ماهي انواع محركات النفاثه وماهي تاريخها ؟

 

أنواع المحركات النفاثة

عمل فني بسيط يقارن كيفية عمل ستة أنواع من المحركات النفاثة: المحركات النفاثة ، والمحركات التوربينية ، والأعمدة التوربينية ، والمحركات التوربينية المنخفضة والعالية الالتفافية ، والنفاثات النفاثة.

العمل الفني: ملخص لستة أنواع رئيسية من المحركات النفاثة. يتم شرح كل واحد بشكل أكبر في النص أدناه ، متبوعًا برابط لموقع ويب ممتاز تابع لوكالة ناسا حيث ستجد المزيد من الرسومات والرسوم المتحركة.

تعمل جميع المحركات النفاثة والتوربينات الغازية على نطاق واسع بنفس الطريقة (سحب الهواء عبر المدخل ، وضغطه ، واحتراقه بالوقود ، والسماح للعادم بالتمدد من خلال التوربينات) ، لذلك تشترك جميعها في خمسة مكونات رئيسية: مدخل ، و ضاغط وغرفة احتراق وتوربين (مرتبة في هذا التسلسل بالضبط) مع عمود إدارة يمر من خلالها.

ولكن هناك تنتهي اوجه الشبه. تحتوي الأنواع المختلفة من المحركات على مكونات إضافية (مدفوعة بالتوربين) ، وتعمل المداخل بطرق مختلفة ، وقد يكون هناك أكثر من غرفة احتراق ، وقد يكون هناك ضاغطان أو أكثر وتوربينات متعددة. والتطبيق (الوظيفة التي يتعين على المحرك القيام بها) مهم جدًا أيضًا. تم تصميم محركات الفضاء من خلال حل وسط مصمم بدقة: فهي تحتاج إلى إنتاج أقصى قدر من الطاقة من الحد الأدنى من الوقود (بأقصى قدر من الكفاءة ، بمعنى آخر) بينما تكون صغيرة وخفيفة وهادئة قدر الإمكان. لا تحتاج توربينات الغاز المستخدمة على الأرض (على سبيل المثال ، في محطات الطاقة) بالضرورة إلى التنازل بنفس الطريقة تمامًا ؛ لا تحتاج إلى أن تكون صغيرة أو خفيفة ، على الرغم من أنها بالتأكيد لا تزال بحاجة إلى أقصى قدر من القوة والكفاءة.

 

Turbojets

كان يُطلق على تصميم Whittle الأصلي اسم turbojet ولا يزال يستخدم على نطاق واسع في الطائرات اليوم. المحرك التوربيني النفاث هو أبسط أنواع المحركات النفاثة المعتمدة على التوربينات الغازية: إنه نفاث “صاروخ” أساسي يحرك الطائرة إلى الأمام عن طريق إطلاق نفاثة ساخنة من العادم للخلف. يكون العادم الذي يخرج من المحرك أسرع بكثير من دخول الهواء البارد إليه – وهذه هي الطريقة التي تدفع بها المحركات النفاثة النفاثة. في المحرك التوربيني النفاث ، كل ما يتعين على التوربين فعله هو تشغيل الضاغط ، لذلك فهو يأخذ طاقة قليلة نسبيًا بعيدًا عن نفاثة العادم.

المحركات النفاثة التوربينية هي محركات نفاثة أساسية ذات أغراض عامة تنتج كميات ثابتة من الطاقة طوال الوقت ، لذا فهي مناسبة للطائرات النفاثة الصغيرة منخفضة السرعة التي لا يتعين عليها القيام بأي شيء ملحوظ بشكل خاص (مثل التسارع فجأة أو حمل كميات هائلة من البضائع). المحرك الذي شرحناه وشرحناه أعلاه هو مثال. اقرأ المزيد عن المحركات النفاثة من وكالة ناسا (تتضمن محركًا متحركًا يمكنك اللعب به).

 

Turboshafts

عادةً ما تستخدم الطائرة الحديثة المزودة بمروحة محرك توربيني. إنه مشابه للعمود التوربيني في طائرة هليكوبتر ، ولكن بدلاً من تشغيل دوار علوي ، يقوم التوربين الموجود بداخله بتدوير مروحة مثبتة في المقدمة تدفع الطائرة إلى الأمام. على عكس العمود التوربيني ، ينتج المحرك التوربيني بعض الدفع الأمامي من غاز العادم الخاص به ، لكن غالبية الدفع يأتي من المروحة. نظرًا لأن الطائرات التي تعمل بالمروحة تطير ببطء ، فإنها تهدر قدرًا أقل من مقاومة السحب (مقاومة الهواء) للطاقة ، مما يجعلها فعالة للغاية للاستخدام في طائرات الشحن العملاقة وغيرها من الطائرات الصغيرة الخفيفة. ومع ذلك ، فإن المراوح نفسها تخلق الكثير من مقاومة الهواء ، وهذا أحد أسباب تطوير المراوح التوربينية. اقرأ المزيد عن المحركات التوربينية من وكالة ناسا.

