Jet engine موتور جت چیست و چگونه کار می کند؟ تاپیک جامع موتور جت انجمن تندر نود

[Marshal]

Jet engine موتور جت چیست و چگونه کار می کند؟ تاپیک جامع موتور جت انجمن تندر نود

موتور جت
از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

آزمایش یک موتور جت پرات اند ویتنی که برای جنگنده اف-۱۵ ساخته شده است.

موتور جت نوعی موتور است که از شتاب دادن و تخلیه شاره برای ایجاد رانش برپایه قانون سوم نیوتن استفاده می‌کند.

با این تعریف گسترده موتورهائی مانند توربوجت و توربوفن و رام‌جت و موتور موشک، گونه‌ای موتور جت به‌شمار می‌روند. ولی معمولاً منظور از موتور جت توربینی است که با بیرون‌دادن گاز داغ برای پیشرانش به‌کار می‌رود.

اصول پایهٔ کارکرد این نوع موتورها تقریباً ساده است ، هوا از طریق یک مجرای ورودی به بخش کمپرسور وارد شده و متراکم می‌شود ، سپس هوای متراکم وارد محفظهٔ احتراق شده و با اضافه شدن سوخت مشتعل می‌شود . گرمای ناشی از احتراق مخلوط هوا و سوخت باعث منبسط شدن و جریان یافتن آن به سمت انتهای موتور می‌گردد،این جریان منبسط شونده از میان یک سری پره‌های توربین عبور می‌کند که از طریق یک شفت به کمپرسور متصل شده اند . هوای منبسط شده توربین را به گردش در می‌آورد که در نتیجه باعث به حرکت در آمدن کمپرسور نیز می‌شوند.

زمانی که هوای منبسط شونده بخش توربین را نیز پشت سر گذاشت با سرعتی بسیار بیشتر از زمانی که وارد موتور شده از آن خارج می‌شود که این تفاوت سرعت بین هوای ورودی و خروجی رانش مورد نیاز را ایجاد می‌کند.در واقع موتورهای توربو جت شتاب بسیار زیادی به حجم کمی از هوا می‌دهند.

موتورهایی که از اصول کار موتورجت بهره‌می‌برند ولی پیشرانش در آن‌ها با ملخ انجام می‌گیرد توربوپراپ نام دارند و نوعی موتور جت به‌شمار نمی‌روند.

Jet engine

From Wikipedia, the free encyclopedia

A Pratt & Whitney F100 turbofan engine for the F-15 Eagle and the F-16 Falcon being tested in the hush house at Robins Air Force Base, Georgia, USA. The tunnel behind the engine muffles noise and allows exhaust to escape

Simulation of a low bypass turbofan's airflow






A jet engine is a reaction engine that discharges a fast moving jet of fluid to generate thrust in accordance with Newton's laws of motion. This broad definition of jet engines includes turbojets, turbofans, rockets, ramjets, pulse jets and pump-jets. In general, most jet engines are internal combustion engines[1] but non-combusting forms also exist.


In some common parlance, the term 'jet engine' loosely refers to an internal combustion duct engine. These typically consist of an engine with a rotary (rotating) air compressor powered by a turbine ("Brayton cycle"), with the leftover power providing thrust via a propelling nozzle. These types of jet engines are primarily used by jet aircraft for long distance travel. Early jet aircraft used turbojet engines which were relatively inefficient for subsonic flight. Modern subsonic jet aircraft usually use high-bypass turbofan engines which give high speeds, as well as (over long distances) better fuel efficiency than many other forms of transport.

[Marshal]

موتورهای جت چگونه کار می کنند؟

موتور جت یک موتور واکنشی است که سیال را بر اساس قانون سوم نیوتن با سرعت بالا به حرکت در می آورد. این تعریف کلی از موتورهای جت دربرگیرنده توربو جت ها، توربو فن ها و راکت هاست. به طور عمومی بیشتر موتورهای جت از نوع موتورهای احتراق درونی (internal combustion) هستند ولی انواع غیر درونی وجود دارد. در استفاده های عمومی لفظ "موتور جت" به یک توربین گازی که از داخل احتراق پیدا می کند اتلاق می شود، موتوری که با یک متراکم کننده گردشی که از یک توربین نیرو می گیرد کار می کند. این موتورها اولین ساختاری بودند که در موتورهای جت به کار رفتند.


موتورهای جت بر عكس موتورهای پیستونی كه در آنها نیروی محركه از طریق یك پیستون كه در یك سیلندر بالا و پایین می شود،تأمین می شود، با چرخش مداوم یك توربین و كمپرسور نیروی محركه را تأمین می كنند. در نتیجه بازده بالاتر و صدای كمتری نسبت به موتورهای پیستونی تولید می كنند. موتورهای جت از سه قسمت اصلی تشكیل شده اند كه عبارتند از كمپرسور،‌ محفظه ی احتراق و توربین .توربین در قسمت انتهایی موتور قرار دارد و نیروی محركه كمپرسور را تأمین و از طریق یك یا چند میله(Shaft) به كمپرسور می رساند.
تاریخچه


موتور جت هواپیما كه هواى داغ پرفشارى را تولید مى كرد توسط فرانك ویتل خلبان و مهندس هواپیماى انگلیسى اختراع شد و از این رو وى را پدر موتور جت مى نامند.
ویتل در سال 1907در شهر «كاونترى» به دنیا آمد. پدرش مكانیك بود. در سن 26 سالگى به عنوان خدمه پرواز در كران ول به نیروى هوایى سلطنتى انگلستان پیوست و در سال 1926با قبولى در معاینات پزشكى _ خلبانى به دانشكده نیروى هوایى سلطنتى راه یافت. او به عنوان یك خلبان بى پروا شهرتى بسزا به دست آورد و در سال 1928 تز فوق لیسانسش با عنوان «پیشرفت هاى آتى در طراحى هواپیما» كه در آن راجع به امكان نفوذ راكت به هواپیما بحث شده بود را به رشته تحریر درآورد.

