المحركات النفاثة

k.g.b

صقور الدفاع
إنضم
30 يوليو 2008
المشاركات
3,736
التفاعل
252 0 0
بسم الله الرحمن الرحيم

المحركات النفاثة

تعريف
المحرك النفاث هو ينفث ( أو ) بسرعة فائقة لينتج دافعة اعتمادا على مبدأ . هذا التعريف الواسع للمحركات النفاثة يتضمن أيضا ، ، ، ، ، وأيضا . ولكن بالإستخدام الشائع فالمحرك النفاث يقصد به محرك بريتون لدورة الغازي أو اختصارا ، ويكون به مدعوم من دفع الهواء أو الماء له والطاقة المتبقية تنتج الدفع أو القوة الدافعة. ألف الناس بأن التوربين الغازي يعرف بأنه أحد التطبيقات المنفصلة عن المحرك نفاث، بدلا من القول وبطريقة أصح بأنه جزء من المحركات النفاثة التي هي ولكن لايظهر أي شكل من أشكال خارج المحرك.
المحركات النفاثة تستخدم بالأساس للطائرات ذات المدى الطويل, فالطائرات القديمة كانت تستخدم محرك توربين نفاث الذي لم يكن بذات الكفاءة المطلوبة مما حدا للطرز الحديثة من تلك الطائرات النفاثة باستخدام محركات توربين مروحي ذات تحويلة جانبية كبيرة مما ساعد على زيادة بالسرعة ومدى أطول وكفاءة أفضل لإستهلاك الوقود من غيرها من مركبات النقل. حتى أن كمية إستهلاك تلك المحركات النفاثة من الإستهلاك العالمي يبلغ 7.2% عام 2004
تاريخ المحركات النفاثة
تاريخ المحركات النفاثة يمكن أن تعود إلى الميلادي, عندما إخترع الإسكندري بسيط أسماه aeolipile ومعناه كرة إيولوس (إله الرياح عند الإغريق)، وهي تستخدم قوة من خلال فتحتين نفاثتين متعاكستين مما يجعلان الكرة تدور بسرعة شديدة حول محورها. كما هو معلوم هو بداية استخدام . بساطة الإمكانيات للتطبيقات العملية لاختراع هيرون لم يمكن التعرف على المحرك النفاث بالشكل المطلوب فكان مجرد فضول لاغير.
الدفع النفاث بدأ مجازيا مع ظهور عند بالقرن ال11, بدأت الصواريخ بطريقة متواضعة للاستعمال ثم تطور بسرعة ليصبح شكل من أشكال ولكن تلك توقفت ولم تتطور. عام العالم لاجاري حسن جلبي أقلع مع ماوصف بصاروخ مخروطي الشكل ونزل بأجنحة بهبوط رائع على الأرض مما كوفئ على ذلك بحصوله على منصب رفيع بالجيش العثماني, ولكن ذلك كان نوع من الألعاب البهلوانية لا أكثر.
المشكلة في أن تلك الصواريخ من بساطة الصنع أنها غير فعالة بالسرعات المنخفضة ولايمكن استخدامها . وعوض عن ذلك عام 1930 وبأشكاله المختلفة (القطر الثابت والقطر الدوار, المبرد بالماء أو بالهواء) وهو كان الشكل الوحيد المتوفر وكان مقبولا لإنخفاض كفاءة الطائرات ذاك الوقت, وهذا ماكان متوفرا.
لكن بدأ يعون أن محرك المكبس محدود القدرة في حالة الوصول للحد الأقصى من الأداء الذي يمكن الحصول عليه، والحد يكمن أساسا بكفاءة المروحة التي كما يرى أنها تصل الذروة القصوى عندما يقترب طرف من . فإذا أردنا تطوير وكذا فلابد للكفاءة أن تزداد وأن تتخطى الحواجز. فالطريقة هي تطوير تصاميم ، أو إنتاج شكل جديد ومختلف تماما من مكائن الطاقة، تلك قد تعدت مرحلة محرك وأنتجت ما يسمى بالمحرك النفاث، وهي الثورة الثانية في منذ الأولى
الاختبارات الاولى
المحاولات الأولى لمحركات نفاثة كانت التصاميم هجينة، حيث مصادر الطاقة تستخلص أولا بضغط الهواء ثم يخلط مع الوقود لعمل دفع نفاث للمحرك. وهي تسمى thermojet صممت بواسطة سكندو كامبيني, الهواء المضغوط عن طريق المروحة يقاد بواسطة محرك المكبس التقليدي. أمثلة من تلك الأنواع هو تصميم قديم لهنري كواندا لمحرك طائرته كواندا 1910, ثم كامبيني كابروني سي سي 2 عام 1940 والمحرك الياباني (Tsu-11) الذي يستخدم لطائرات اوكا حتى نهاية جميعهم لم يكن بذلك النجاح المطلوب وحتى الأخيرة سي سي2 كانت أبطأ من بعض التصاميم والمزودة بمحركات مع المراوح.
هو المفتاح العملي للمحرك النفاث، فهو يستخدم لاستخلاص الطاقة من المحرك نفسه لإدارة . أعطيت أول للتربين الثابت لجون باربر عام 1791. واول توربين غازي ذاتي الدفع كان قد صنع عام 1903 بواسطة المهندس النرويجي ايجيديوس ايلنج ثم أول براءة اختراع للدفع النفاث كان عام 1917. التوربين الغازي كان بدائيا حتى الثلاثينات من القرن الماضي, حيث محدودية التصميم وقلة الخبرة بالمعادن التي تدخل بصنع المحرك والمشاكل الحقيقية كانت بالأمان ووزن المحرك ومدى القدرة على الإعتماد عليه ومن ثم تمكنها بإستمرارية العمل.
في عام 1923 كتب ادجار بكنجهام من المكتب الوطني الأمريكي للمقاييس تقريرا شكك فيه أن المحرك النفاث يمكنه اقتصاديا أن ينافس الطائرات ذات المراوح بالإرتفاعات أو السرعات المنخفضة وقال فيه:" أنه لايوجد فرصة حاليا تمكن المحركات ذات المراوح النفاثة من النوع الحالي أن تكون عملية وفعالة حتى بالمجال العسكري

