آشنایی با سیستم جنگنده ها

در این مقاله سعی داریم کاربران عزیز را با نحوه عملکرد سیستم جنگنده ها (جت)  در قالب 2 پست آشنا کنیم.

در موتورهای توربینی یک قسمت وجود دارد که به هوا شتاب داده و سپس سرعت آنرا کاهش میدهد و با اینکار فشار و دمای گاز را افزایش میدهد. این هوا تا چهار بار ( بسته به قدرت فشرده کننده ) فشرده تر شده و به محفظه احتراق وارد میشود. محفظه احتراق دارای گونه های مختلفی است (حلقوی ؛ لوله ای ؛ ...)؛ سپس سوخت به داخل محفظه احتراق تزریق می شود و به صورت مداوم مشتعل می ماند یعنی در واقع این موتورها دارای احتراق مداوم می باشند. پس از مشتعل شدن سوخت با هوا فراورده ها افزایش حجم پیدا کرده و گاز های خروجی با سرعتی خیلی بیشتر از حالت ورودی آنها محفظه احتراق را ترک می کنند ودر همین جاست که تعدادی توربین قدرت قرار دارد و با جذب انرژی جنبشی آنها به حرکت در آمده و نیروی لازم برای قسمت فشرده کننده (کمپرسور) را فراهم میکند .
در ادامه با ما همراه شوید . . .

 

 

همه ی موتورهای جت یک قسمت ورودی برای آوردن هوای آزاد به داخل موتور دارند که ما آنرا "مجرای ورود" می نامیم. مجرای ورود قبل از کمپرسور قرار میگیرد و تاثیر به سزایی در میزان تراست خالص موتور دارد. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده مجرای ورودی در شکلها و اندازه های مختلفی وجود دارد که هر کدام ویژگی خاصی با توجه به موتور و سرعت هواپیما دارند.

ورودی SUBSONIC

برای هواپیماهایی که نمی توانند از سرعت صوت فراتر بروند مانند هواپیماهای مسافربری بزرگ، یک ورودی کوتاه، ساده و مستقیم تقریبا خوب کار میکند. ظاهر این نوع ورودی از قسمت بیرونی تا قسمت داخلی همراه با ضخامتی منحنی شکل مسطح میباشد و قسمت هایی در جلویی ترین بخش ورودی که دو منحنی داخلی و خارجی به یکدیگر متصل می شوند "لب یا لبه" ورودی نامیده میشوند. در یک هواپیمای ساب سونیک از ورودی با لبه ای نسبتا کلفت استفاده میشود.

 

ورودی SUPERSONIC

مجرای ورود برای هواپیماهای سوپرسونیک از لبه ی نازک و تیزی برخوردار می باشد. این لبه بخاطر کاهش اتلاف، کارایی که از موج هی ضربه ای (shock wave) در هنگام پرواز سوپرسونیک حاصل میشود، تیز شده اند.برای یک هواپیمای سوپرسونیک ، مجرای ورودی باید سرعت جریانهای هوا را قبل از ورود هوا به کمپرسور تا حد سرعت ساب سونیک کاهش دهد. بعضی از ورودی های سوپرسونیک مانند شکل بالا تصویر پایینی ، از یک مخروط مرکزی برای آوردن جریان هوا به سرعت ساب سونیک (shock down) استفاده میکنند.دیگر ورودی ها مانند آنچه در شکل بالا، تصویر میانی نشان داده شده از صفحه های مسطح لولایی برای ایجاد، متراکم سازی ارتعاشی که با داشتن شکل هندسی مستطیلی مقطع عرضی، نتیجه میشود، استفاده میکنند. این شکل تغییر پذیر مجرای ورودی در هواپیماهای جنگنده ی F-14 , F-15 استفاده شده است . بیشتر ورودی های دیگر در انواع شکلها به دلایل گوناگونی در بعضی هواپیماها مورد استفاده قرار میگیرد. ورودی هواپیمای SR-71 Blackbird به منظور گشت زنی در سرعتهای بالا به طور ویژه طراحی شده است.

ورودی Hypersonic

در ورودی هواپیماهای هایپرسونیک امروزی نهایت طراحی به کار گرفته شده است. برای هواپیماهای رمجت مجرای ورودی باید سرعت بالای جریان هوا در سوزاننده های رمجت به شرایط سرعت ساب سونیک بیاورد. با دمای ایستایی بالا در این سرعت ، شکل تغییر پذیر ورودی نمیتواند انتخابی برای یک طراح ورودی باشد، برای اینکه ممکن است جریان هوا از میان لولاها سوراخ باز کند. برای هواپیماهای اسکرمجت گرمای محیط حتی خیلی بیشتر است چون سرعت پرواز آن بیشتر از رمجت است. ورودیهای اسکرمجت با بدنه ی هواپیما خیلی کامل شده و مجتمع هستند.در X-43A ورودی شامل تمام سطح زیرین از لبه ی بالایی قسمت جلوی این هواپیما میشود. سرعت جریان خروجی از مجرای ورود یک اسکرمجت باید به اندازه ی سوپرسونیک باشد. به عبارت ساده تر جریان هوای هایپرسونیک که از ورودی یک اسکرمجت وارد میشود پس از گذشتن از مجرای ورودی باید به سرعت سوپرسونیک برسد.