ویتل پس از فارغ التحصیلى از دانشكده نیروى هوایى سلطنتى، به اسكادران جنگى ملحق شد و در اوقات فراغتش به مطالعه درباره اصول طراحى موتور توربوجت مدرن مى پرداخت. یكى از اساتید پرواز كه تحت تاثیر ایده او در زمینه هواپیماهاى ملخ دار قرار گرفته بود، او را به نیروى هوایى و یك كارخانه خصوصى مهندسى توربین معرفى كرد. پس از مدتى همه به این نتیجه رسیدند كه عقاید و نظریات ویتل غیرعملى است. او در سال 1930ایده موتور جت را به صورت انحصارى به ثبت رساند و در سال 1936 با تاسیس كارخانه خصوصى «پاور جت» به ساخت و آزمایش اختراعش پرداخت.
در سال 1937 اولین موتور جت خود را بر روى زمین آزمایش كرد. تا آن زمان او همچنان از سرمایه و حمایت اندكى برخوردار بود. در 27 آگوست ،1939 «هانیكل اچ اى 178» كه توسط «هانس یوخیم پابست فون اوهاین» آلمانى طراحى شده بود اولین پرواز موتور جت در تاریخ را به انجام رساند. مدل موتور جت آلمانى به صورت مستقل از تلاش هاى ویتل تكمیل شده بود.
یك هفته پس از پرواز «اچ اى 178»، جنگ جهانى دوم در اروپا آغاز شد. پروژه ویتل، فضایى دوباره براى تحقیق و آزمایش یافت. نیروى هوایى سفارش ساخت موتور جت جدیدى را به شركت «پاور جت» داد و از شركت هواپیمایى گلاستر خواستار تولید هواپیمایى آزمایشى با مشخصات یكسان به نام E28/39 شد.
در 15 مه ،1941 هواپیماى جت گلاستر ویتل E28/39 با موتور جت تكمیل شده توسط شركت توربین انگلستان كه تا آن روز به عقاید ویتل بى توجه بود، به پرواز درآمد.
هواپیماى ویتل در پروازهاى آزمایشى اولیه به خلبانى «گرى سایر» به سرعت 370مایل در ساعت در ارتفاع 25 هزار پایى رسید كه سریع تر از هر هواپیماى ملخه اى تا آن زمان بود.
همچنان كه شركت هواپیمایى گلاستر در زمینه هواپیماهایى با موتور توربو جت براى جنگ تحقیق مى كردند، ویتل آمریكایى ها را در تكمیل موفقیت آمیز اولین نمونه موتور جت یارى مى داد.
كتاب وى با نام «جت، داستان یك پیشرو» در سال 1953 منتشر شد. او در سال 1977 استاد تحقیق آكادمى فنون و علوم هوایى آمریكا در آناپولیس مرى لند شد. وى در سال 1996در شهر مرى لند ایالت كلمبیا چشم از جهان فروبست.
نحوه کارکرد


انواع موتورهای جت


موتورهای جت به چند دسته اساسی تقسیم می شوند:
.توربوفن Turbo Fan
.توربوجت Turbo Jet
.توربوپراپ Turbo Prop
.پالس جت Pulse Jet
.رم جت Ram Jet
.سکرام جت Scram Jet
در حقیقت، تمام موتورهای جت که توربین دارند، نوع پیشرفته تری از همان موتورهای توریبن گازی هستند که در زمانهای دورتر استفاده می شده است. از موتورهای توربین گازی بیشتر برای تولید برق نه تولید نیروی رانش استفاده می شود. موتورهای جت کلاً بر پایه ی موارد زیر کار می کنند: هوا از مدخل وارد موتور جت شده و سپس با چرخاندن توربین نیروی لازم را برای مکش هوا برای سیکل بعدی آماده کرده و خود از مخرج خارج می شود. در این حالت فشار و سرعت هوای خروجی، بدون در نظر گرفتن اصطکاک، با سرعت و فشار هوای ورودی برابر است. سیکل کاری موتورهای جت پیوسته است، این بدین معناست که هنگامی که هوا وارد کمپرسور می گردد، به سوی توربین عقب موتور رفته و آن را نیز همراه با خروج خود به حرکت در می آورد، یعنی نیروی لازم برای مکش در حقیقت به وسیله توربین انتهایی موتور تولید شده است و بدین گونه است که همزمان با ورود هوا به کمپرسور، توربین نیز به وسیله نیروی تولید شده توسط سیکل قبلی در حال چرخش است و نیروی آن صرف چرخاندن کمپرسور می شود. در این فرآیند، دوباره نیروی تولید شده توسط این سیکل به توربین داده شده و توربین نیروی لازم جهت ادامه کار را فراهم می آورد.

1. موتورهای توربوفن یا Turbo Fan
موتورهای توربوفن در حقیقت چیزی میان موتورهای توربوجت و توربو پراپ هستند. بازده موتورهای توربوفن بسیار زیاد است، و به همین علت هم در بسیاری از هواپیماهای مسافربری و ترابری در سرعت های ساب سونیک Sub Sonic از آن ها استفاده می شود. در موتورهای توربوفن، ابتدا هوا کمپرس شده سپس وارد اتاقک احتراق می شود و بعد از انفجار از طریق شیپوره یا نازل خروجی خارج شده و در طی این فرآیند، نیروی تراست لازم را جهت رانش هواپیما به جلو تامین می نماید. البته در موتورهای توربوفن، مقادیر دیگری از هوا از طریق کنارگذر نیز عبور داده می شود که در نهایت به گازهای خروجی داغ پیوسته و نیروی تراست را افزایش می دهد. تفاوت موتورهای توربوفن با توربوپراپ در این است که موتورهای توربوپراپ، فن یا ملخ ایجاد کننده تراستشان در خارج از پوسته موتور قرار گرفته اما در موتورهای توربوفن، ملخ یا فن تولید کننده تراست کاملاً در درون پوسته موتور قرار گرفته است.

2- موتورهای توربوجت یا Turbo Jet
موتورهای توربو جت، بیشتر بر نیروی تولیدی از گازهای خروجی اتکا دارند و در هواپیماهایی بیشتر کاربرد دارند که با سرعت های مافوق صوت حرکت می کنند. در موتورهای توربوجت، ابتدا، هوا وارد کمپرسور شده و متراکم می گردد. اما چون این هوا با سرعت نسبتاً زیادی وارد موتور گردیده برای احتراق مناسب نمی باشد و بیشتر سوخت مصرف شده، بدون اشتعال هدر می رود. به همین دلیل هوا به قسمت دیفیوژر یا همان کاهنده سرعت فرستاده می شود تا از سرعت آن کاسته شود. در دیفیوژر، ابتدا از سرعت هوا کاسته و بر دما و فشار آن افزوده می شود. سپس این هوای آماده برای احتراق، به اتاقک احتراق فرستاده می شود. در اتاقک احتراق یا Combaustion Chamber، هوا ابتدا وارد لوله احتراق گشته، با سوخت مخلوط شده سپس منفجر می گردد. قسمتی از نیروی حاصله از این انفجار صرف گرداندن توربین شده و مابقی برای تولید نیروی رانش به کار می رود. گاهی در هواپیماهای توربوجت، بعد از شیپوره خروجی یا نازل، قسمتی به نام پس سوز یا After Burner قرار می دهند که بر نیروی تراست می افزاید.