تنافس بريطانيا وألمانيا

عام 1929 قدم المتدرب بالطيران أفكاره عن التوربين النفاث turbo-jet بشكل رسمي إلى رؤسائه، بعدها بسنة قدم فاعتمدت عام 1932. اختراعه يظهر ذو مرحلتين يغذي أحادي الطرف, كان يركز على أبسط ضاغط بالطرد المركزي فقط، فعمل أول محرك بوقود سائل عام 1937 ويحتوي على مضخة خاصة به، صعق فريق وتل عندما لم يتوقف المحرك حتى عندما منع الوقود عنه, فتبين أن الوقود يتسرب داخل المحرك ولم يتوقف حتى احترق جميع الوقود الذي بداخله، لذلك لم يستطع وتل أن يقنع الحكومة بجدوى اختراعه وهكذا استمر تطوير المحرك النفاث بوتيرة بطيئة

في عام 1935 بدأ العمل بتصميم مشابه ، المحرك التجريبي الأول كان أكثر تكاملا ويعمل بطاقة خارجية، واستطاع اثبات المفهوم الأساسي للمحرك. بعد ذلك قابل أحد كبار مصنعي الطائرات ذاك الوقت وأراه التصميم الموعود للمحرك. وقد كان هنكل للتو اشترى مصنع هيرث للمحركات فخصص قسما خاصا لأوهين ومسؤول الميكانيك ماكس هان اللذان شرعا بانتاج وتشغيل الطراز الأول لمحركات HeS 1 في سبتمبر مستخدما كوقود ويضخ تحت ضغط خارجي. التصاميم اللاحقة HeS 3 بقدرة (5 كيلونيوتن) استخدمت ، وجهز أحداهن لطائرة تجريبية اسمها He 178 طار بها الطيار ايريك وارسيز في صباح 27 اغسطس وكانت تلك أول بمحرك نفاث كما بالصورة

ويرى المراوح الثابتة والمتحركة



نظام مطور للعمود الرئيسي للمحرك النفاث



محرك مروحي نفاث ذو تحويلة كبيرة للهواء حول المحرك high bypass


لكن محدودية التقنية المعطاة عن سرعة العمود الدوار للمحرك shaft speed of the engine، فالضاغط يحتاج إلى قطر كبير حتى ينتج الطاقة المطلوبة, وهذا يعني أن المحركات تحتاج واجهة أمامية كبيرة نوعا ما، وهذا غير مفيد لقدرة الطائرة حيث سيزداد الاحتكاك، وأيضا مجرى الهواء سينحني عكسيا خلال مقطع الإحتراق ثم التوربين ومن ثم مجرى الذيل, يجعل الأمر أكثر تعقيدا وأقل كفاءة، ومع ذلك فمحركات ويتل لها مزايا مهمة كخفة الوزن وبساطة التصنيع والقدرة على الإعتماد عليها، وقد تطورت بسرعة لتواكب التصميمات الصالحة لل . انسيلم فرانز من شركة جنكر الألمانية حل تلك المشكلات بعرضه . بالأساس هو محرك توربين ولكن معكوس, فالهواء ينفخ بقوة من الأمام نحو مؤخرة المحرك عن طريق منصة المراوح او قنوات التقارب، حيث تكون قد تبددت أمام مجموعة مراوح ثابتة قنوات التباعد، تلك العملية ليست بقوة ، لذلك وضع عدد من تلك المراوح الثابتة والمتحركة بالتسلسل للحصول على المطلوب، ومع تلك الإضافات المعقدة فإن قطر المحرك ظل صغير نوعا ما وهو المطلوب مما يعطي ديناميكية أفضل للطائرة فسمى المحرك بجامو 004 Jumo 004، وبعد حل الكثير من الإشكالات الفنية فقد تم انتاج الكثير من تلك المحركات ابتداءا من 1944 وجهزت على طائرات وهي أول ، ثم جهزت لأول طائرة قاذفة قنابل نفاثة. هناك عدة عوامل تعمدت تأخير توفير تلك المحركات وهذا التعطيل أخر المقاتلات الألمانية لوقف الضربات القاتلة على أواخر ، وبعد الحرب أخذ المنتصرون تلك إليهم وعملوا بها وطوروها للطائرات النفاثة لدى و . مايستفاد من إرث محركات الدفق المحوري هو بالواقع أن جميع المحركات النفاثة على الطائرات ثابتة الأجنحة قد استلهمت من ذلك التصميم الأم.
انواع المحركات النفاثة
محرك التوربين النفاث
محرك هو ويستخدم ل . يشفط الهواء خلال مدخل المحرك إلى داخل ال ثم يضغطه, وخلال مراحل من الضغط الشديد يدخل إلى . بتلك الغرفة يخلط الوقود مع الهواء المضغوط بين دوامة من مقابض اللهب. تلك ترفع وحجم الهواء بسرعة ملحوظة, الغازات الحارة من عملية الإحتراق تخرج من بقوة إلى حيث تنزع منها طاقة لتشغيل . عملية التمدد الحراري تلك تخفض درجة حرارة و , ولكن طالما هناك وقود فسوف تبقى درجة الحرارة والضغط أعلى من الجو المحيط بها لحظة خروجها من التوربين. بعدها يتمدد دفق الغاز إلى الضغط المحيط خلال الخرطوش الدافع للخارج, مما ينتج نفث هواء عالي السرعة, فإن كانت سرعة النفث أعلى من سرعة الطائرة خلال الرحلة, فسيكون هناك صافي دفع للأمام لهيكل الطائرة.
في الظروف العادية فإن عمل الضخ للضاغط يمنع أي دفق خلفي, لذلك تسهل عملية التدفق المستمر للمحرك. تلك العملية بكاملها تشبه ولكن السحب والضغط والإشعال والتمدد إلى العادم تحصل بآن واحد وباجزاء مختلفة من المحرك. كفاءة المحرك النفاث تعتمد بقوة على معدل الضغط الكلي (الضغط الداخل ل \ ضغط الهواء الداخل) و حرارة فتحة التوربين في الدورة الكاملة.
من المفيد ايضا عمل مقارنة بين محرك التوربين النفاث ومحرك المراوح. فالتوربين النفاث يأخذ كمية قليلة من الهواء ويضغطها إلى كمية ضخمة, بينما المراوح تسحب كميات ضخمة من الهواء وتضغطها إلى كمية صغيرة. عادم التوربين النفاث العالي السرعة يجعلها ذات كفاءة بالسرعات العالية (خاصة بالسرعات ) وبالإرتفاعات العالية. بالطائرات ذات السرعات المنخفضة وتلك التي تطير مسافات قصيرة, محركات المراوح التي تدار بالتوربين الغازي والمعروفة بإسم , هي الأكثر شعبية وأكثر كفاءة. الطائرات الصغيرة جدا تستخدم لإدارة المراوح.
التوربين النفاث الذي شرحناه مصمم ببكرة واحدة, بمعنى عمود مفرد موصول من التوربين إلى الضاغط. التصاميم ذات معدل ضغط كلي عالي يكون لها عمودين متحدي المركز, لتحسين ثبات الضاغط خلال تحريك داعس الوقود throttle بالمحرك. تلك بكرة الضغط العالي(HP) تحتوي على عمود ضغط عالي خارجي موصل الضاغط عالي الضغط بتوربين عالي الضغط. بكرة الضغط العالي مع تشكل النواة أو الغاز المولد للمحرك. العمود الداخل بعمود ضغط عالي يوصل الضاغط المنخفض الضغط(LP) بتوربين منخفض الضغط(LP) لينتج بكرة ضغط منخفض. كلا البكرتين تكونا حرتين بالعمل على سرعة العمود الأمثل. طائرات تستخدم تلك الطريقة.

