آیا می دانستید؟ وقتی به عکسهای هواپیما نگاه میکنیم، اولین چیزی که توجه ما را به خود جلب میکند ممکن است رنگ یا بالها باشد. با این حال، تعیینکنندههای واقعی سرعت، برد، و ظرفیت مسافر هواپیما در «قلب» پنهان در زیر بالها یا داخل بدنه هواپیما نهفته است: موتور.
توربوجت، توربوفن، توربوپراپ، و توربوشفت-این چهار نام ممکن است زمانی که در فهرست قرار میگیرند مانند یک زبانه به نظر برسند. با این حال، هنگامی که روابط بین آنها را درک کنید، منطق اساسی پشت طراحی هواپیما فوراً روشن می شود. بیایید امروز آن را تجزیه کنیم.
[تصویر]
ابتدا این مفهوم اصلی را در نظر داشته باشید: این چهار نوع موتور متعلق به یک خانواده هستند. همه آنها بر اساس اصل توربین گاز کار می کنند. به بیان ساده: هوا به داخل کشیده می شود → فشرده شده → سوخت تزریق و سوزانده می شود →-درجه حرارت بالا، فشار بالا-گاز توربین را به چرخش سوق می دهد → اگزوز برای ایجاد نیروی رانش خارج می شود. هر چهار این فرآیند اصلی دقیقاً یکسان است.
تفاوت در نحوه هدایت نیروی تولید شده پس از احتراق است.
1
موتور توربوجت: اصل و نسب
نام کامل "موتور توربوجت" است و اولین نوع موتور جت بود که به بلوغ رسید. اصل کارکرد آن ساده ترین است: همه هوا از یک مسیر{1}تراکم، احتراق و دفع پیروی می کند. هرچه اگزوز سریعتر خارج شود، نیروی رانش بیشتر است.
در نبرد، لحظه ای که خلبان با پس سوز درگیر می شود، رانش می تواند 30٪ تا 100٪ افزایش یابد. با این حال، این قابلیت تنها می تواند به طور خلاصه مورد استفاده قرار گیرد، زیرا مصرف سوخت به طور نجومی بالا است.
بزرگترین مزیت توربوجت سرعت است، که آن را برای پروازهای-در ارتفاع بالا-با سرعت بالا ایده آل می کند. بزرگترین عیب آن مصرف سوخت بالا است. راندمان به ویژه در طول پرواز با سرعت کم ضعیف است.
[تصویر: نمودار شماتیک ساختار موتور توربوجت]
آیا تا به حال از خود پرسیدهاید که آیا میتوان یک لایه هوای اضافی در اطراف موتور اضافه کرد که از محفظه احتراق عبور میکند و به سادگی توسط یک فن برای ایجاد نیروی رانش به بیرون رانده میشود؟ آیا این باعث صرفه جویی در مصرف سوخت نمی شود؟
و به این ترتیب، موتور توربوفن متولد شد.
2
موتور توربوفن: قهرمان حاکم
شما می توانید یک موتور توربوفن را به عنوان یک موتور توربوجت در نظر بگیرید که یک "کت بادی" بر تن دارد. یک فن بزرگ در جلوی موتور اصلی اصلی نصب شده است. هنگامی که هوا وارد می شود، به دو مسیر تقسیم می شود:
بخش کوچکی از "مسیر قدیمی" مرکزی (مجرای داخلی/هسته) پیروی می کند: فشرده سازی → احتراق → اگزوز → تولید نیروی رانش.
بخش بزرگی از "مسیر جدید" بیرونی (مجرای خروجی / مجرای بای پس) را دنبال می کند: فقط توسط فن → اگزوز مستقیم → تولید رانش (و راندمان سوخت بیشتر) شتاب می گیرد.
[تصویر]
اصول عملکرد کانال های داخلی و خارجی موتور توربوفن (جریان های هسته و بای پس)
کلید در یک شکل نهفته است: **نسبت بای پس**. این یک مفهوم اصلی در موتورهای{1}}هوایی است. به بیان ساده، نسبت جرم هوایی است که از مجرای بیرونی جریان دارد به جرم هوایی که در مجرای داخلی جریان دارد.
نسبت بای پس صفر → موتور توربوجت
نسبت بای پس پایین (مثلاً 0.2-0.3) → عملکرد خوب با سرعت بالا-→ مورد استفاده در جت های جنگنده
نسبت بای پس بالا (مثلاً 8-9 یا بالاتر) ← سوخت بسیار کارآمد-صدای کم ← مورد استفاده در هواپیماهای مسافربری غیرنظامی
امروزه بزرگترین موتورهای توربوفن عمرانی جهان به نسبت بای پس بیش از 10 دست می یابند. 90 درصد باقی مانده نیروی رانش از هوای تحت فشار هوا توسط فن عظیم حاصل می شود. این راز ترکیبی از قدرت و بهره وری سوخت آنهاست.