After Burner یا قسمت پس سوز چگونه کار می کند؟
هنگامی که گازهای خروجی از موتور خارج می شوند، هنوز مقداری اکسیژن و سوخت مصرف نشده دارند که در قسمت پس سوز، با مشتعل ساختن دوباره گازهای خروجی و افزایش 4 برابر سوخت معمولی به این مخلوط، به طور قابل توجهی بر نیروی تراست می افزایند. البته استفاده از پس سوز فقط در شرایط اضطراری و شرایط جنگی مجاز است در غیر این صورت مجاز نیست. تنها هواپیمای مسافربری با پس سوز، هواپیمای کنکورد Concorde ساخت مشترک آلمان، انگلیس و فرانسه است که به علت ایجاد آلودگی صوتی زیاد و مصرف سوخت بالا، بازنشست شد.
4- موتورهای پالس جت یا Pulse Jet
موتورهای پالس جت دارای توربین، کمپرسور، یا شفت نمی باشند و تنها قطعه متحرک البته در نوع دریچه دار، دریچه آن می باشد. در این گونه موتورها، ابتدا توده بزرگی از انفجار در داخل موتور صورت می پذیرد که سبب بسته ماندن دریچه می شود. چون تنها راه فرار هوا از موتور قسمت انتهای آن می باشد هوا به طرف آنجا هجوم می آورد.در نتیجه تر ک هوا، خلا یا حالت مکشی به وجود آمده که باعث باز شدن دریچه و ورود هوای تازه می شود. در این حالت، مقداری هوای محترق شده از خروج بازمانده و صرف تراکم و انفجار گاز تازه وارد می گردد و سیکل به همین ترتیب ادامه پیدا می کند.در نوع بدون دریچه، از یک خم برای ایفای نقش دریچه استفاده می شود که با انفجار گازها و بدلیل وجود این خم، کاهش فشار صورت گرفته و مقداری از گازهای خروجی باز می گردند به همین ترتیب سیکل ادامه داده می شود.
5- موتورهای رم جت یا Ram Jet:
موتورهای رم جت، هیچ قطعه ی متحرکی ندارند و در نگاه اول، مانند یک لوله توخالی به نظر می رسند که بیشتر در سرعت های مافوق صوت به کار می روند. موتورهای رم جت نیز مانند پالس جت، دارای توربین، کمپرسور یا ... نمی باشند استفاده از آنها به عنوان موتور دوم معمول است که بیشتر در موشکها به کار می روند. در این گونه موتورها، برای روشن شدن موتور ابتدا باید سرعت هوا به مقدار لازم برسد در صورت رخداد چنین حالتی، موتور جت به طور خودکار خود را روشن می کند. در موتور رم جت، هوا با سرعت زیاد وارد موتور شده و به علت سرعت بیش از حد، در قسمت دیفیوژر به خوبی کمپرس و متراکم شده و دما و فشار آن بسیار بالا می رود. در این حالت مخلوط هوا و سوخت منفجر گشته و با خروج از موتور، نیروی تراست بسیار زیادی را آزاد می کنند. این موتورها قدرت بسیار زیادی را دارا می باشند اما برای شروع پرواز و برخاست مناسب نمی باشند.

6- موتورهای اسکرم جت یا Scram Jet:
نام این موتورها از دو واژه Super Sonic و Combustion گرفته شده که به معنای انفجار در سرعت مافوق صوت است. این گونه موتور ها در سرعت های هایپر سونیک Hyper Sonic به کار می روند و طرز کار آنها بسیار مشابه موتورهای رم جت با تغییراتی می باشد. این نکته قابل توجه است که مشتعل ساختن مولکول های هوا در حالی که هوا با سرعت بالای 4 ماخ وارد موتور می گردد، مانند روشن کردن کبریت در گردباد تورنادو است! و از همین جا می توان درک کرد که چه تکنولوژی عظیمی در این لوله توخالی به کار گماشته شده است. شایان ذکر است که اولین هواپیمای دارای موتور سکرم جت، هواپیمای X-43 است که سرعت آن بالای 7 ماخ می باشد.
اجزای اصلی موتورهای جت:


1. کمپرسور:
کمپرسورها وظیفه متراکم کردن هوای ورودی را بر عهده دارند. کمپرسورها بر دو نوع هستند: 1- کمپرسورهای محوری 2- کمپرسورهای شعاعی یا گریز از مرکز. کمپرسورهای محوری که در اکثر موتورهای جت امروزی استفاده می شود، از چند طبقه فن یا پنکه به تعداد مشخص (دو یا بیشتر) تشکیل شده است که هرچه به سمت درون بیشتر پیش برویم، از زاویه پره های فن ها کاسته می شود و همچنین توسط همین تیغه ها یا پره ها، به سیال جهت حرکت داده شده و با کاهش زاویه پره ها، به فشار سیال یا هوا افزوده و از سرعتش کم شده و در نتیجه متراکم می گردد. اما در کمپرسورهای شعاعی یا گریز از مرکز، که بیشتر در موتورهای گازی ساده یا قدیمی کاربرد داشته است، در اصل هوا به یک مانع برخورد کرده و سپس توسط پره های آن به قسمت دیفیوژر یا کاهنده سرعت منحرف می شود که این فرآیند با ازدیاد فشار همراه است، در نتیجه هوا متراکم می گردد.

2- سیستم احتراق:
سیستم احتراق، شامل سوخت پاش، جرقه زن و اتاقک و لوله احتراق می گردد. فرآیند انفجار در درون لوله های احتراق صورت می پذیرد که این عمل با وارد شدن هوا به اتاقک و مخلوط شدن آن با سوخت سپس انفجار آن به وسیله شمع جرقه زن انجام می شود. انژکتور Injector وسیله است که با استفاده از نیروی موتور، سوخت را به پودر تبدیل می کند و حکمت این کار در بهتر مشتعل شدن در صورت تبدیل به پودر نهفته است. البته سوخت قبل از ورود به انژکتور، مقداری گرم شده تا برای احتراق آماده تر باشد. ابتدا انژکتور سوخت را روی هوای متراکم می پاشد و سپس این مخلوط آماده انفجار است که به وسیله شمع جرقه زن، این عمل صورت می گیرد.