محرك توربين مروحي
معظم محركات الطائرات النفاثة هي من نوع , حيث كمبريسور الضغط المنخفض LP يعمل كمروحة ويعطي شحنة زيادة من الهواء لقلب المحرك وللمجرى الجانبي bypass duct المحيط بالقلب . تيار الهواء الجانبي يمر باتجاهين: الخرطوش البارد الخارجي أو يختلط مع الغازات الخارجة من عادم التوربين ذو ضغط منخفض LP قبل التمدد خلال خرطوش التيار المختلط.
ترغب بتلك المحركات بسبب سرعة العادم التحت صوتية تلائم سرعة والتي تريدها تلك الشركات, فمحركات التوربين النفاث تنتج العادم يسبب بإنهاء رحلة الطيران بطريقة عكسية سريعة مما يسبب بهدر للطاقة. لكن طريقة انبعاث العادم هنا الذي ينهي الرحلة ببطئ بعض الشيء مما يسهم بتوفير للوقود, بالإضافة إلى أن العادم نفسه له سرعة منخفضة فتعطي أقل.

بالستينات من القرن الماضي كان هناك بعض الفروقات مابين محركات النفاثة المدنية والعسكرية, بغض النظر عن نظام إعادة الإحراق afterburning لبعض التطبيقات الفوق صوتية (وتستخدمها الطائرات العسكرية لزيادة السرعة). حاليا التوربين المروحي المدني له سرعة عادم منخفضة ( منخفض) للمحافظة على تقليل ضوضاء النفاث إلى أقل مايمكن ورفع التوفير بالوقود, من ثم المعدل الجانبي bypass ratio (التيار الجانبي مقسوما على تيار القلب) يكون مرتفعا بعض الشيء (المعدلات من 4:1 إلى 8:1 هي معدلات عادية). لذلك سيحتاج فقط إلى مروحة مفردة لأن انخفاض معدل يشمل انخفاض بمعدل ضغط مروحي.
أما محركات التوربين المروحي العسكرية حاليا فلها مرتفع نوعا ما, حتى يمكن زيادة الدفع أقصى مايمكن فقد خفضت الواجهة الأمامية للطائرة, بالمجال العسكري ضوضاء المحركات ليس بالأهمية كما بالمجال المدني, لذلك فهم يستخدمون مراوح متعددة المراحل لإعطاء معدل ضغط مروحي عال للوصول إلى دفع نوعي مرتفع. بالرغم من حرارة مدخل التوربين إلا أن المعدل الجانبي يكون منخفضا, وعادة أقل من 2:1