[تصویر]
3
موتور توربوپراپ: "هرکول" حمل و نقل هوایی
بسیاری از مردم موتورهای توربوپراپ را با موتورهای{0}پیستونی قدیمی اشتباه می گیرند. در واقعیت، آنها کاملاً متفاوت هستند. در هسته خود، یک موتور توربوپراپ اساساً یک موتور جت است، اما بیشتر نیروی تولید شده توسط توربین را از طریق یک جعبه دنده کاهش به یک ملخ خارجی منتقل می کند.
نیروی کششی (تراست) ایجاد شده توسط پروانه که هوا را به هم می زند منبع اصلی نیروی محرکه است، در حالی که جریان ضعیف اگزوز از لوله اگزوز تنها نقش کمکی ایفا می کند. در اصل، اگر شما یک موتور توربوفن را بگیرید، فن بزرگ آن را به بیرون در معرض دید قرار دهید و سرعت چرخش آن را کاهش دهید، اساساً یک موتور توربوپراپ خواهید داشت.
[تصویر]
موتور توربوپراپ
مزیت توربوپراپ راندمان بسیار بالای آن در هنگام پرواز با سرعت کم-با سرعت پایین{1}}حتی مصرف سوخت-از توربوفن بیشتر است. در سرعت های پروازی زیر 600 کیلومتر در ساعت، موتور توربوپراپ مزیت فوق العاده ای دارد.
معایب آن نیز واضح است: نمی تواند خیلی سریع پرواز کند و صدای قابل توجهی ایجاد می کند. بمب افکن روسی Tu-95، که از موتورهای توربوپراپ استفاده می کند، معروف است "خرس". هنگامی که یک ملخ با سرعت زیاد می چرخد، نوک های آن دیوار صوتی را می شکنند و صدایی فوق العاده بلند تولید می کنند که طبق گزارش ها از فاصله 20 کیلومتری قابل شنیدن است. سرعت بالا همراه با نویز کر کننده به سادگی یک روی سکه توربوپراپ است.
تصویر
موتور توربوپراپ AEP500
توربوپراپها مخصوصاً-برای هواپیماهای ترابری با سرعت کم-تا{{2}متوسط-، هواپیماهای گشتی، و هواپیماهای منطقهای مناسب هستند. آنها به سرعت بالا نیاز ندارند، اما بهره وری سوخت، هزینه های پایین و حداقل نیازهای باند را در اولویت قرار می دهند. بسیاری از هواپیماهای توربوپراپ میتوانند از نوارهای کوتاه و بدون سنگفرش بلند شوند و فرود بیایند-که برای هواپیماهای تجاری استاندارد غیرممکن است.
4
موتورهای توربوشفت: به طور خاص برای هلیکوپتر ساخته شده است
با داشتن توربوپراپ های سرپوشیده، درک توربوشفت ها آسان است. در حالی که یک توربوپراپ نیروی خود را به چرخش یک ملخ هدایت می کند، یک توربوشفت آن را به چرخش روتور هلیکوپتر هدایت می کند.
تصویر
موتور توربوشفت
موتورهای توربوشفت دارای چندین ویژگی کلیدی هستند:
نسبت قدرت بسیار بالا-به این برای هلیکوپترها بسیار مهم است. هر کیلوگرم وزن ذخیره شده امکان یک کیلوگرم بار اضافی را فراهم می کند.
ساختار فشرده{0}}برای قرار گرفتن در بدنه باریک هلیکوپتر طراحی شده است.
جهت اگزوز قابل تنظیم-برخلاف سایر موتورها که باید به سمت عقب اگزوز شوند، مسیر اگزوز را می توان با طرح بدنه هواپیمای خاص هلیکوپتر تنظیم کرد.
توربوپراپ ها و توربوشفت ها اساساً دو نوع از یک موتور اصلی هستند. تولیدکنندگان به سادگی باید مکانیزم خروجی نهایی را اصلاح کنند. همان موتور اصلی می تواند به عنوان یک توربوپراپ برای هواپیماهای بال ثابت- یا یک توربوشفت برای هلیکوپترها عمل کند. صنعت هوانوردی مدت ها قبل از تبدیل شدن این مفهوم به یک روند، این نوع طراحی مدولار را تمرین می کرد.
در نهایت، بیایید روابط بین چهار نوع را روشن کنیم:
توربوجت: جد خالص ترین شکل بالاترین سرعت را ارائه می دهد اما بیشترین مصرف سوخت را دارد.
توربوفن: نسخه بهبودیافته. یک فن بزرگ برای متعادل کردن رانش و راندمان سوخت اضافه می کند و آن را به استاندارد فعلی صنعت تبدیل می کند.
توربوپراپ: نسخه{0}}بهینه سوخت. تمام نیرو را به سمت ملخ هدایت می کند و در سرعت های پایین تر اقتصاد عالی را ارائه می دهد.
توربوشفت: نسخه تخصصی. این نیرو را به ویژه برای به حرکت درآوردن روتورهای هلیکوپتر به خروجی شفت تبدیل می کند. هیچ یک از چهار نوع موتور ذاتا برتر از بقیه نیست. هر کدام عرصه خاص خود را دارد و راه رشد خود را دارد.