3- سیستم توربین:
در اینجا، ابتدا هوای منفجر شده به پره های توربین برخورد کرده و نیروی لازم جهت گرداندن کمپرسور و مکش هوا برای سیکل بعدی تولید می شود که این نیرو به وسیله شفتی به کمپرسور انتقال داده شده و باعث حرکت آن می شود. قبل از توربین، استاتور توربین وجود دارد که برای تنظیم جهت حرکت سیال هوا برای ورود به قسمت توربین به کار می رود. توربین ها نیز به دو دسته محوری و شعاعی تقسیم می شوند که نوع محوری چند طبقه است. چون دمای کارکرد توربین بسیار بالا می باشد، در ساخت آن از آلیاژهای مخصوصی استفاده می شود.
4- سیستم خروج گازهای داغ:
این سیستم، در حقیقت تولید تراست واقعی را برای رانش هواپیما به جلو می کند و سهم اصلی را در تولید و توضیع فشار دارد. در مدل های متحرک، زاویه پره های شیپوره انتهایی موتور برای میزان کردن فشار قابل تنظیم است. گفتنی است سیستم پس سوز یا After Burner بعد از این بخش نصب می شود. به این قسمت، نازل Nozzle هم گفته می شود.
5- سیستم کشش برگردان یا Thrust Reversation System:
در سیستم کشش برگردان، به وسیله دریچه هایی، نیروی تراست موتور برعکس می شود، بدین صورت که خلبان در هنگام فرود نیروی برگردان را فعال ساخته و از آن به عنوان ترمز استفاده می کند، یعنی نیروی موتور در جهت عکس اعمال می شود. البته توضیح خود این سیستم و کلیه سیستم های دیگر هر یک می تواند به اندازه یک کتاب توضیحات تکمیلی نیاز داشته باشد اما در اینجا به ذکر همین نکات کوتاه و جزئی و اجمالی بسنده می شود. در صورت اظهار علاقه خوانندگان به چگونگی کار کرد این موتور ها مقالات بیشتر را در این زمینه شاهد خواهید بود. لازم به ذکر است که ساخت موتورهای جت به صورت خانگی هم امکان پذیر است و هم اکنون رواج بسیاری در بین جوانان علاقه مند به این علم دارد و یک چنین موتورهای جت دست سازی به طور گسترده ای در هواپیماهای مدل قدرتمند به کار گرفته می شوند.

منبع: ویکی پدیا
iranengineer
وبلاگ هوانوردی

[Marshal]

تصاویری از موتور جت قسمت اول

[Marshal]

تصاویری از موتور جت قسمت دوم

[Marshal]

Jet engine موتور جت چیست و چگونه کار می کند؟ تاپیک جامع موتور جت انجمن تندر نود

انواع موتور های جت:

موتور های جت کلا به هفت دسته تقسيم می شوند:

۱.توربين گاز
۲.توربو فن
۳.رم جت
۴.پالس جت
۵.پرشر جت
۶.توربو جت
۷.توربو پراپ

۱. توربين گاز
در حقیقت تمامی موتورهای جتی که دارای توربین هستند توربین گازناميده می شوند ولی اصطلاح توربین گاز بیشتر به موتورهای جتی داده میشود که هدف استفاده از آنها تولید رانش نیست بلکه چرخاندن توربین و اکثرا برای تولید برق است و برخی اوقات در طراحی و نحوه قرار گرفتن توربین ها و نازل با انواع دیگر موتور جت تفاوت عمده ای دارند . در توربین های بخار برای چرخاندن توربینها ابتدا آب را توسط سوختهای فسیلی حرارت میدهند تا آب تبدیل به بخار شود و بخار سبب چرخش توربین میشود که این سیستم دارای ضعفهایی است از جمله حجیم بودن دستگاهها و تشکیلات نیروگاه ولی در توربین گاز مرحله تبدیل آب به بخار حذف شده است و گاز های داغ خروجی که در توربین بخار هدر میشوند در این حالت مستقیما سبب چرخش توربین میگردد .


۲. توربوفن
موتور های توربو فن در واقع دارای فرآیندی مابین دو موتور توربوجت و توربو پراپ هستند . تفاوت این موتور با موتور توربو پراپ در این نکته است که پنکه موتور توربوپراپ کاملا خارج از پوسته و بدنه موتور قرار دارد ولی در موتور توربوفن این پنکه کاملا در داخل پوسته موتور قرار دارد . از این نوع موتور جت برای سرعت های مادون صوت استفاده میگردد .توربوفن ها دارای بازدهی نسبی زیادی هستند . بخشی از هوای ورودی توسط پنکه این موتور توسط داکتی و جدا از محفظه احتراق و توربین ولی در امتداد آنها به سمت نازل پیش برده میشود که در نهایت نیز به گاز های داغ تولیدی میپیوندد و بر نیروی رانش تولیدی میافزاید . در زیر شکلی برش خورده از یک موتور توربو فن مشاهده میشود ولی داکت هدایت هوا در شکل مشخص نیست .

3. رم جت

رم جتها را توربین گازی به حساب نمی آورند زیرا این نوع از موتور جت دارای کمپرسور و توربین نمیباشد موتور رم جت اکثرا به عنوان موتور دوم مورد استفاده قرار میگیرد به اینصورت که هواپیما یا راکت در ابتدا توسط موتور اصلی خود به پرواز در میاید و پس از رسیدن به سرعت معین که میزان فشار و سرعت لازم هوای ورودی برای رم جت تامین گردید موتور رم جت خود را روشن میکند . رم جتها نسبت به انواع دیگر موتورهای جت تولید رانش بیشتری میکنند ولی برای شروع پرواز مناسب نمیباشند .


4. پالس جت
پالس جتها یکی از انواع قدیمی موتور جت میباشند که بعضی اوقات بدلیل مشترکاتی با رم جت یکی شمرده میشوند .پالس جت ها همانند رم جت نه دارای کمپرسور هستند و نه دارای توربین ولی از نظر کار کرد تفاوت عمده ای دارند .موتورهای پالس جت در گذشته کاربرد داشتند و در هواپیما های قدیمی به عنوان پیشران استفاده میشدند ولی هم اکنون استفاده چندانی ندارند چراکه امروزه موتور های توربو جت با بازدهی بالا جایی برای انواع دیگر باقی نگذاشتند ولی به دلیل سیستم کارکرد جالبی که این موتور دارد به تشریح دونوع از این موتور میپردازیم .در موتورهای پالس جت به خصوص نوع دریچه دار عمل احتراق با فرض ایده آل حجم ثابت است . دقت شود که پالس جت ها بر خلاف رم جت ها در سرعت صفر نیز قابلیت استارت و کار آیی هستند .( در مورد پالس جت ها این باور عمومی وجود دارد که حداکثر سرعت پرنده ای که با پیشران پالس جت حرکت میکند زیر 750 کیلومتر بر ساعت میباشد )

سیکل کارکرد پالس جت دریچه دار:

احتراق :

در اين فاز احتراق سوخت منجر به تشكيل توده بزرگي از گرما و فشار ميشود فشار حاصل منجر به بسته ماندن شير يكطرفه كه در پشت هوا و سوخت محترق ميباشد ميگردددر نتيجه توده محترق بناچار فقط در مسيرمورد نظر ميتواند حركت كند.

انفجار:

در اين مرحله سوخت و هواي منبسط شده از نازل خارج ميگرددو گازهاي داغ خروجي منجر به توليد نيروي رانش ميگردد.

