فرهنگ و تاريخ | سرگرمي | نيازمنديها | مذهبي | اقتصادي | خانواده و اجتماع | هنر | اخبار | ورزش | کامپيوتر | گردشگري | صنعت و دانشگاه | صفحه اصلي

صفحه اول بخش هوا فضا
دانشگاه ها و اساتيد هوا فضا
آموزش علوم رشته هوا فضا
آموزش نرم افزارهاي هوا فضا
مراکز تحقيقاتي رشته هوا فضا
پروژه هاي تحقيقاتي هوا فضا
رده بندي سايتهاي هوا فضا
آشنايي با متخصصين هوا فضا
بانک مقالات رشته هوا فضا
پايان نامه هاي دانشجويي
مجلات و نشريات هوا فضا
گالري عکس نجوم و فضا
 
 

عنوان: موتورهاي رم جت و دنياي فراصوت

نويسنده: مهندس هوافضا

منبع اطلاعاتي: aerospacesally.blogfa.com            تاريخ نگارش: 19/05/1385

عکس
 

 

گالري تصاوير

 

- - - -

   
 
 

هر از گاهي که هواپيمايي از  فراز خانه تان عبور مي کند يا زماني که فقط غرش موتورهاي هواپيمايي را مي شنويد، شايد با خودتان بگوييد: «اين يک هواپيماي جت است.» بله حدستان درست است، چون هواپيماهاي امروزي اکثراً به موتورهاي جت مجهزند و زمان موتورهاي پيستوني در هوانوردي تقريباً به سر رسيده است. موتورهاي جت همان بخش پر رمز و راز هواپيماها هستند که براي اکثر مردم هنوز هم ناشناخته اند. يکي از انواع موتورهاي جت که فصل تازه اي را در پرواز با سرعت هاي بسيار بالا را در جو زمين باز کرده است، موتورهاي رمجت باشد که امروزه در موشک هاي کروز و حتي برخي هواپيماهاي نظامي کاربرد وسيعي دارد. در مقاله زير به تاريخچه ساخت و چگونگي عملکرد اين موتورهاي جالب خواهيم پرداخت:

 

موتورهاي جت از هر شاخه اي که باشند، در دنياي امروز نامشان با صنعت هوانوردي پيوند خورده است. امروزه تقريباً کليه هواپيماهاي مسافربري دوربرد به موتورهاي جت مجهزند، چرا که مزاياي فوق العاده آن ها اين موتورها را در سطح بسيار بالاتري نسبت به موتورهاي پيستوني قرار مي دهد. يکي از امتياز هاي غير قابل صرف نظر اين گونه موتورها، توانايي فراهم کردن نيروي مورد نياز براي پرواز هواپيما در سرعت هاي مختلف از جمله سرعت هاي زير صوت و سرعت هاي مافوق صوت است که در زمان هاي گذشته براي موتورهاي پيستوني امکان پذير نبود. در سرعت هاي نزديک سرعت صوت يا سرعت هاي ترانسونيک، ملخ موتورهاي پيستوني تقريباً به شکل يک ديسک دوار درآمده و موجب به وجود آمدن مقادير زيادي نيروي پسا مي شد. اما با به روي کار آمدن موتورهاي توربوجت، يعني همان ابتدايي ترين و ساده ترين موتورهاي جت متحرک، اين مشکل به سادگي حل شد، چرا که نيروي عظيمي که موتورهاي جت قادر به توليدش بودند هواپيماهاي مجهز به اين موتورها را با سهولت از سرعت صوت عبور مي داد. بي دليل نيست که مي گويند در عصر جت ديگر ديوار صوتي معنايي ندارد.

 

 

يک موتور رم جت روي استاند مخصوص موتور

 

◄   موتورهاي رم جت چگونه به وجود آمدند:

موتورهاي جت معمولي متحرک، همگي داراي پايه و اساس و ساختار اصلي واحدي هستند. براي مثال موتورهاي توربوجت، توربوفن، فن جت، توربوپراپ و... اگر چه در کاربرد و سيستم هاي جانبي به کار رفته در آن ها متفاوت هستند، اما هسته همه اين موتور ها بر پايه همان ساده ترين نوع موتور جت متحرک يعني توربوجت استوار است. همان گونه که مي دانيم، هر يک از انواع موتورهاي جت براي رفع نياز پرواز در سرعت هاي مشخصي ساخته شده اند و هر يک داراي محدوده هاي سرعت مخصوص به خود هستند. براي مثال موتورهاي توربوپراپ براي پرواز در سرعت هاي زير صوت و نزديک به نيم ماخ ساخته شده و اين در حالي است که موتورهاي توربوفن هم براي پرواز در سرعت هاي زير صوت طراحي شده اند، اما سرعت هاي نزديک به يک ماخ. موتورهاي توربوجت که به دليل مصرف سوخت بالايشان بيشتر در هواپيماهاي جنگنده و انواع ابتدايي هواپيماهاي مسافربري جت استفاده مي شد، اگر چه کارايي پرواز از سرعت هاي زير صوت و تا بالاي سرعت صوت را هم دارا بودند، اما در حقيقت صرفه از نظر مصرف سوخت آن ها فقط و فقط محدود به سرعت هاي بالاي سرعت صوت و تا حدود سرعت دو ماخ مي شد.

 

 

مقايسه موتور توربوجت با موتور رم جت

 

به زودي مشخص شد که قطعه هاي متحرک در موتورهاي جتي که مي بايست براي سرعت هاي بالاي سه ماخ ساخته شوند، ديگر جايي ندارند. چرا که همين قطعه هاي متحرک به دلايل متعدد اجازه دستيابي به سرعت هاي بالاتر را نمي دادند. يکي از مشکلات مهم اين گونه موتورها حجم بسيار بالاي هواي ورودي در سرعت هاي بالاي يک و نيم ماخ بود که براي نخستين بار در موتورهاي J-79 ساخت شرکت جنرال الکتريک به وسيله استفاده از سيستم استاتورهاي متغير که هواي ورودي را کنترل مي کردند حل شد. اما اين موتورها همچنان در سرعت هاي بالاتر داراي مشکلاتي بودند. با پي بردن به اين مسائل، ايده موتورهايي که فاقد هر گونه قطعه متحرکي هستند پي گيري شد.

 

◄   موتورهاي رم جت چگونه کار مي کنند:

در موتورهاي جت معمولي، مثلاً از نوع توربوجت، وجود کمپرسور و توربين و شفت متصل کننده اين قطعات ضروري به نظر مي رسد. در موتورهاي احتراق داخلي، مثل موتورهاي پيستوني و جت کارکردن موتور وابسته به ميزان کمپرس شدن هواست. اين مسئله به گونه اي است که کمپرس هر چند که بسيار ناچيز باشد اگر وجود نداشته باشد موتور روشن نمي شود. از سوي ديگر هر چند ضريب کمپرس يا همان تراکم بالا تر باشد صرفه مصرف سوخت موتور هم بيشتر مي شود. به همين دليل است که موتورهاي جت امروزي که براي بيشترين صرفه اقتصادي از نظر سوخت ساخته مي شوند، داراي ضريب هاي تراکمي نزديک به 44:1 هستند. موتورهايي نظير موتورهاي توربوجت با مکش هوا و فشرده کردن آن به وسيله طبقه فن هاي متوالي و سپس انفجار و عبور گازهاي حاصله از توربين کار مي کنند. در حقيقت کمپرسور وسيله کمپرس کردن هوا به شمار آمده و توربين نيز ادامه کار کمپرسور را به وسيله تبديل انرژي گازهاي داغ به انرژي مکانيکي تضمين مي کند. در سرعت هاي بالاي سه ماخ که موتورهاي توربوجت کارايي خود را تقريباً از دست مي دهند و دستيابي به سرعت هاي بالاتر توسط چنين موتورهايي امکان ناپذير است، ما با پديده اي به نام «رم افکت - Ram Effect» مواجه هستيم.