المكونات الرئيسة للمحرك النفاث


تتشابه المكونات الأساسية عند معظم أنواع المحركات النفاثة وإن كانت جميعها لاتحتوي كل القطع. فالقطع الأساسية تتكون من:
  • المقطع البارد:
  • مدخل الهواء Air intake : إطار المرجع القياسي للمحرك النفاث هي االطائرة نفسها. فمحرك الطائرات النفاث التي تطير بسرعة تحت الصوت لايوجد بها أي صعوبات محددة لمدخل الهواء, وهي أساسا تتكون من شكل الفتحة (فتحة المحرك) الذي صمم لتقليل مقاومة الإيرودينامك, كما هو الحال لجميع القطع بالطائرة. مع مراعاة أن الهواء الواصل للضاغط أو الكمبريسور بالمحرك النفاث العادي يجب أن تكون سرعته تحت سرعة الصوت حتى وإن كانت الطائرة فوق الصوتية حتى يمكنه المحافظة على ميكانيكية الدفق للضاغط وشفرات التوربين. بحالة الطيران بسرعة فوق الصوت, موجات الصدمة Shockwave تتشكل في نظام المدخل وستقلل الضغط المستخلص من المدخل إلى الضاغط. لذلك فبعض الفتحات فوق الصوتية تستخدم قطع داخلية تكون ناتئة أو تشبه الصنوبر, لزيادة استخلاص الضغط ولجعل استعمالها أكثر كفاءة مع الموجة الصدمية.
الضاغط مكون من عدة مراحل, وكل مرحلة تحتوي على إسطوانة ريش دوارة وأخرى ثابتة. بماأن الهواء يشفط بقوة شديدة خلال الضاغط, فسوف تزداد الحرارة والضغط لذلك فالطاقة ستجلب من التوربين مرورا خلال العمود.
  • المشترك:
  • عمود الدوران Shaft: هذا العمود يصل مابين التوربين والضاغط, ويدور خلال معظم المحرك, وقد يكون هناك 3 من أعمدة الدوران المتداخلة مع بعض ولكن لكل منهم له سرعته الخاصة به المتصلة بمجموعته الخاصة من التوربينات والضواغط. وهناك أشياء مشتركة مثل تصريف الهواء البارد الذي يفرغ على العمود.
  • المقطع الحار:
  • : هي الغرفة التي يختلط بها الوقود مع الهواء المضغط فيحترقان وسط اللهب
  • : التوربين هو سلسلة إسطوانات من الريش الدائرية تعمل كدولاب طاحونة تكتسب الطاقة من الهواء الحار وتبقي بعضا من تلك الطاقة بغرفة الإحتراق لكي يدير الضاغط. بعض محركات التوربين مثل (المروحة التوربينية وعمود الدوران التوربيني وحتى التوربين المروحي) تستخلص الطاقة بواسطة أقراص توربينية إضافية للتحكم وإدارة االمراوح الخارجية أو مراوح التيار الجانبي أو عمود التدوير للمروحية. نوع واحد فقط به توربين حر مصمم بحيث قرص التوربين الذي يدير الضاغط منفصل عن القرص الذي يغذي المكونات الخارجية. وهواء التبريد يأتي من الضاغط لتبريد شفرات التوربين والريش حتى لاتذوب من شدة الحرارة.
  • جهاز غرفة الإحتراق المساعد: (استخداماته بالطائرات العسكرية) ينتج دفع إضافي بواسطة حرق وقود إضافي, عادة ليست بالفعالية المرجوة, وترفع درجة حرارة الخرطوش بشكل قوي جدا عند نفث العادم. بسبب ضخامة حجم الدفع الذي يخرج عند إعادة الإحراق, لذلك يفضل بزيادة مساحة فتحة الخرطوش للحصول على أفضل االنتائج عند تشغيل إعادة الحرق.
  • الخرطوش: الغازات الحارة تخرج من المحرك خلال الخرطوش إلى الهواء الجوي, والهدف من ذلك هو إنتاج سرعة نفاثة عالية. الخرطوش بمعظم الأحوال هو مجمع للهواء الخارج.
طرق عمل مدخل البيتوت


فتحة بيتوت Pitot intake (نسبة إلى مخترعه الفرنسي هنري بيتوت) هي الطريقة المثلى لتطبيقات تحت الصوت., ففتحة البيتوت التحت صوتي تعتبر كإنبوب مضخم ذو شكل إيرودينامي انسيابي.
في حالة السرعة تساوي صفر (حالة الوقوف) فإن الهواء الداخل يأتي من عدة اتجاهات, مباشر ومنحني والآتي من الخلف فيمتصه مقدمة المدخل.
بالسرعة المنخفضة, فإن حزمة خط تيار الهواء الذي يصل طرف المدخل هو أكبر بالمقطع العرضي من نطاق تيار الطرف نفسه, بينما تصميم الفتحة بالسرعة 1ماك يكون كلا النطاقين متساويين. بالسرعة العالية يصبح تيار الهواء أصغر وقد يخرج التيار الزائد من حول الطرف.
تبدأ بالظهور عندما يبدأ الهواء بالتسارع حول طرف المدخل بداية من السرعة 0.85 ماك.
الدقة بعمل محور نطاق الطرف هو الأمثل للمحافظة على ضغط المدخل طوال الرحلة وعدم تعرضه لتشويه.