سوخت گيری:

گازهاي داغ بدليل انعطاف پذيري و دارا بودن جرم تمايل به حفظ حركت خود به سمت نازل را دارند حتي اگرفشار داخل موتور كمتر فشار محيط باشد خروج اين گازها از محفظه احتراق موجب افت فشار در محفظه و بازشدن شير يكطرفه ميگردد و مقداري سوخت و هوا به اين محفظه وارد ميشود

فشردگی:

بدليل فشار كم موجود بين هوا و سوخت ورودي و گازهاي داغ خروجي مقداري از اين گازهاي داغ به محفظه احتراق باز ميگرددكه اين عمل موجت محترق شدن اين توده هوا و سوخت ميشود و سيكل به مرحله اول باز ميگردد .

سیکل کارکرد پالس جت بدون دریچه :

در پالس جت های بدون دریچه خمی که مابین محفظه احتراق و نازل قرار دارد دقیقا کاری را انجام میدهد که دریچه در نوع دریچه دار انجام میدهد .با وجود این خم در این ناحیه کاهش فشار ایجاد شده و مقداری از گاز های در حال خروج را به محفظه احتراق باز میگرداند .و بقیه مراحل دقیقا همانند نوع دریچه دار میباشد که در بالا توضیح داده شد .


۵. پرشر جت

اين موتور جت امروزه كاربردي در صنايع هوايي و به عنوان پيشران جت ندارد . اين موتور را ميتوان طرحي ابتدايي از موتور رم جت دانست . در اين پیشران جت سوخت از قسمت بالايي به داخل لوله اي چند تكه كه از بالا به پايين قطور تر ميگردد پاشيده ميشود و از قسمت بالایی و دهانه لوله و همچنین از فواصلي كه مابين اين لوله چند تكه وجود دارد هواي تازه وارد لوله شده و با سوخت مخلوط ميگردد . سپس مخلوط سوخت و هوا وارد محفظه احتراق شده و محترق ميگردند . براي گرم كردن سوخت پيش از عمل احتراق ، لوله سوخت رسان را در محفظه احتراق و بدور جدار داخلي آن ميپيچانند و به اين ترتيب سوخت گرما را از توده گاز داغ محترق شده دريافت ميكند و گرم ميشود ، به اين ترتيب عمل احتراق نيز با كيفيت بهتري انجام ميگردد.


۶. توربو جت
توربو جتها از انواع متداول موتورهای جت هستند که در اکثرهواپیماهای جنگنده و پرنده هایی که با سرعتهای زیاد حرکت میکنند استفاده میگردد .

در زیر به طرز کار موتور توربو جت میپردازیم

1 . در مرحله اول هوا از طریق دهانه ورودی وارد ابتدای قسمت کمپرسور میشود .
2 . در مرحله بعدی هوا توسط کمپرسور فشرده شده و بطرف دیفیوژر فرستاده میشود .
3 . پس از کاسته شدن سرعت و افزایش فشار و دمای هوا در دیفیوژر هوا به محفظه احتراق و سپس لوله احتراق فرستاده میشود .
4 . پس از عملیات احتراق در موتور گاز های داغ تولیدی باعث چرخش توربین و در نتیجه محور متصل به توربین میگردد.از نکات قابل توجه در طراحی یک توربو جت طراحی بخش نازل و خروجی است چراکه هدف استفاده از توربوجت نیروی رانش پرنده میباشد . در بهترین حالت فشار ستون هوای داغی که از موتور خارج میگردد با فشار جو اطراف پرنده برابر است .

توربو جت با جریان محوری :

توربو جت با جریان مرکزی :

۷. توربو پراپ

موتور جت توربو پراپ ، موتوری است ما بین موتور توربوفن و توربو جت .طرز کارکرد این موتور با توربو جت دقیقا همسان میباشد . پروانه بزرگ که به شفت اصلی متصل است نیروی رانش یا تراست تولید میکند نیروی تراست تولیدی پروانه همراه با نیروی رانش تولیدی توسط گازهای داغ خروجی نیروی رانش برآیند را تولید میکند .

لینکهای زیر هم لینکهای مفیدی در این رابطه اند : (این لینکها فقط قسمتهایی از سایتها هستند نام لینک نام کامل سایت است)

jet engine و toffsworld.com و aircraftenginedesign.com

[Marshal]

تاریخ مختصر موتور جت

تاریخ مختصر موتور جت
حمل و نقل هوایی در سال 1950 با استفاده از توربین‌های گازی هوایی به تکامل رسید.
در اواخر سال 1920 یک افسر جوان نیروی هوایی سلطنتی انگلستان بنام فرانک ویتل تصمیم گرفت توربین گازی طراحی کند، و در سال 1930 توربین گازی هوایی یا موتور جت مستقلاً بوسیله ویتل در انگلستان و هانس فون اوهاین در آلمان توسعه یافت.
با شکست آلمان در جنگ جهانی دوم و موفقیت اولیة ویتل، سازندگان هواپیما در انگلستان را بفکر تولید موتور جت انداخت. اولین هواپیمای جت مسافربری دنیا، هواپیمای هاویلند کومت انگلیسی بود.
این هواپیما با 4 دستگاه موتور گاست (ghost) هاویلند مجهز گردیده، و اولین پرواز خود را در سال 1949 انجام داد، و در سال 1952 وارد خدمت شد.
لیکن در سال 1954 مصیبت دامنگیرکومت گردید و دو فروند از این نوع هواپیما بر فراز دریا و در حالی که حامل مسافر بودند متلاشی شدند. در بازرسی مشخص گردید که کومت از ضعف ساختمان بدنه، ناشی از خستگی فلز صدمه دیده است. هنگامی که اشکال تشخیص داده شد، تعمیرات انجام گردید ونوع بهینه شده هواپیما به خدمت در آمد، اما انگلستان پیشگامی خود را از دست داد. این شکست باندازه‌ای بزرگ بود که انگلیسیها نتوانستند آنرا جبران کنند.
بوئینگ با تجربه بر روی هواپیماهای بمب افکن جت نظامی B-47 و B-22

و با ساخت هواپیمای مدل بوئینگ 367

به صف مقدم تولید کنندگان جت رسید، این هواپیما بعدا به هواپیمای تانکر KC-135 وهواپیمای مسافربری 1950 واوایل 1960 بعنوان سالهای طلایی تحقیق و توسعه هوافضایی شناخته شد، در این سالها اولین هواپیماهای بمب‌افکن جت به نیروهای نظامی پیوستند و اولین جنگنده‌ها و بمب افکن‌های مافوق صوت موجودیت یافتند.