 

 

نماي ساده طرز کارکرد يک موتور رم جت

 

رم افکت به معناي فشرده شدن و تراکم خودبخودي هوا در اثر حرکت وسيله متحرک با سرعت بسيار بالا است. پديده رم از سرعت هاي نزديک به 500 کيلومتر بر ساعت خود را نمايان مي کند اما تا سرعت هاي بالاي سرعت صوت و گاه تا سرعت هاي بالاي سه ماخ به حداکثر کارايي خود نمي رسد. در اين چنين سرعت هايي، فشرده شدن هوا به حدي است که به راحتي مي تواند ضريب تراکم لازم براي کارکرد يک موتور جت احتراق داخلي را فراهم آورد. اگر به موتور توربوجت مان بازگرديم، مي بينيم که با وجود پديده رم، ديگر وجود کمپرسور بي معني است. اگر کمپرسوري وجود نداشته باشد، پس توربيني هم براي چرخاندن اين کمپرسور لازم نيست. حذف مجموعه کمپرسور و توربين و شفت اصلي، در حقيقت حذف کليه مجموعه متحرک موتور جت است چون غير از اين قطعات، قطعه هاي اصلي ديگري در موتور حرکت ندارند. نتيجه کار يک لوله تو خالي با يک ورودي، محفظه احتراق و خروجي است که همان موتور رم جت نام دارد و نام اين موتورها هم از شيوه کارکردشان گرفته شده است.

در سرعت هاي بالا، هوا با سرعت زيادي وارد ورودي موتور مي شود. در اين قسمت، بخشي به نام ديفيوزر تعبيه شده است که اين بخش عمدتاً يک شي مخروطي شکل در دهانه موتور است. اين وسيله وظيفه دارد تا با توليد امواج ضربه اي، هواي ورودي را به سرعت زير صوت برساند چرا که مي دانيم که در چنين موتورهايي احتراق در سرعت مافوق صوت ممکن نيست. با تقليل سرعت هوا، همان پديده رم افکت بار ديگر نمايان مي شود و انرژي جنبشي هوا، تبديل به فشار و حرارت بيشتر مي شود و همين مسئله تراکم هواي لازم براي احتراق را به وجود مي آورد. طراحي ديفيوزر و ورودي موتورهاي رم جت از بالاترين اهميت برخوردار است و بايد به گونه اي کاملاً مهندسي و مطالعه شده طراحي گردد تا بتواند از پديده رم افکت نهايت استفاده را ببرد.

 

 

يک موتور رم جت نمونه و طرز کارکرد آن

 

پس از فشرده شدن هوا در اين قسمت و تقليل سرعت آن به سرعت زير صوت، هوا وارد محفظه ي احتراق مي شود. در محفظه ي احتراق هوا با سوخت مخلوط گشته و احتراق به وسيله شمع شروع مي شود. پس از اين قسمت، قسمتي بسيار حائز اهميت در موتورهاي رم جت وجود دارد که شعله نگه دار يا Flame Holder ناميده مي شود. اهميت اين بخش از آن جهت است که اين قسمت وظيفه همسان و هماهنگ سازي شعله احتراق براي بهترين کارايي موتور را دارد. پس از احتراق، هواي مشتعل شده از شعله نگه دار عبور کرده و سپس از خروجي موتور خارج مي شود و بدين ترتيب نيروي جلو برنده يا همان تراست را به وجود مي آورد. در موتورهاي توربوجت معمولي حدود 85% انرژي گازهاي خروجي صرف گرداندن توربين مي شد، در حالي که در موتورهاي رم جت کليه نيرو و انرژي گازهاي خروجي به نيروي تراست تبديل مي شود و اين خود يکي از نشانه هاي کارائي بسيار بالا در سرعت هاي مافوق صوت است. ناگفته نماند چون در موتورهاي رم جت ديگر محدوديت هاي دماي ورودي توربين وجود ندارد، اين موتورها مي توانند در دماهاي بالاتري، در حدود 2100 درجه سانتيگراد نسبت به موتورهاي جت ديگر کار کنند.

 

◄   موتور رم جت چگونه ساخته شد

ايده موتورهاي رمجت نخستين بار به وسيله رنه لورين فرانسوي مطرح شده و رنه لدوک دنباله اين طرح را پيگيري نمود، اگر چه تحقيقات وي به شدت تحت تاثير اشغال فرانسه در جنگ جهاني دوم قرار گرفت. ويليام آوري از ديگر کساني بود که در زمينه موتورهاي رم جت اينبار در ايالات متحده فعاليت مي کرد. مدل 010 لدوک نخستين هواپيماي مجهز به موتورهاي رم جت بود که در سال 1949 ساخته شد. موتورهاي رم جت يک نقص بسيار بزرگ دارند:

اين موتورها قادر نيستند در سرعت هاي پايين يا در شرايط ساکن روشن شوند و براي استارت نياز به سرعت اوليه دارند، يعني همان سرعت عملياتي. بيشتر موتورهاي رم جت از سرعت هاي بالاي سرعت صوت شروع به کار مي کنند، اگرچه موتورهايي هم وجود دارند که در سرعت هاي حدود 700 کيلومتر بر ساعت هم مي توانند روشن شوند، اما کارايي چنداني ندارند. اين موتورها اغلب توسط هواپيماي مادر به سرعت عملياتي رسيده و به محض آنکه شرايط کارکرد موتور آماده شود، موتور روشن مي شود. به همين علت موتورهاي رم جت بيشتر در موشک ها به کار مي روند و هنوز کاربرد وسيعي در زمينه هواپيمايي ندارند.

 

 

نماي ساده يک موتور رم جت و اجزاي آن

 

در موشک هاي مجهز به موتوهاي رم جت نيز ابتدا موشک به وسيله راکت بوستر به سرعت مورد نظر رسيده و سپس موتور رم جت روشن مي شود. موشک کراگ روسي که براي نخستين بار در سال 1967 به پرواز در آمد، از نمونه موشک هاي مجهز به موتور رم جت است. اين موشک توسط چهار بوستر کمکي راکتي به سرعت مطلوب رسيده و سپس موتور رم جت با سوخت مايع شروع به کار مي کند و قادر است با سرعتي بيش از چهار برابر سرعت صوت اهدافي را از فاصله پنجاه کيلومتري هدف بگيرد. موتورهاي توربو رم جت از مشتقات اصلي موتورهاي رم جت هستند. اين موتورها ترکيبي از موتورهاي توربوجت و رمجت مي باشند که از موتور توربوجت که به صورت هسته اصلي درون موتور رم جت قرار گرفته است براي سرعت گرفتن تا سرعت هاي مافوق صوت استفاده شده و پس از آن موتور توربوجت از کار ايستاده و موتور رم جت شروع به فعاليت مي نمايد. از مورد توجه ترين مثال اين گونه موتورها مي توان به موتور تاريخي و انقلابي J-58 ساخت شرکت پرات اند ويتني اشاره کرد که در هواپيماي مشهور SR-71 Blackbird به کار برده شد و موفقيت هاي بزرگي به دست آورد. اين موتور قدرتمند قادر بود پرنده سياه را به راحتي به سرعت بالاي سه ماخ برساند.

 

 

يک موتور توربورم جت - به هسته توربوجت درون موتور رم جت توجه کنيد

 

◄   اينده موتورها يا پيشرانه هاي رم جت

مدتي است که هواپيماي جديد تحقيقاتي ساخت ناسا با نام X-43 جنجال زيادي به پا کرده است. اين هواپيما مجهز به موتور جديدي به نام موتور سکرم جت يا Scramjet يا همان Supersonic Combustion Ram Jet به معناي موتور رم جت با احتراق مافوق صوت است. قبلاً گفتيم که در موتورهاي رم جت، براي تکميل فرايند احتراق هواي ورودي مي بايست به سرعت هاي زير صوت برسد. در موتورهاي جديد سکرم جت که به دليل دماي بالاي کارکرد از سوخت هيدروژن استفاده مي کنند، احتراق در سرعت بالاي صوت انجام مي پذيرد و تنها تفاوت اين نوع موتورها با موتورهاي رم جت در همين مسئله است. احتراق در سرعت بالاي صوت امکان کارکرد در سرعت هاي هايپر سونيک يا سرعت هاي بالاي پنج ماخ را براي اين گونه موتور ها فراهم کرده است. چنانکه مي دانيم هواپيماي بدون سرنشين X-43A در آخرين پرواز آزمايشي خود به سرعت بالاي 11 ماخ دست يافت. موتورهاي سکرم جت که اينده روشن موتورهاي رم جت هستند، قطعاً انقلابي ترين حادثه حمل و نقل هوايي با سرعت هاي بالا را در چند سال اينده رقم خواهند زد.

 

 

مقايسه موتور سکرم جت با موتورهاي جت معمولي

 

 

 

 

 

گروه علمي فدک

کليه مطالب ارسالي با نام اشخاص و ذکر منبع در اين سايت درج مي شود

راهنما  |  آمار سايت  |  درباره ما  |  تماس با ما  |  نظر خواهي  | آرشيو  |  عضويت در سايت