.
4- السرعه القصوي محدوده نظرا لاحتمال تعرض المحرك لموجات صادمه من شأنها ان تتسبب في اضرار للمحرك .
رابعا :- محركات ال Turbo-Shaft Engines :-
شكل اخر من محركات الغاز التوربينيه والذي يعمل بطريقه تشبه كثيرا طريقه عمل محركات الدفع التوربيني Turboprop . لا يقوم المحرك بتشغيل دافع Propellerكما هو الحال في ال Turboprop بدلا من ذلك يقوم ال Turbo-shaft بتوفير الطاقه لمروحه الهيليكوبتر الدوارهHelicopter Rotor . صمم محرك ال Turbo-shaft بحيث تكون سرعه مروحه الهيليكوبتر الدواره مستقله عن سرعه دوران مولد الغاز . هذا يسمح لسرعه الHelicopterRotorان تبقي مستمره اي ثابته حتي عندما تختلف سرعه المولد لتعديل كميه الطاقه المنتجه .
وجه الاختلاف الرئيسي بين محرك الTurbo-Shaft ومحرك الارتكاس Turbojet :-
لاحظنا في محرك الارتكاس ان توسع وتمدد الغاز يتم ارساله الي الفوهه لانتاج تيار عالي السرعه من الغاز والذي بدوره ينتج الدفع .
علي العكس من ذلك يقوم محرك ال Turbo-Shaft :-
بأستخدام تمدد او توسع الغاز في تشغيل التوربين وليس لانتاج العادم كما في الارتكاس .
يستخدم هذا المحرك بكثره في المروحيات Helicopters .
مثال:- Aérospatiale Alouette II.
خامسا :- المحركات النفاثه بالوقود Ramjet Engines " محركات الدفع بالقوه " :-
اكثر المحركات النفاثه بساطة علي الاطلاق . فهو لا يحوي اجزاء متحركه . سرعه النفاثه " الطائره " تدفع الهواء الي داخل المحرك .
تتلخص فكره هذا المحرك في عباره واحده :-
الهواء الداخل يتم ضغطه بواسطه الهواء القادم !! كيف هذا ؟؟
كما ذكرنا في جميع المحركات الاخري يتم ضغط الهواء بواسطه الضاغط او ال Compressor . علي العكس عند دخول الهواء الي هذا المحرك فأن قوه دفع الطائره الي الامام تدفع بالهواء للقدوم بسرعه عاليه الي داخل المحرك فيقوم بضغط ماقبله .
فهو في الاساس محرك ارتكاس Turbojetتم اهمال دوران الالات فيه .
هذه المحركات :- يقتصر تطبيقها في ضوء حقيقه ان نسبه الضغط تعتمد كليه وبشكل كامل علي سرعه الدفع الي الامام .
هذا المحرك لا يولد قوه دفع ثابته
او يولد نسبه دفع قليله جدا تحت سرعه الصوت .
نتيجه لذلك :-
استخدام مثل هذه المحركاتيتطلبشكلا من أشكالالمساعدة علىالاقلاع . مثل طائره اخري .
يتم استخدام هذا المحرك بشكل رئيسي في نظم الصواريخ الموجهه Guided Missiles Systems ايضا مركبات الفضاء تستخدم مثل هذا النوع من المحركات .
مزاياه :-
1- الاجزاء المتحركه قليله جدا .
2- تصل سرعته من 0.8 ماخ الي +5 ماخ .
3- كفء عند السرعات العاليه " اكبر من 2 ماخ " . حيث اندفاع الطائره الي الامام سيؤدي الي زياده معدل ضغط الهواء .
4- اكثر المحركات النفاثه خفه علي الاطلاق .
عيوبه :-
1- كما ذكرنا :- لابد من وجود سرعه اقلاع عاليه لاستخدامه .
2- غير كفء عند السرعات المنخفضه حيث انخفاض سرعه اندفاع الطائره سيخفض معدل ضغط الهواء .