منبع مقاله:مجله صنایع هوایی
عکس:راعی

[Marshal]

تاریخچه موتور جت و توربین گازی

بصورت دسته بندی زمانی تاریخچه توربین گازی و موتور جت را میتوان بصورت زیر نشان داد
یکصدوپنجاه سال پیش از میلاد : الکساندریا توربین هوای داغ را برای به حرکت درآوردن اجسامی در جشنهای مذهبی ساخت
هزاروپانصدوده میلادی : لئوناردو داوینچی توربین هوای داغ را برای به حرکت در آوردن و چرخاندن گوشت برای بریان کردن آن استفاده کرد
هزاروهفتصدونود : جان باربر انگلیسی مشخصات توربین گازی را با ارائه دادن الگوی سیکل ترمو دینامیکی توصیف کرد و آنرا برای موتور جت پیشنهاد کرد
هزاروهشتصدوهفت : جورج کالی موتور هوای داغ با توربین نوع عکس العملی را اختراع کرد که این موتور نحوه کارش همانند توربین های گاز امروزی بود
هزاروهشتصدوهجده : جیمز ژول فیزیکدان انگلیسی تئوری سیکل توربین گازی را بررسی و ارائه داد که با نام سیکل ژول معروف است
هزاروهشتصدوبیست وچهار : کارنو مقدمات اولیه تئوری موتور جت (توربین گاز) را ارائه کرد
هزاروهشتصدوبیست و هفت : رابرت استرلینگ برای موتور هایی که در سیکل هوای داغ کار میکنند مبدل حرارتی را اختراع کرد
هزاروهشتصدوسی و هفت : برسون اولین توربین گازی با کمپرسور چرخشی را طراحی کرد
هزاروهشتصدوچهل و شش : بوردن استفاده از کمپرسور و توربین چند مرحله ای را پیشنهاد کرد
هزاروهشتصدوهفتادودو : استالز اولین توربین گازی امروزی را طراحی کرد هزاروهشتصدوهشتادوچهار : چارلز پارسون طراحی توربین گازی را با جزییات بیشتری ارائه داد
هزارونهصدودو : موس دستگاه آزمایش توربین گازی را در دانشگاه کرنل نصب کرد
هزارونهصدوپنج : سوسیتی اولین توربین گازی را که 4 % بازدهی داشت را در پاریس راه اندازی کرد
هزارونهصدوهشت : هلزورس اولین توربین گازی را با حجم ثابت ساخت
هزارونهصدوبیست : شرکت تیسن توربین گازی هلزورس را به عنوان موتور قطار ایالتی بکار برد
هزارونهصدوسی : فرانک ویتل اولین طرح توربین گازی جت را ارائه داد
هزارونهصدوچهل : توربین گازی با سیکل بسته بکار گرفته شد
هزارونهصدو یک : هواپیما با موتور توربین گازی ساخته شده توسط فرانک ویتل به پرواز در آمد
هزارونهصدوچهل و هشت : توربین گازی با سیکل نیمه باز در سوییس آزمایش شد
هزارونهصدوپنجاه و شش : سیکل بسته با سوخت پودر زغال آزمایش شد
هزارونهصدوپنجاه ونه : رزمناو نیروی دریایی سلطنتی انگلیس با بکار گیری سیکل ترکیبی بخار و توربین گاز آزمایش شد
هزارونهصدوشصت : شرکت جنرال الکتریک واحد ترکیبی بخار و گاز را بکار گرفت هزارونهصدوشصت و یک :
انگلیسی ها هاور کرافت با موتور توربین گاز را بکار بردند
هزارونهصدوشصت و دو : شبکه تولید برق انگلستان واحد گازی به ظرفیت 17.5 مگاوات را آزمایش کرد

[Marshal]

استارت موتورهای جت وتوربینی

برای روشن شدن یک موتور توربینی یقینا به یک آغازگر و راه انداز نیاز میباشد

همانطور که برای روشن شدن یک موتور پیستونی نیاز است.

ولی بین استارت یک موتور پیستونی و یک موتور توربینی تفاوت زیادی وجود دارد که به تعدادی از آنها اشاره میکنم:

یک تفاوت اساسی استارت موتورهای جت با استارت موتورهای پیستونی در این است که در موتورهای پیستونی بیشترین فشار و بار وارد بر روی استارت در لحظات اول است و آن به دلیل این است که در این موتورها کافی است میل لنگ با دور متوسطی بچرخد و پیستون ها بتوانند هوا را به اندازه کمپرس کنند و موتور با قدرت خود به کار ادامه دهد. و چنانچه استارت در این موتورها خراب شود میتوان آنرا به طرق دیگر روشن کرد . یعنی استارت در این موتورها ارزش حیاتی پایینی دارد چون میتوان با هل دادن یک ماشین آنرا روشن کرد.


و اما در موتورهای توربینی استارت از اهمیت بسیار بالایی برخوردار میباشد بطوریکه به هیچ وجه نمیتوان این موتورها را بدون داشتن یک استارت بکار گرفت. نکته ی مهم اینجاست که در موتورهای جت برخلاف موتورهای پیستونی بیشترین فشار و بار بر استارت قبل از قطع جرقه، زمانی است که بار وارد بر کمپرسور افزایش میابد. تفاوت اساسی دیگر که در ظاهر خود را نشان میدهد مدت زمان استارت خوردن است.در موتورهای پیستونی مدت زمان استاندارد استارت خوردن حدود 1.8 ثانیه است و در موتورهای سرحال این مقدار کمتر نیز هست که البته در مورد موتورهای قدیمی بحث نمیکنم. این درحالی است که مقدار زمان لازم برای استارت خوردن یک موتور توربینی معمولی با قدرت نسبی hp 120 حدود 100 ثانیه است. البته این زمان در هر موتوری متفاوت است ولی موتور هر چه قدر کوچکتر باشد به زمان کمتری احتیاج دارد و برعکس.


هدف از سیستم استارت شتاب دادن به موتوراست تا لحظه ای که توربین ها بتوانند قدرت کافی برای ادامه ی سیکل کاری موتور را تهیه کنند. به این نقطه از سرعت توربین ها "سرعت خودکفایی" میگویند. استارترها انواع مختلفی را دارند ولی همان طور که گفته شد هدف همه ی استارترها یکی است و آن رساندن دور موتور به سرعت خودکفایی و در موتورهای بدون توربین رساندن موتور به نقطه ی خودکفایی است. تهیه، انتخاب یا استفاده از استارت ها به عواملی بستگی دارد که در زیر به آنها اشاره کردم.


یکی زمان استارت است که در هواپیماهای جنگی بسیار مهم است و حتی پس از رسیدن موتور به دور هرزگرد درجه حرارت گازهای اگزوز بالا میرود ولی پس از اینکه دور به 40% Max رسید درجه حرارت گازهای اگزوز باید پایین بیاید، در غیر اینصورت خلبان باید موتور را خاموش کند تا اشکال آن برطرف گردد.علت بالا رفتن درجه حرارت اگزوز در حین استارت زدن عدم وجود هوای خنک کننده بخاطر کم بودن دور کمپرسور است. زمانی که استارت زده میشود شمع ها قبل از ورود سوخت به محفظه ی احتراق شروع به جرقه زدن میکنند. چون اگر مانند موتورهای پیستونی اول مخلوط هوا و سوخت وارد شود ممکن است به"Hot start" بینجامد.

