ماهو المحرك النفاث ؟محركات نفاثه طريقة عمل معلومات

ما هو المحرك النفاث؟

المحرك النفاث عبارة عن آلة تقوم بتحويل الوقود السائل الغني بالطاقة إلى قوة دفع قوية تسمى الدفع. يدفع الدفع من محرك واحد أو أكثر الطائرة إلى الأمام ، مما يجبر الهواء على تجاوز أجنحتها المشكلة علميًا لإنشاء قوة صاعدة تسمى الرفع تدفعها إلى السماء. هذا ، باختصار ، كيف تعمل الطائرات – ولكن كيف تعمل المحركات النفاثة؟

يظهر محرك نفاث من الأمام يظهر شفرات المروحة

الصورة: محرك نفاث تفكك أثناء الاختبار. يمكنك أن ترى بوضوح المروحة العملاقة في المقدمة. يدور هذا لامتصاص الهواء إلى المحرك بينما تحلق الطائرة في السماء. الصورة بواسطة إيان شوينبيرج بإذن من البحرية الأمريكية.

المحركات النفاثة ومحركات السيارات

تتمثل إحدى طرق فهم المحركات النفاثة الحديثة في مقارنتها بالمحركات المكبسية المستخدمة في الطائرات القديمة ، والتي تشبه إلى حد بعيد المحركات النفاثة التي لا تزال تستخدم في السيارات. محرك المكبس (يسمى أيضًا المحرك الترددي ، لأن المكابس تتحرك للأمام والخلف أو “متبادلة”) تجعل قوتها في “أواني الطهي” الفولاذية القوية تسمى الأسطوانات. يتم ضخ الوقود في الاسطوانات مع الهواء من الغلاف الجوي. يقوم المكبس الموجود في كل أسطوانة بضغط الخليط ، مما يرفع درجة حرارته بحيث يشتعل تلقائيًا (في محرك ديزل) أو بمساعدة قابس شرارة (في محرك غاز). ينفجر الوقود والهواء المحترقان ويتمددان ، ويدفعان المكبس للخارج ويدفعان العمود المرفقي الذي يعمل على تشغيل عجلات السيارة (أو مروحة الطائرة) ، قبل أن تكرر الدورة المكونة من أربع خطوات (السحب ، والضغط ، والاحتراق ، والعادم) نفسها. تكمن المشكلة في ذلك في أن المكبس يتم تحريكه فقط أثناء إحدى الخطوات الأربع — لذا فهو يصنع الطاقة فقط بجزء بسيط من الوقت. ترتبط كمية القوة التي ينتجها محرك المكبس ارتباطًا مباشرًا بحجم الاسطوانة ومدى تحرك المكبس ؛ ما لم تستخدم أسطوانات ومكابس ضخمة (أو الكثير منها) ، فأنت مقيد بإنتاج كميات متواضعة نسبيًا من الطاقة. إذا كان محرك المكبس يشغّل طائرة ، فهذا يحد من السرعة التي يمكن أن تطير بها ، ومقدار الرفع الذي يمكن أن تصنعه ، ومقدار حجمها ، ومقدار ما يمكن أن تحمله.

الصورة: التوجه الهائل! ينتج محرك الطائرات النفاثة Pratt and Whitney F119 156000 نيوتن (35000 رطل) من قوة الدفع خلال اختبار القوات الجوية الأمريكية هذا في عام 2002. يبدو هذا وكأنه قوة كبيرة ، لكنه أقل من نصف قوة الدفع الناتجة عن أحد المحركات النفاثة الضخمة ( turbofans) على طائرة ، كما ترون من الرسم البياني الشريطي أسفل هذه المقالة. صورة ألبرت بوسكو مقدمة من سلاح الجو الأمريكي.

يستخدم المحرك النفاث نفس المبدأ العلمي لمحرك السيارة: فهو يحرق الوقود بالهواء (في تفاعل كيميائي يسمى الاحتراق) لإطلاق الطاقة التي تشغل طائرة أو مركبة أو آلة أخرى. ولكن بدلاً من استخدام الأسطوانات التي تمر بأربع خطوات بدورها ، فإنها تستخدم أنبوبًا معدنيًا طويلًا ينفذ نفس الخطوات الأربع في تسلسل خط مستقيم – وهو نوع من خط إنتاج صنع الدفع! في أبسط نوع من المحركات النفاثة ، يسمى محرك نفاث ، يتم سحب الهواء إلى الداخل من خلال مدخل (أو مدخل) ، وضغطه بواسطة مروحة ، وخلطه بالوقود واحتراقه ، ثم إطلاقه كعادم ساخن وسريع الحركة عند الظهر.