کارایی مجرای ورود

یک ورودی هوا باید در کل زمان پرواز یک هواپیما به خوبی کنترل شود. در سرعت های خیلی پایین هواپیما یا زمان نشستن هواپیما بر روی باند پرواز هوای آزاد توسط کمپرسور به داخل موتور کشیده میشود. مجرای ورود در آمریکا و تابعین inlet نامیده شده و در انگلستان از واژه ی intake برای مجرای ورود استفاده میشود که توضیح دقیق تری درباره ی کارکرد مجرای ورود در سرعت پایین میدهد.
یک ورودی خوب هوا در سرعت های بالا اجازه ی مانور با زاویه ی حمله ی بیشتر و یک ور شدن بدون منقطع کردن جریان به کمپرسور را میدهد. چون مجرای ورود در کل کارکرد هواپیما مهم بوده و تاثیر دارد معمولا توسط شرکتهای سازنده ی بدنه طراحی و تست میشود نه شرکتهای سازنده ی موتور. اما چون عملکرد مجرای ورود در بازده و اجرای موتور نقش موثری دارد، همه ی سازندگان موتور متخصصان آیرودینامیک مجرای ورود را نیز به کار میگیرند.

 

همان طوری که میدانید بیشتر هواپیماهای مدرن مسافربری و جنگنده از موتورهای توربین گازی که جت نامیده میشوند به عنوان پیشران استفاده میکنند و بین این موتورهای توربین گازی تفاوت های زیادی وجود دارد ولی همه ی آنها قسمت های مشترکی دارند که تا کنون چند واحد اصلی آنها را در مطالب قبلی معرفی کردم . همه ی موتورهای توبین گازی یا همان جت یک نازل یا شیپوره دارند که با هدایت گازهای اگزوز به عقب، به جریان آزاد، تراست تولید میکنند. مکان قرار گرفتن نازل در موتورهای جت بعد از توربین قدرت و چنانچه موتور دارای پس سوز باشد بعد از آن قرار میگیرد و در حالت کلی در انتهای موتور جایی که گازهای اگزوز به هوا برخورد میکنند قرار دارد.

 

 

نازل یک دستگاه بسیار ساده است، تنها لوله ای است که شکل مخصوصی داده شده است و گازهای گرم درون آن جریان دارند.به هر حال ریاضیات است که نظر و استدلال دقیقی درباره ی عملکرد و شکل نازل میدهد تا بازده و عملکرد خوبی داشته باشد.
همانطوریکه در شکلهای زیر میبینید نازل ها دارای گوناگونی شکلی و اندازه میباشند که به کاربرد موتورها در هواپیماها بستگی دارند، مانند توربوجت و توبوپراپ. اغلب موتورها یک نازل ثابت همگرا (convergent) دارند که این مدل در سمت چپ شکل زیر دیده میشود و بیشتر با نام axisymmetric شناخته شده است. این نازل مانند آنهایی که در زیر توضیح داده شده فقط در جهت محور موتور تراست تولید میکند و به همین خاطر axisymmetric نامیده شده است. موتورهای توربوفن اغلب از نازل co-annular که در بالای شکل زیر سمت چپ دیده میشود استفاده میکنند. جریان درونی موتور و گازهای داغ از خروجی میانی و جریان هوای فن از خروجی حلقه مانند خارج میشود. مخلوط این دو جریان باعث افزایش تراست میشود و همچنین باعث کم صدایی و تولید صدای کمتری نسبت به نازل همگرا میشود.

 

توربوجت های پس سوز دار و توربوفن ها به شکلی از نازل همگرا-واگرا (CD) که تغییر پذیر باشد احتیاج دارند. نازل CD یا (convergent-divergent) در سمت چپ شکل نشان داده شده است.در این نازل جریان هوا ابتدا در باریکترین ناحیه که گلوگاه نامیده میشود به مرکز همگرا شده سپس در قسمت واگرا انبساط یافته و خارج میشود. شکل تغییر پذیر نازل باعث میشود که این نازل ها رفتار بیشتری نسبت به شکل ساده و ثابت نازل داشته باشند. اما شکل تغییر پذیر نازل زمانی کارآمد خواهد شد که در موتوری با جریان هوای عریض تر از موتوری با یک نازل ثابت معمولی استفاده شود. همچنین موتورهای راکتی از نازل برای سرعت دادن به گازهای خروجی و تولید تراست استفاده میکنند. موتورهای راکتی معمولا  یک نازل ثابت CD دارند که قسمت واگرای آن بزرگتر از نوعی است که در موتورهای جت استفاده میشود .

 این مقاله اختصاصاً برای وبلاگ نساین اس دی جی تهیه شده است و استفاده از آن فقط با ذکر نام نویسنده یا مترجم و نام  نساین اس دی جی همراه با لینک آن مجاز  است