Hot start استارتی است که در آن حرارت گازهای اگزوز از حد مجاز تجاوز میکند. چنانچه در زمان استارت زدن موتور روشن نشود، سوخت نسبتا زیادی (در موتورهای بزرگ) وارد محفظه ی احتراق میگردد. در اینحالت اگر دوباره استارت زده شود میتواند منجر به Hot start شود. برای جلوگیری از Hot start سیستمی کار گذاشته است که سیستم تخلیه یا Drain نامیده میشود و چنانچه موتور در استارتهای اولیه روشن نشود این سیستم سوخت داخل محفظه ی احتراق را تخلیه میکند.

عامل دیگر امکان دسترسی به نیروی محرکه ی استارت است. حتی موتورهای جت کوچک مقدار جریان الکتریسیته ی زیادی برای روشن شدن احتیاج دارند. به همین نسبت موتورهای بزرگتر نیرویی بیشتر برای روشن شدن احتیاج دارند. بعضی از استارتها از جهت نیروی محرکه خودکفا هستند. به این صورت که اکثر هواپیماهای جت انرژی لازمه استارت (دور بالای موتور) را از موتورهای جت کوچکتری که برق تولید میکنند میگیرند. یا ممکن است قدرت لازم برای استارت در یک هواپیمای چند موتوره از یک موتور که روشن است گرفته شود تا بقیه ی موتورها روشن شوند ، در چنین حالتی میتوان یکی از موتورهای هواپیما را با یکی از انواع استارتها روشن کرد سپس بقیه موتورها را با نیروی این موتور روشن کرد.

سومین عامل مواردی است از قبیل وزن مخصوص (نسبت وزن به گشتاور یا قدرت تولیدی)، سادگی، قابلیت اطمینان، قیمت و قابلیت تعمیر مجدد.



انواع استارت برای موتورهای توربینی عبارتند از:

1. استارت الکتریکی
2. استارت الکتریکی که بعد از استارت زدن آلترناتور شود
3. استارت فشنگی یا استارت با سوخت جامد
4. استارت بادی
5. استارت با احتراق هوا و سوخت
6. استارتر با موتور هیدرولیکی
7. استارت دستی یا هندلی
8. استارتر با سوخت یک پایه

تصویر یک استارت الکتریکی میکروجت

استارت الکتریکی
منبع این نوع استارت همان طور که از نامش پیداست موتور الکتریکی است. موتور الکتریکی که در این نوع موتورها استفاده میشود دارای RPM زیادی میباشد.RPM در حالت کلی به معنای تعداد دور در دقیقه میباشد و این یکایی است که برای نشان دادن دور موتورها چه پیستونی و چه توربینی به کار برده میشود. قدرت این استارت برای گرداندن کمپرسور صرف می شود تا کمپرسور هوا را به میزان لازم کمپرس کرده و به محفظه ی احتراق بفرستد. چنانچه در استارت یک موتور توربینی قدرت و سرعت کافی موجود نباشد RPM موتور در هنگام استارت کم خواهد بود و چون دور کمپرسور کم است آن مقدار که باید هوا را فشرده کند نمیکند لذا به سرعت خودکفایی نمیرسد و موتور روشن نمیشود (راه نمی افتد). برخلاف استارت موتورهای پیستونی که پس از روشن شدن موتور از مدار اتصال به فلایویل توسط اتومات استارت جدا میشود، در این نوع از استارت موتورهای توربینی استارت تا رساندن RPM موتور به اندازه ی RPM حالت خودکفایی کار میکند. این نوع استارت توان مصرفی بسیار بالایی دارد بطوریکه بر صفحات باطریها فشار بسیاری وارد میکند لذا از این استارت در موتورهای توربینی که تعداد توربین کمتری دارند استفاده میشود. از این استارت در بیشتر موتورهایی که کاربرد صنعتی دارند به عنوان بهترین استارت استفاده میشود.

شمایل نمای داخلی یک موتور که یک استارت الکتریکی بر روی آن با واسطه ی تغییر گشتاور نصب شده است.

استارت فشنگی بکار رفته در موتور t58

استارت فشنگی
این استارت یک استوانه فشنگی شکل است که درون آن ماده ی انفجاری که ازدیاد حجم و انبساط زیادی مینماید قرار میدهند. این استارت در قسمت قبل از کمپرسور نصب میشود، مانند آنچه در شکل زیر دیده میشود. تصویر زیر یک استارت فشنگی را بطور جدا از موتور نشان میدهد.

استارت بادی
در این نوع استارت هوای کمپرس شده در مخزن اکسیژن که معمولا مایع میباشد همزمان با سوخت به داخل محفظه ی احتراق تزریق و محترق شده که باعث حرکت سریع توربینها میشود و بعد از دور خودکفایی سیکل کاری توسط خود موتور انجام میشود. متاسفانه به دلیل استفاده و کاربرد غلط از نام " استارت بادی" از آن تعابیر مختلفی میشود مانند: استارت بادی استارتی است که هوا را با سرعت به توربینها ( یا کمپرسورها) میزند و آنها را به گردش در می آورد که با تحقیق مطلع شدم که این تعبیر از استارت بادی در واقع استارتی است به نام استارت هیدرولیکی و در کل اینکه به نام بعضی از آنها زیاد توجه نکنید، فقط طریقه ی کار و عملکرد آنها را خوب به خاطر بسپارید چون زمانی برایتان لازم میشود.

سایر استارتها
استارت با احتراق هوا و سوخت در موتورهایی بکار میرود که از سوخت های مخصوصی استفاده میکنند و در این نوع استارت موتور با اینحالت که در حال سیکل عادی است کار میکند و نمونه ی استفاده از این نوع استارت میکروجتی است که از سوخت گازی استفاده میکند. در استارت با موتور هیدرولیکی نیز هوای کمپرس شده توسط موتور هیدرولیکی به داخل محفظه ی احتراق راه میابد و در استارت هندلی نیز یک هندل با واسطه ی تغییر گشتاور به شفت اصلی متصل میشود و کمپرسور را به حرکت در می آورد. تصویر زیر یک استارتر هیدرولیکی خیلی کوچک و دست ساز را نشان میدهد که شامل یک موتور الکتریکی و یک توربین گریز از مرکز دقیقا مشابه کمپرسور گریز از مرکز میباشد و از توربین کمپرسور ساخته شده است که لوله ی خروجی آن به ورودی موتوری که قرار روشن شود وصل میشود.