ثلاثة أشياء تجعل المحرك النفاث أقوى من محرك السيارة المكبس:

يخبرنا مبدأ أساسي للفيزياء يسمى قانون حفظ الطاقة أنه إذا احتاج محرك نفاث إلى إنتاج المزيد من الطاقة في كل ثانية ، فعليه حرق المزيد من الوقود كل ثانية. تم تصميم المحرك النفاث بدقة لامتصاص كميات هائلة من الهواء وحرقه بكميات هائلة من الوقود (تقريبًا بنسبة 50 جزءًا من الهواء إلى جزء واحد من الوقود) ، لذا فإن السبب الرئيسي وراء إنتاجه المزيد من الطاقة هو أنه يمكن أن يحرق المزيد وقود.
نظرًا لأن السحب والضغط والاحتراق والعادم تحدث جميعها في وقت واحد ، فإن المحرك النفاث ينتج طاقة قصوى طوال الوقت (على عكس الأسطوانة المفردة في محرك المكبس).
على عكس محرك المكبس (الذي يستخدم ضربة واحدة للمكبس لاستخراج الطاقة) ، يمرر المحرك النفاث النموذجي عادمه عبر “مراحل” توربينية متعددة لاستخراج أكبر قدر ممكن من الطاقة. هذا يجعلها أكثر كفاءة (تحصل على طاقة أكبر من نفس كتلة الوقود).

توربينات الغاز

الاسم التقني للمحرك النفاث هو التوربينات الغازية ، وعلى الرغم من أنه ليس من الواضح على الفور ما يعنيه ذلك ، إلا أنه في الواقع وصف أفضل بكثير لكيفية عمل محرك مثل هذا حقًا. يعمل المحرك النفاث عن طريق حرق الوقود في الهواء لإطلاق غاز العادم الساخن. ولكن عندما يستخدم محرك السيارة انفجارات العادم لدفع مكابسه ، يقوم المحرك النفاث بدفع الغاز عبر شفرات عجلة دوارة تشبه طاحونة الهواء (توربين) ، مما يجعلها تدور. لذلك ، في المحرك النفاث ، يعمل غاز العادم على تشغيل التوربينات – ومن هنا جاء اسم التوربينات الغازية.

الفعل ورد الفعل
عندما نتحدث عن المحركات النفاثة ، فإننا نميل إلى التفكير في الأنابيب الشبيهة بالصواريخ التي تطلق غاز العادم للخلف. جزء أساسي آخر من الفيزياء ، قانون نيوتن الثالث للحركة ، يخبرنا أنه عندما يرتد غاز عادم المحرك النفاث ، يجب أن تتحرك الطائرة نفسها للأمام. إنه تمامًا مثل لوح التزلج الذي يركل على الرصيف للمضي قدمًا ؛ في المحرك النفاث ، هو غاز العادم الذي يعطي “الركلة”. بكلمات يومية ، يكون الفعل (قوة إطلاق غاز العادم للخلف) مساويًا ومعاكسًا لرد الفعل (قوة الطائرة تتحرك للأمام) ؛ يحرك الإجراء غاز العادم ، بينما يحرك التفاعل الطائرة.

لكن لا تعمل جميع المحركات النفاثة بهذه الطريقة: فبعضها لا ينتج أي عوادم صاروخية على الإطلاق. بدلاً من ذلك ، يتم تسخير معظم قوتهم بواسطة التوربين – ويتم استخدام العمود المرتبط بالتوربين لتشغيل مروحة (في طائرة مروحية) ، وشفرة دوارة (في طائرة هليكوبتر) ، ومروحة عملاقة (في طائرة ركاب كبيرة ) ، أو مولد كهرباء (في محطة توليد كهرباء تعمل بالغاز). سنلقي نظرة على هذه الأنواع المختلفة من محركات توربينات الغاز “النفاثة” بتفاصيل أكثر قليلاً في لحظة. أولاً ، دعونا نلقي نظرة على كيف يصنع محرك نفاث بسيط قوته.

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