 

Turbofans

تحتوي طائرات الركاب العملاقة على مراوح ضخمة مثبتة في المقدمة ، والتي تعمل مثل المراوح فائقة الكفاءة. يعمل المشجعون بطريقتين. إنها تزيد قليلاً من الهواء الذي يتدفق عبر مركز (قلب) المحرك ، مما ينتج عنه قوة دفع أكبر بنفس الوقود (مما يجعلها أكثر كفاءة). ينفخون أيضًا بعضًا من هوائهم حول الجزء الخارجي من المحرك الرئيسي ، “يتخطون” القلب تمامًا وينتجون تيارًا خلفيًا من الهواء مثل المروحة. بعبارة أخرى ، ينتج المحرك المروحي الدفع جزئيًا مثل المحرك التوربيني النفاث وجزئيًا مثل المحرك التوربيني التوربيني. ترسل المحركات المروحية ذات الالتفافية المنخفضة كل هواءها تقريبًا عبر القلب ، بينما ترسل المحركات عالية الالتفافية مزيدًا من الهواء حولها. يخبرك قياس يسمى نسبة الالتفافية بكمية الهواء (بالوزن) التي تمر عبر قلب المحرك أو حوله ؛ في محرك الالتفافية العالية ، قد تكون النسبة 10: 1 ، مما يعني مرور الهواء أكثر بعشر مرات من مروره عبر القلب. القوة والفعالية الهائلة تجعل المحركات المروحية المروحية هي الاختيار المفضل في كل شيء بدءًا من طائرات الركاب (التي تستخدم عادةً الالتفافية العالية) إلى المقاتلات النفاثة (الالتفافية المنخفضة). يعمل التصميم الجانبي أيضًا على تبريد المحرك النفاث وجعله أكثر هدوءًا. اقرأ المزيد عن المحركات المروحية من وكالة ناسا.

 

Turboprops

عادةً ما تستخدم الطائرة الحديثة المزودة بمروحة محرك توربيني. إنه مشابه للعمود التوربيني في طائرة هليكوبتر ، ولكن بدلاً من تشغيل دوار علوي ، يقوم التوربين الموجود بداخله بتدوير مروحة مثبتة في المقدمة تدفع الطائرة إلى الأمام. على عكس العمود التوربيني ، ينتج المحرك التوربيني بعض الدفع الأمامي من غاز العادم الخاص به ، لكن غالبية الدفع يأتي من المروحة. نظرًا لأن الطائرات التي تعمل بالمروحة تطير ببطء ، فإنها تهدر قدرًا أقل من مقاومة السحب (مقاومة الهواء) للطاقة ، مما يجعلها فعالة للغاية للاستخدام في طائرات الشحن العملاقة وغيرها من الطائرات الصغيرة الخفيفة. ومع ذلك ، فإن المراوح نفسها تخلق الكثير من مقاومة الهواء ، وهذا أحد أسباب تطوير المراوح التوربينية. اقرأ المزيد عن المحركات التوربينية من وكالة ناسا.

 

Ramjets and scramjets

تقوم المحركات النفاثة بغرف الهواء بسرعة ، لذلك ، من الناحية النظرية ، إذا صممت المدخل كفوهة متدرجة بسرعة ، يمكنك جعله يضغط الهواء الوارد تلقائيًا ، بدون ضاغط أو توربين لتشغيله. المحركات التي تعمل بهذه الطريقة تسمى النفاثات النفاثة ، وبما أنها تحتاج إلى الهواء للسفر بسرعة ، فهي مناسبة حقًا فقط للطائرات الأسرع من الصوت والتي تفوق سرعة الصوت (أسرع من الصوت). يتحرك الهواء أسرع من الصوت عند دخوله إلى المحرك ، حيث يتم ضغطه وإبطائه بشكل كبير ، إلى سرعات دون سرعة الصوت ، ممزوجًا بالوقود ، ويتم إشعاله بواسطة جهاز يسمى حامل اللهب ، مما ينتج عنه عادم يشبه الصاروخ يشبه ذلك الذي تصنعه المحركات التوربينية الكلاسيكية. تميل طائرات Ramjets إلى استخدامها في محركات الصواريخ والقذائف ، ولكن نظرًا لأنها “تتنفس” الهواء ، فلا يمكن استخدامها في الفضاء. تتشابه محركات سكرامجت ، باستثناء أن الهواء الأسرع من الصوت لا يبطئ أي شيء مثل سرعته عبر المحرك. من خلال البقاء أسرع من الصوت ، يخرج الهواء بسرعة أعلى بكثير ، مما يسمح للطائرة بالانتقال أسرع بكثير من الطائرة التي تعمل بمحرك نفاث (نظريًا ، سرعة تصل إلى 15 ماخ أو 15 ضعف سرعة الصوت – في المنطقة “التي تفوق سرعة الصوت”). اقرأ المزيد عن الطائرات النفاثة النفاثة والسرعات النفاثة من ناسا

 