مدخل فوق صوتي

يستغل المدخل الفوق صوتي موجات الصدمة لكي يخفف سرعة تيار الهواءإلى وضع تحت صوتي بمدخل الضاغط. هناك شكلين من أشكال موجات الصدمة:
أ- موجات صدمة طبيعية: وتكون عمودية على اتجاه التيار. هذا الشكل يكون حاد المقدمة ويؤثر على التيار بالسرعة تحت الصوتية, بالتدقيق بالمجهر نرى أن جزيئات الهواء تتحطم إلى مجموعة من جزيئات تحت صوتية مثل موجات ألفا.الموجة الصدمية تميل إلى إحداث هبوط قوي بمنطقة , ببساطة كلما ازداد سرعة الماك على مدخل موجة الصدمة العادية, كلما قل خروج سرعة التحت صوتي منها وتزداد قوة, بمعنى يزداد فقدان خلال تلك الموجة.
ب- الموجات الصدمية إما (ثلاثية الأبعاد) أو مائلة (ببعدين) وزواياها متجهة للخلف, تشبه اصطدام موجات الماء بمقدمة السفينة كما بالصورة فوق, ثم ينتشر تيارها مثل المخروط أو منحدر. وللسرعة المعطاة سيكون التيار أضعف من الموجة الصدمية العادية المشابهة لها, ولكن وعلى الرغم من تناقص سرعتها إلا إنها لاتزال فوق صوتية.
شكل الطرف الحاد من فتحة البيتوت - كما بالشرح فوق بالتطبيق التحت صوتي - تعمل بشكل جيد بالطيران الفوق صوتي المنخفض. الموجة الصدمية العادية التي تتشكل بمقابل طرف الفتحة وتصطدم بالتيار لتنزل سرعته إلى مادون سرعة الصوت, ومع ذلك كلما ازدادت السرعة فإن الموجة الصدمية ستزداد مسببة هبوط قوي لضغط الركود.
هناك مداخل أو فتحات فوق صوتية متطورة تشبه نظام البيتوت:
1- الاستفادة من اندماج المخروطية والعادية لتحسين مستوى بالسرعات الفوق صوتية العالية. الموجة المخروطية تستخدم لتقليل للسرعة الفوق صوتية عند الدخول للموجة الصدمية العادية, وهكذا يقل الناتج العام لمضار الصدمة.
2- تصميم (صدمة على الطرف) للسرعة الفوق صوتي, حيث الموجات الصدمية المخروطية والمائلة تضرب بغطاء الطرف, مما يجعل نطاق مسك حزام التيار يساوي نطاق طرف المدخل, وعندما تقل عن سرعة الصدمة على الطرف الفوق صوتية, ستكون زاوية الموجة الصدمية أقل ميلان مسببة لخط التيار الداخل للطرف بالإنكسار بواسطة المنحدر المخروطي. بنفس الوقت منطقة مسك المدخل يكون أصغر من نطاق طرف الفتحة مما يقلل تيار هواء المدخل Air intake. بالإعتماد على خصائص تيار الهواء للمحرك فإنه يكون مرغوبا تقليل زاوية النتوء أو تحريك المخروط للوراء لإعادة تركيز الموجات الصدمية على غطاء الفتحة لزيادة تيار هواء المدخل.
3- مصممة ليكون الصدمة العادية تنتشر باتجاه تيار طرف المدخل, لذلك فالدفق على مراوح الضاغط يكون تحت صوتي, مع الأخذ بالحساب إذا قل داعس الوقود على المحرك فسيقل تدفق الهواء المعدل على مراوح , لكن بحالة الفوق صوتي فإن التيار المعدل عند طرف المدخل سيكون ثابتا, لأنها محددة بواسطة ودرجة انعراج \ سقوط المدخل. هذا التقطع ممكن التغلب عليه بأن الصدمة العادية تتحرك إلى ماتحت مساحة المقطع العرضي للمجرى ليقل رقم الماك للموجة الصدمية على المدخل.

العديد من طائرات الجيل الثاني من الفوق صوتي تستعمل المدخل المخروطي, الذي يستخدم لتشكيل الصدمة الموجية المخروطية, وهو موجود بطائرات ال ويكون بالمقدمة, أو مع المحرك بجنبي الطائرة كما بطائرة ف 104 F 104 وطائرات BAC TSR-2.
بعدها استحدثت مداخل ثنائي المخروط, أحدهما فوق الآخر بشكل هرمي وهذا يساعد لإعطاء موجة مخروطية اضافية تنتشر بالوصلة مابين المخروطين. المدخل ثنائي المخروط يعتبر أكثر كفاءة من الأحادي لأن الداخل على الموجة العادية يقل بسبب وجود المخروط الثاني. وتظهر جليا على طائرات SR-71 Blackbird بمحركات برات & وتني 58 التي تجعل المقدمة والمؤخرة مخروطية الشكل بداخل غرفة المحرك لكي تمنع الموجات الصدمة المشكلة كمسامير من الدخول إلى المحرك مسببة بتوقف المحرك عن العمل. ولكن إبقائها قريبة بما فيه الكفاية لإعطاء ضغط هواء مناسب. عموما الموجة المخروطية لا تتحرك أو أن تحركت فهو شيء غير اعتيادي.
التصاميم الأحدث تطورا من المخروطي هو جعل المدخل بزاوية بحيث يكون أحد حوافه له نتوء. الموجة الصدمية المائلة ستتشكل على حافة النتوء. هذا الشكل موجود بالمقاتلات الأمريكية بأشكال متعددة, وعادة النتوء يكون الحافة العمودية الخارجية من المدخل ثم يدخل بزاوية داخلية إلى جسم الطائرة الطائرات التي تحمل هذا الشكل هي ف 105 و ف 4 فانتوم.

بعد ذلك تطورت بحيث النتوء يكون بقمة الحافة الأفقية بدلا من الحافة العمودية الخارجية وبزاوية واضحة للأسفل و للخلف. هذا التصميم بسط تشكيل المداخل وسمح بوجود نتوءات مختلفة للتحكم بتيار الهواء الداخل للمحرك. هذا التصميم موجود بطائرات الستينات وإلى اليوم ومثال عليها: طائرة و و .
هناك وجهة نظر أخرى, كالخرطوش الفوق صوتي فالتيار المعدل يجب أن يكون نفسه عند طرف مدخل وعند عنق المدخل وعند التوربين. أحد تلك الثلاثة ممكن أن يكون ثابت. للمدخل فالعنق يكون متغير وبحيث بعض الهواء يمر جانبيا حول التوربين ويذهب مباشرة ليغذي مابعد الإحتراق. خلافا لذلك فخرطوش المدخل إما غير ثابت أو غير ذا كفاءة, لأن الموجة الصدمة العادية بالعنق قد تتحرك فجأة إلى الطرف مما يسبب برفع الضغط بالطرف مما يؤدي إلى احتكاك ويقلل الإستفادة من الضغط فيؤدي إلى اضطراب بالتوربين وقد سقطت طائرة أس 71 بلاك بيرد SR-71 Blackbird عام 89 بذات السبب.