3- عاده ما يكون محدود في مدي قصير من السرعات .
4- الهواء الداخل الي المحرك لابد من تخفيض سرعته الي دون مستوي سرعه الصوت .
5- من الصعب الي حد ما اختباره .
6- من الصعب ابقاؤه مشتعل .
سادسا :- محركات ال Scramjet :-
بأختصار :-
محركات ال Scramjet هي مختصر لمحرك Ramjet يتم الاحتراق فيه عند سرعات اعلي من سرعه الصوت Supersonic
فالفرق بينهما يكمن في ان الاحتراق في محركات scramjet يحدث عند سرعات تفوق سرعه الصوت من خلال المحرك .
كفكره:- بسيط ميكانيكيا لكنه اكثر تعقيدا ديناميكيا . عاده يكون الهيدروجين هو الوقود المستخدم في هذا المحرك .
مزاياه :-
1- الاجزاء الميكانيكيه قليله .
2- من الممكن تشغيله عند سرعات ماخ عاليه جدا تصل من 8 ماخ الي 15 ماخ ويكون كفء عند هذه السرعات .
عيوبه :-
1- مازال هذا المحرك في مراحل التطوير حتي مع اعلان الولايات المتحده واستراليا عن رحله ناجحه له بسرعه 10 ماخ في 2007 .
2- يجب ان تكون سرعه البدأ عاليه جدا " اكبر من 6 ماخ "
3- مشاكل التبريد .
4- معدل الدفع الي الوزن منخفض " 2 تقريبا ".
5- صعوبات في الاختبار . لتسببه في اضرار لبدن الطائره.
6- ارتفاع تكلفته .
سابعا :- محركات النبض النفاثه Pulse-Jet Engines :-
الفكره بأختصار :- في مثل هذه المحركاتيتم ضغط الهواء بواسطه مجموعه من النوابض والصمامات تقع قبل غرفه الاحتراق.مثل محرك ال Ramjet فأنه يتم ضغط الهواء دون الحاجه الي ضاغط.بينما في محركات ال Ramjet يتم ضغط الهواء بأستمرار نجد في محركات النبض يتم ضغط الهواء وحرقه بشكل متقطع وليس بأستمرار. حيث يدخل الهواء الي الصمامات ويبدأ الاحتراق . وهذا يزيد من الضغط ثم تغلق الصمامات حتي تمنع تدفق الهواء الي الخلف .تتمدد الغازات من خلال الفوهه لانتاج الدفع . ويعود الضغط في غرفه الاحتراق الي النقطه الي تفتح عندها الصمامات لادخال الهواء ثانيه . وهكذا . وهناك بعض التصميمات لهذه المحركات تستخدم صمامات . عاده ما يكون الاحتراق فيها سريع deflagration
مزاياه:-
1- تصميم سهل للغايه.
2- شائع الاستخدام علي نماذج الطائرات او مايسمي بال Prototypes .
عيوبه :-
1- شديد الضوضاء .
2- غير كفء " معدل ضغط منخفض ".
3- يعمل بطريقه سيئه علي نطاق واسع .
4- تبلي الصمامات بسرعه في التصاميم ذات الصمامات .
مثال:-.Republic-Ford JB-2 Loon
ثامنا:- محركات النبض الانفجاري Pulse-Detonation Engines :-
تشبه محركات النبض النفاثه . عدا ان الاحتراق فيها يحدث كأنفجارDetonationبدلا من احتراق سريع مفاجئdeflagration.حيث يتم ادخال الهواء من ال Inlet التي تغذي عده انابيب انفجار " Detonation Tubes " . يتم تجزئه الوقود قبل انابيب الانفجار . ويجوز استخدام صمام دوار للسيطره علي توزيع الوقود في الانابيب المختلفه. وعندما يتم ملئ الانابيب بشحنات الانفجار . يتم الشروع فيه .
مزاياه :-
1- اكثر المحركات كفاءه نظريا .
عيوبه :-
1- مزعج بشكل كبير .