تاريخ موجز للمحركات النفاثة

حوالي القرن التاسع عشر: استخدم المخترع البريطاني السير جورج كايلي (1773-1857) نماذج بسيطة لاكتشاف التصميم الأساسي وتشغيل طائرات الرفع الحديثة. لسوء الحظ ، فإن مصدر الطاقة العملي الوحيد المتاح خلال عمره الإنتاجي هو محرك بخاري يعمل بالفحم ، وهو كبير جدًا وثقيل وغير فعال لتشغيل الطائرة. 1860-1870: عمل المهندس الفرنسي جوزيف إتيان لينوار (1822-1900) والمهندس الألماني نيكولاس أوتو (1832-1891) وكارل بنز بشكل مستقل لتطوير محرك سيارة حديث خفيف الوزن ونظيف وغني نسبيًا بالطاقة. وقود أكثر عملية من الفحم. 1884: البريطاني السير تشارلز بارسونز (1854-1931) كان رائدًا في التوربينات البخارية والضاغط ، وهما مكونان تقنيان أساسيان لمحركات الطائرات المستقبلية. 1903: استخدم الأخ ويلبر رايت (1867-1912) وأورفيل رايت (1871-1948) محركات الغاز لتشغيل مروحتين مركبتين على أجنحة طائرة بسيطة ثنائية السطح لأول رحلة طيران. 1908: اخترع الفرنسي رينيه لورين (1877-1933) المحرك النفاث – أبسط محرك نفاث. 1910: ولد هنري ماري كواندا (1885-1972) في رومانيا ، لكنه عمل بشكل أساسي في فرنسا ، وصنع أول طائرة في العالم تشبه الطائرات Coandă-1910 ، والتي كانت تعمل بمراوح هوائية كبيرة بدلاً من المراوح. 1914: حصل رائد الفضاء الأمريكي روبرت هاتشينغز جودارد (1882-1945) على براءتي اختراع أولتين تصفان صواريخ متعددة المراحل تعمل بالوقود السائل – وبعد سنوات عديدة ، ستساعد براءات الاختراع هذه على إرسال البشر إلى الفضاء. 1925: صنعت شركة Pratt & Whitney (الآن واحدة من أكبر الشركات المصنعة للمحركات الهوائية في العالم) محركها الأول ، هورنتس تسع أسطوانات. 1928: قام المهندس الألماني ألكسندر ليبش (1894-1976) بتركيب محرك صاروخي على طائرة شراعية تجريبية ، مما أدى إلى إنشاء أول طائرة صاروخية في العالم Liebsch Int. 1926: اقترح المهندس البريطاني آلان جريفيث (1893-1963) استخدام المحركات التوربينية الغازية لتشغيل الطائرات في ورقة كلاسيكية بعنوان “النظرية الديناميكية الهوائية لتصميم التوربينات”. في الواقع ، جعل هذا العمل Griffith الأب النظري للمحركات النفاثة (تتضمن العديد من مساهماته اكتشاف أن ضواغط المحرك النفاث تتطلب استخدام شفرات منحنية ومبسطة بدلاً من تلك ذات الملامح المسطحة البسيطة). أصبح غريفيث لاحقًا رائدًا في مجال المحركات التوربينية ، والمحركات التوربينية ، وطائرات الهليكوبتر للإقلاع والهبوط (VTOL) ، حيث شغل منصب كبير العلماء في Rolls-Royce ، محرك الطائرات الرائد في العالم ، أحد الشركات المصنعة. 1928: صمم المهندس البريطاني فرانك ويتل (1907-1996) ، البالغ من العمر 21 عامًا ، محركات نفاثة ، لكن الجيش البريطاني (ومستشاره آلان غريفيث) رفضا أخذ أفكاره على محمل الجد. اضطر ويتل إلى إنشاء شركته الخاصة وتطوير أفكاره الخاصة. بحلول عام 1937 ، كان قد بنى أول محرك نفاث حديث ، ولكن كنموذج فقط 1933-1939: صمم هانز فون أوهاين (1911-1998) ، المنافس الألماني ويتل ، محركًا نفاثًا مزودًا بضاغط وتوربينات. تم تصميم محركها HeS 3B في عام 1938 ، وقامت بتشغيل Heinkel He-178 في 27 أغسطس 1939 كأول طائرة بمحرك نفاث في العالم في أول رحلة لها. 1951: قام مهندس الطيران الأمريكي تشارلز كامان (1919-2011) ببناء أول مروحية K-225 بمحرك توربيني غازي. 2002: أصبح محرك جنرال إلكتريك GE90-115B المزود بشاحن توربيني أقوى محرك في العالم ، مع قوة دفع قصوى تبلغ 569 كيلو نيوتن (127900 رطل قدم).

قد يعجبك ايضا
نحن نستخدم ملفات تعريف الارتباط لنمنحك أفضل تجربة ممكنة على موقعنا. بالمتابعة في استخدام هذا الموقع، فإنك توافق على استخدامنا لملفات تعريف الارتباط.
قبول
سياسة الخصوصية