ضاغط الغاز

الضاغط المحوري يعتمد على شفرات ذات ولها مقطع ايرودينامي مشابه لأجنحة الطائرة. وكما أن أجنحة الطائرة تنهار فإن شفرات الضاغط يصيبها الإنهيار والتوقف عند بعض الحالات, تيار الهواء المحيط بالضاغط المتوقف بإمكانه أن يعكس الإتجاه وبعنف. كل ضاغط وله تصميم لخريطة تشغيل سرعة دوران الهواء المعكوس وهي خصائص ينفرد بها كل نوع.
بحالة الدفع لكمية الوقود المعطاة, يكون خط عمل الضاغط ثابت ومستقر. ولكنه سيزاح عند أي حالة إنتقالية. لذلك هناك أجهزة عديدة مرتبطة بنظام منع anti-stall system في شكل مناطق التصريف أو الثوابت Stators ذات أشكال هندسية لتقليل احتمال أي طفرة بال . هناك طريقة أخرى وهي تقسيم إلى وحدتين او أكثر, ويعملون على أعمدة مختلفة ومتحدة المركز.
هناك تصميم هو معدل تحميل المرحلة. أي ابقاءها بمجال محسوس إما بزيادة عدد المراحل الضاغطة (زيادة بالوزن مما يؤدي إلى زيادة الكلفة), أو بزيادة سرعة الشفرات (يؤدي إلى زيادة الإجهاد عليها وبالتالي إجهاد الإسطوانة). ضواغط الدفق الضخم تكون محورية كلها, المراحل الخلفية بالوحدات الأصغر غير قادرة على الإجهاد القوي بسبب صغر حجمها. لذلك تستبدل تلك المراحل بوحدة مفردة للطرد مركزي. الضواغط الصغيرة عادة تستخدم ضاغطين للطرد المركزي مرتبطين على التوالي. بالرغم من عزلة ضواغط الطرد المركزي فإنها قادرة على العمل بمعدلات ضغط عالية (10:1), نأخذ بالإعتبار أن اجهاد الدفاعة يحد من معدل الضغط الذي يعمل في دورات المحرك ذات معدلات ضغط عالية.
الزيادة بمعدل العام للضغط سيؤدي إلى زيادة الحرارة الخارجة من . وهذا يؤدي إلى زيادة الضغط على سرعة العمود, للمحافظة على سرعة على طرف الشفرة بالمرحلة الخلفية للضاغط. اعتبارات الإجهاد تحد من زيادة سرعة عمود الدوران مسببة للضاغط الأساسي ايروديناميكيا إلى الدفع للخلف إلى أقل من معدل ضغط المعطاة.


غرفة الإحتراق

يجب أن تكون هناك احتياطات كافية لجعل اللهب مستمرا مع سرعة تيار دفق الهواء بجميع أحوال دعس الوقود وبالكفاءة الممكنة. بما أن التوربين لا يمكنه تحمل درجات حرارة دمج العناصر الناتجة من المحرقة فإن الضاغط يرسل الهواء ليخفف حرارة النواتج من غرفة الإحتراق إلى مستوى معقول. هواء الضاغط المتجه للحارق يسمى دفق الأساسي وأما الهواء الذي يستخدم لتبريد نواتج الحارق فيسمى دفق ثانوي.

التوربين

بما أن التوربين يتمدد من ضغط عالي إلى ضغط منخفض, فإنه لايوجد مايضاهي أو طفرة للتوربين. عموما التوربين يحتاج إلى منصات أقل من الضاغط والسبب الرئيسي هوالحرارة العالية الداخلة إليه ستخفض معدل الضغط وبالتالي عملية التمدد. الشفرات ستكون أكثر انبعاجا لذلك فسرعة دفق الغاز ستكون أقوى.
التوربين يجب أن يكون مصمما بحيث يمنع انصهار الشفرات والريش عند درجات الحرارة العالية وبيئة الإجهاد. لذلك يخرج من نظام الضاغط انبوب لتسريب الهواء يدخل التوربين لتبريد الشفرات والريش الداخلية. وهناك حلول أخرى مشابهة مثل, تحسين المواد الخام والتكسية لتلك الإسطوانات بحيث تتحمل الإجهاد الشديد الناتج من دوران القوي للشفرات. التي تأخذ شكل الإندفاع أو ردة فعل وربما الإثنين (الإندفاع وردة الفعل معا). وأيضا تحسين تلك المواد لتقليل وزن الإسطوانات.

يتبع
 
الخرطوش


خرطوش عادم متغير على محرك GE F404-400 على طائرة F-18 هورنت


الهدف الرئيسي للخرطوش هو إخراج تيار العادم إلى الضغط الجوي العادي, وتشكيلها إلى نفث عالي السرعة يدفع الطائرة أو المركبة للأمام. بعض المحركات النفاثة تستخدم الخراطيش المقربة البسيطة.
العديد من محركات الطائرات العسكرية تحتوي على جهاز غرفة الإحتراق المساعد Afterburner أو Reheat داخل نظام العادم للمحرك. فعندما يعمل النظام فإن مساحة رقبة الخرطوش ستزداد حتى تلائم حجم تمدد الدفق الزائد للخرطوش. لذلك فالتوربين لايرتبط بعمل تلك الغرفة. هناك العديد من أشكال رقبة الخرطوش تأتى من تحريك سلسلة من البتلات المتداخلة والتي تشبه الشكل الدائري للمقطع العرضي للخرطوش. بعض المحركات النفاثة كالصاروخ تستخدم خرطوش (متقارب - متباعد) للسماح بأكبر قدر من الهواء المتمدد للخروج لإعطاء أكبر كمية من الدفع, فلذلك فإن الخرطوش المستخدم بالمحركات التوربين النفاث تكون البتلات متحركة هندسيا حتى يسهل تعاملها مع التغير الكبير لمعدل الضغط الخارج من الخرطوش خلال الطيران أو دعس الوقود للمحرك, وهذا الشيء يسبب بزيادة للوزن وكلفة التركيب.
الأبسط من ذلك هو الخرطوش القاذف, والذي يجعل الخرطوش أكثر كفاءة خلال جريان الهوائي الجانبي وبوجود بتلات مرنة الحركة. بالسرعة التحت صوتية دفق الهواء يقلص العادم إلى شكل متقارب وكلما ازدادت السرعة يتوسع الخرطوشين مما يجعل العادم يظهر بشكل متقارب - متباعد إن تعدت السرعة رقم الماك1. مميزات الخرطوش القاذف هي بساطة التصميم و الثبات وعيوبه هو أدائه المتوسط (مقارنة مع نوع آخر من النظام الخرطوش) ثم زيادة عامل المقاومة الإيردينامية خلال تيار الدفق الثانوي. الطائرات التي تستخدم هذا النوع من الخرطوش هي: SR-71, , , ومحرك ساب.