2- من الصعب بدأ الانفجار .
3- غير عملي للاستخدام الحالي .
تاسعا واخيرا :- محركات الصواريخ Rocket Engines :-
تقوم محركات الصواريخ بأستخدام قوه دفع هائله "كتله وقود هائله " مخزنه علي متنها لتشكيل دفع عالي السرعه .
هي محركات رد فعل . تكون الدفع اعتمادا علي قانون نيوتن الثالث نظرا لعدم حاجتها لمواد خارجيه لتشكيل الدفع .
مزاياه :-
1- الاجزاء المتحركه قليله جدا.
2- تصل سرعته الي +25 ماخ .
3- كفء عند السرعات العاليه " اكبر من 10 ماخ " .
4- العادم ذو سرعه عاليه جدا .
5- معد التكلفه الي قوه الدفع جيد .
6- سهل الاختبار الي حد ما .
عيوبه :-
1- يحتاج الي الكثير من الوقود .
2- الضغوط الحراريه العاليه لغرفه الاحتراق تنتج صعوبه اعاده الاستخدام .
3- تحتاج الي حمل المؤكسدات علي متنها ممايزيد المخاطر .
4- ضوضاء غير عاديه .
ما الدور الذي يلعبه المحرك في تخفيض البصمه الحراريه للطائره ؟؟
دعونا في البدايه نتفق علي ان المحرك ليس الجزء الوحيد الذي يجذب الصواريخ الحراريه . فهناك ايضا :-
1- انف الطائره Nose .
2- فتحات ادخال الهواء Inlets .
3- الحواف Leading Edges .
الا ان المحرك هو الجزء الرئيسي في الطائره الذي يركز عليه الصاروخ الحراري نظرا لانه اكثر الاجزاء حراره واشعاعا .
من السهل تفادي الصواريخ الحراريه في بعض الاحيان ببودات التشويش والمشاعل الحراريه ولكن للبصمه الحراريه دور ايضا .
فتخيل احدي طائرات الميج والتي تحتوي علي محركات مشعه وعاليه الحراره بشكل كبير بالطبع فأن الصاروخ سيتجه اليها مباشره . اما اذا تم تخفيض حراره المحرك وبالتالي بصمته الحراريه فسيعجز الصاروخ عن تتبعه في بعض الاحيان .
والسؤال الان :- كيف نخفض حراره المحرك وبالتالي بصمته الحراريه ؟؟
الحل يكمن في ادخال انظمه التبريد علي المحرك . انظمه التبريد نذكرها مع تعريف بسيط لكلا منها :-
اخيرا:- لماذا لا تستطيع الطائرات المقاتله ان تطير بشكل عامودي ؟؟؟؟؟؟!!
اولا:- تعريف التوقف " Stall " :-
هو انخفاض في معامل الرفع نتيجه زياده زاويه الهجوم .
وهذا يحدث عندما يتم تجاوز الزاويه الحرجه للهجوم .والتي تبلغ حوالي 15 درجه .
سريعا :- الدفع المولد من معظم محركات المقاتلات النفاثه ليس كافي لجعلها تطير بشكل عامودي . تستطيع المقاتلات ان تطير بشكل عامودي فقط اذا اكتسبت كلا من الدفع والسرعه المناسبين .
ولكن بمجرد اتجاهها للطيران عموديا تبدأ سرعتها في الانخفاض ويعجز المحرك عن توليد قوه دفع مناسبه للاستمرار وهنا يحدث الStall او " التوقف " .
وهنا تأتي اهميه معدل الدفع الي الوزن والذي تكلمنا عنه سابقا ؟؟ اكتساب المقاتله لمعدل دفع الي وزن مرتفع يمدها بالطاقه الكافيه لجعلها تسرع وتطير عموديا.
ولكن مع مرور الوقت , لن يكون لدي محركاتها الاكسجين الكافي لاستهلاكه مما يؤدي بها الي التوقف او ال " Stall " .