خرطوش نظام iris nozzle لها خاصية توجيه الدفع


لرفع جودة الخرطوش يتطلب استخدام نوع آخر يسمى iris nozzle وتعني بالعربية خرطوش زهرة السوسن. هذا النوع يستخدم بتلات متداخلة ويمكن تحريكها هيدروليكيا. فهي أكثر تعقيدا وأفضل جودة وأسهل لمرور التيار من الخرطوش القاذف. لذلك فهي تجهز للطائرات ذات كفاءة أفضل مثل المقاتلات , , وأيضا لقاذفات القنابل الإستراتيجية عالية السرعة مثل B-1 Lancer. الأنواع الحديثة من تلك الخراطيش لها خاصية تغيير زاوية(توجيه) الدفع (طائرة أول طائرة استخدمت نظام توجيه الدفع).
محركات الصواريخ تستخدم أيضا فوهات أو خراطيش التقارب - التباعد, وتكون البتلات ثابتة لتقليل الوزن. مساحة الفوهة لدى الصواريخ أضخم بكثير من مساحة فوهات محركات الطائرة النفاثة لأن معدلات الضغط للخرطوش عالية جدا مقارنة مع محركات الطائرات.
بالجانب الآخر فإن بعض محركات التربين المروحي ذات تحويلة جانبية العالية تستخدم خرطوش له فوهة صغيرة جدا (أقل من 1.01 نسبة المساحة), خرطوش التقارب التباعد بتيار التحويلة الجانبية أو العادم المختلط يستخدم للتحكم بخط عمل المروحة.

عاكس الدفع خلف غطاء المحرك على طائرة777



جهاز عاكس الدفع

تحتوي على أقداح تدور حول نهاية فوهة الخرطوش وتعكس دفع النفاث كما بطائرات دي سي 9. أو تحتوي على صفائح خلف غطاء المحرك تنزلق للخلف مما تؤدي إلى معاكسة دفع المروحة فتنخفض سرعة الطائرة بشدة (المروحة تنتج معظم الدفع) وهذه موجودة عند معظم الطائرات الضخمة ك .

نظام التبريد

لجعل المحركات النفاثة أكثر كفاءة فهي تتطلب حارة جدا ويحصل ذلك عن طريق حرق أو وقود , لذا تصل درجات حرارة الإحتراق إلى 3500 أو 3227 مئوي, وهذا أعلى من درجة ذوبان معظم . لذلك يستخدم نظام التبريد لجعل درجة حرارة المعادن أقل من درجة ذوبانها.

نظام التهوية

يحيط نظام التهوية بغرفة الإحتراق ويضخ على أطراف صفائح التوربين الدوارة, هواء التبريد يمر من خلال فتحات التنظيم إلى شفرات التوربين فتخفف عنه العالية ثم يخرج مع تصريف الهواء إلى تيار الخارج.
هناك بعض من تيار التبريد قادم من الضاغط ويمر على عمود الدوران وغطاء التوربين للتبريد, ويوجد انبوب يمر على جدار غرفة الإحتراق للمحافظة على عدم وصول درجة حرارته للدرجة القصوى. يستخدم لذلك أنابيب رئيسية وثانوية والتي تسمح بمرور طبقة بسيطة من الهواء للمرور على جدار الحارق لمنع زيادة درجة الحرارة. الحرارة الخارجة تعتمد على الدرجة القصوى التي يتحملها التوربين وهو يعتمد على مادة الصنع. تقليل الحرارة سيمنع الكلل الحراري ومن ثم يمنع الفشل الحراري.
يستخدم هواء الضاغط أيضا لتدفئة المراوح الخارجية ويستخدم في نظام منع الجليد على الهيكل وتدفئة مقصورة الركاب.

نظام الوقود

بعيدا عن ضخ الوقود للمحرك, فإن نظام الوقود يستخدم للتحكم بسرعة دسر المراوح الخارجية وبدفق الهواء للضاغط وتبريد . يدخل الوقود على شكل رذاذ طيار داخل غرفة الإحتراق والكمية يتم التحكم بها تلقائيا اعتمادا على معدل دفق الهواء.
تسلسل الأحداث لزيادة الدفع هي: داعس الوقود يرتفع فيزداد رذاذ الوقود إلى غرفة الإحتراق فتزداد كمية الإحتراق وهذا يعني أن غازات العادم ستكون أكثر سخونة ويصبح خروجها أسرع مما يعطي مزيد من القوة وهذا يؤدي لزيادة دفع المحرك مباشرة. وأيضا زيادة المستخرجة بواسطة التوربين والتي ترفع من سرعة الضاغط مما يؤدي لزيادة تيار الهواء الداخل للمحرك أيضا.
بوضوح نرى ان هذا هو معدل كتلة دفق الهواء يتغير بتغير momentum (كتلة X السرعة) التي تنتج FORCE وبما أن الكثافة تتغير مع الإرتفاع لذلك فكتلة الهواء الداخل أيضا سيتغير مع تغير الإرتفاع والحرارة مما يعني أن مقياس داعس الوقود سيختلف تبعا لتلك التغييرات. لذلك نرى أن التحكم بدفق الوقود مستحب أن يكون ذاتي التشغيل. عادة يكون هناك نظامين, أحدهما للتحكم بضغط الوقود والآخر بكمية الدفق. فالبيانات المطلوبة التي تؤثر على قدرة مضخة الوقود ذات الضغط العالي هي الضغط والحرارة من المدخل ومن نقاط معينة داخل المحرك, وبيانات الداعس وسرعة المحرك الخ.

وحدة التحكم الوقود

تلك الوحدة أشبه ميكانيكي. يقرر الخارج من ال بواسطة منظومة من الصمامات التي تتحكم بضغط الوقود فتسبب التغير بالكمية. فمثلا الزيادة بالإرتفاع يقلل ضغط الهواء الداخل فيتمدد الهواء داخل بسرعة أكثر مما يسبب بخروج وقود زائد عن الحاجة عن طريق صمام الوقود الفائض, فتقلل الطرمبة الرئيسية من ضخ الوقود حتى يتعادل الضغط داخل الغرفة مع الضغط هواء الخارجي فيتوقف خروج الوقود الزائد. يمنع زيادة سرعة المحرك بواسطة منظم السرعة الذي له القدرة على تخطي وحدة تحكم الوقود عن طريق حاجز يستشعر سرعة المحرك من حيث الضغط المركزي المتسبب من دوران المضخة. فعند الوصول للمعدل الحرج فإن صمام الوقود الفائض سيفتح بواسطة الحاجز ويخرج الوقود الزائد مما يخفف سرعة المحرك. ضخ الوقود يتأثر بالمعطيات الخارجية مثل الإرتفاع وتغير الضغط الخارجي والتغير بسرعة الطائرة.

مضخة الوقود

مفهوم مبسط لمضخات أو طرمبات الوقود هو لجعل ضغط الوقود أعلى من الضغط الموجود بغرفة الإحتراق حتى يمكن ضخه بسهولة.

نظام تشغيل المحرك

يعتمد نظام التشغيل على نظام الوقود وعملية اشتعال خليط الهواء مع الوقود داخل غرفة الإحتراق. عادة يكون هناك محرك خاص اسمه وحدة الطاقة الإحتياطية (APU) وتستخدم لتشغيل المحرك من خلال تدوير الضاغط إلى سرعة تمكنه من تشغيل التوربين, هناك عدة انواع من نظم التشغيل: كهربي وهيدروليك وهوائي.
معظم الطائرات المدنيةمثل البوينج 737 والإيرباص والطائرات العسكرية الكبيرة تستعمل هذا النظام ويكون بمؤخرة الطائرة بمعظم الطائرات الحديثة أو بأماكن اخرى عند الطائرات الأقدم قليلا, وهو عبارة عن توربين غازي صغير يعمل لإمداد الطائرة بالكهرباء في حالة اطفاء المحركات وتستخدم أيضا لتشغيل المحركات عبر امدادها بالهواء لتدوير الضاغط ومن ثم تشغيل غرفة الإحتراق لكي يعمل التوربين الذي يشغل المحرك, عند ذلك يمكن اطفاء المحرك الإحتياطي لعدم الحاجة له.
بعض الطائرات كالإف 18 هورنت تستخدم مضخات هيدروليك لتشغيل المحركات من خلال التروس أو الجيرات, وتلك المضخات يتم التحكم بها كهربيا كما أسلفنا سابقا فالمحرك الإضافي يستخدم بالإضافة إلى مهمته الرئيسة وهي تشغيل المحرك, فإنه يمد الطائرة بالكهرباء والضغط اللازم والتبريد عند حالة اطفاء المحرك لأن التحكم بصمامات الهواء يكون كهربائيا.

الإشعال

يوجد هناك بأماكن مختلفة داخل غرفة الإحتراق. وتظل مستمرة بإصدار داخل الغرفة حتى تمنع إطفاء الشعلة. هناك حدود للإرتفاع وسرعة الهواء لكي يتمكن المحرك من الحصول على عادة اشعال المطلوبة فمثلا تستخدم محركات 404-400 شاعلا واحدا بغرفة الإحتراق وواحدا بغرفة الإحتراق المساعدة. أما طائرات تستخدم استشعارا لتشغيل الشعلة. الموديلات الحديثة من نظام الإشعال تعطي طاقة من القوة بحيث تكون قاتلة، لذلك يجب الأخذ بالإحتياطات عند التعامل مع التوصيلات الكهربية عندما يعمل النظام.

نظام التشحيم

يستخدم نظام للمحافظة على وجود الشحم في أماكن التحميل والإرتكاز لمنع والتأكد من عدم ارتفاع درجة حرارة تلك الأماكن, وأيضا يمنع التشحيم دخول الأجسام غريبة إلى أي من القطع المتحركة داخل المحرك ك .
مكونات هذا النظام هي: خزان به جهاز تفريغ من الهواء, مضخة زيت رئيسية, رئيسي مع صمام مرشح جانبي, صمام تعديل الضغط, ومبرد زيت. طريق مرور الزيت يبدأ من الخزان فالمضخة الرئيسية ثم المعدل فالمرشح الرئيسي ثم مبرد الزيت حتى يصل للمحرك حيث نقاط والإرتكاز.
عندما ترتفع سرعة المحرك, يزداد ضغط على مناطق التحميل والإرتكاز مما يعني يقلل فرق الضغط مابين تغذية التشحيم والغرفة مما يخفض من المعدل الزيت المطلوب ولذلك فوجود صمام تعديل الضغط لكي يعدل فارق الضغط حتى يستمر تيار ضغط التشحيم ثابتا.
 
صور للتوضيح




1169360721kkzT9H.jpg



600px-Jet_engine_arabic.svg.png


530149.JPG


Afterburner%204.jpg
 
التعديل الأخير:
رهييييييييييييييييييييييييب

موضوع كامل متكامل............تحياتي
 
انا معك في كثير مما قلت يا sam وفعلا موضوع مفيد جدا

في بعض الأحيان إضافة poste de combustion pour augmenter la vitesse (le nombre du mach)mais ce poste va augmenter la consomation du carburant avec un faible rendement ,

الخراطيش est une tuyere de laval
fig.7.13.gif
son role est tres important


(i cant write barabic because i dont have windows arab)


جزاك اللـــه خيرا جزاء وجعلها في ميزان حسناتك موضوع موفيد جداً​
 
عودة
أعلى