استارت الکتریکی هم که کاربرد زیادی در بین موتورهای صنعتی دارد اینطور است که بعد از استارت به حالت آلترناتور تغییر میکند و با نیروی موتور برق تولید میکند.استارتهایی هم وجود دارند که با تزریق سوختی مخصوص مانند هیدروژن روشن میشوند و بعد از استارت از سوخت عادی استفاده میکنند.
استارتهایی که امروزه بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند شامل استارتهای زمینی برای هواپیماها میباشند که به چند طریق عمل میکنند. یکدسته مانند استارتهای هیدرولیکی عمل می کنند و دسته ی دیگر شامل یک موتور جت کوچک تولید کننده ی برق میباشند که برق تولیدی آنها در استارت الکتریکی موتور اصلی استفاده میشود. در بعضی هواپیما ها نیز از یک موتور جت کوچک و مجزا استفاده میشود که خودش با استارت الکتریکی روشن شده و با نیروی شفت خود یا با برق تولیدی خود سایر موتورهای اصلی را روشن میکند. این هم تصویر نمای داخلی یک موتور است که متعلق به تولید کننده ی BMWاست و اگر دقت کنید میبینید که این موتور دارای استارت دستی (هندلی)است.

به خاطر بسپارید که کلید ساخت یک موتور جت در استارت آن است.

اگر استارت موتور شما خوب نباشد یا درست عمل نکند شما به هیچ وجه قادر به روشن کردن موتورتان نخواهید بود و دلیل آن در این است که نیروی لازم برای سیکل کاری توسط استارت تامین میشود.

فرزادرنجبر

[Marshal]

اولین موتور جت توسط دو شخص بطور همزمان ساخته شد.

آقای فرانک ویتل از بریتانیای کبیر(انگلستان)وآقای هانس وان اوهین از آلمان که درسال م.1930 بطور مستقل از یکدیگر اولین موتور جت را بطور همزمان ساختند.ویتل تفکرات اولیه اش از 22 سال سابقه کاری در نیروی هوایی رویال سرچشمه گرفت.


بخاطر نوآوریش درسال 1932 وهمچنین چاپ نوآوریش یک پاداش به او اعطا شد اما او انتظار توجه کمی داشت. ویتل در سال 1936 برای کار در کمپانی تحقیقی جت های قدرتمند فرا خوانده شدواقدام به توسعه کارهای مدلی موتور خود برای استفاده ی نظامی کرد. بعد از حل و فصل کردن بسیاری از مشکلات فنی سرانجام برگه ی پشتیبانی را در سال 1939 از دولت انگلیس دریافت کرد.

در این میان مهندس آلمانی هانس وان اوهین مطالعات مستقل خود را در مورد پیشران جت در 1930 زمانی که دوره ی دکتری خودش را میگذارند,شروع کرد.در سال 1937بتفصیل برای طراحی و ساخت یک موتور قوی و یک بدنه مناسب تلاش کرد و موتور او اولین موتور جتی بود که بعد از ساختن هواپیمای هینکل هی 178 که ساخته ی خودش بود در 27 آگوست 1939 به پرواز درآمد. درانگلیس, وزارت هوا از آزمایش ویتل که موتورخود را بر روی هواپیمایی که توسط گلاستر ساخته شده بود سوار کرده بود خیلی تحت تاثیرقرارگرفته بود. هر چند سالهای زیادی طول کشید تا هردو کشور ارزش موتورهای جت راتشخیص دهند اماهر دو آنها درخواستی راجهت جت های قدرتمند جنگنده داشتند و نتیجه این که هر دوی آنها در جنگ جهانی دوم از این هواپیماها استفاده ی نظامی بردند.


زمانی که موتور ویتل طراحی و ساخته شده بود شرکت جنرال الکتریک هم در ایالات متحده پیشرفت هایی حاصل کرده بود و ازموتور جدیدی در Bell P-59 Airacomet استفاده کرده بود.دیگر جت هایی که در جنگ جهانی دوم(W.W.2) توسعه یافتند شامل Heinkel He 162 و He 280 که به خوبیLockheed P-80 Shooting Star بودند اشاره کرد.آلمان هم طرح هایی تدارک دید و حتی اجازه ی ساخت یک جت کامل خود(Me 262 ) را در ژاپن در جریان جنگ داد. موتور جت نوعی موتور است که از شتاب دادن و تخلیه شاره برای ایجاد رانش برپایه قانون سوم نیوتن استفاده می‌کند.


با این تعریف گسترده موتورهائی مانند توربوجت و توربوفن و رام‌جت و موتور موشک، گونه‌ای موتور جت به‌شمار می‌روند. ولی معمولاً منظور از موتور جت توربینی است که با بیرون‌دادن گاز داغ برای پیشرانش به‌کار می‌رود.

موتورهایی که از اصول کار موتورجت بهره‌می‌برند ولی پیشرانش در آن‌ها با ملخ انجام می‌گیرد توربوپراپ نام دارند و نوعی موتور جت به‌شمار نمی‌روند.
آزمایش یک موتور جت پرات اند ویتنی که برای جنگنده اف-۱۵ ساخته شده استمدت‌ها صحبت از این بود كه روزی موتور‌های جت با استفاده از سوخت جانشین به كار خواهند افتاد. با این حال هنوز هیچ كس نمی‌داند كه چه زمانی این اتفاق رخ می‌دهد و جزئیات آن چگونه خواهد بود.


اما در حالی كه صنعت هوانوردی به آینده مبهم‌اش می‌اندیشد، سازندگان موتور‌های جت هم اكنون به فكر نجات خودشان افتاده‌اند و تلاش می‌كنند تا موتور‌هایی بسازند كه بتواند حمل و نقل هوایی را پاك‌تر، ساكت‌تر و كارآمد‌تر كند، البته نه در 30 سال آینده كه ظرف 5 یا 6 سال. یكی از جدی‌ترین تلاش‌ها در این میان نسل بعدی موتور‌های كمپانی «پرات‌ اند ویتنی» موسوم به توربوفن دنده‌ای است كه اگر همه چیز به خوبی پیش برود، شاهد آغاز فعالیت آن در سال 2013 خواهیم بود.

در موتور‌های جت امروزی فن غول‌پیكری در جلوی موتور قرار دارد كه هوا را به درون محفظه احتراق می‌كشاند. سپس در انتهای موتور توربینی قرار دارد كه هوا را با نیروی حاصل از احتراق موتور، به سمت عقب می‌دمد.


مشكل اساسی اینجا است كه فن، موتور و توربین به هم متصل‌اند و هر 3 با سرعت یكسان كار می‌كنند كه به هیچ‌وجه خوب نیست. در واقع فن در سرعت پایین عملكرد بهتری دارد و توربین در سرعت بالا. همچنین عامل اصلی غرش مهیب هواپیما نیز همین حركت سریع فن‌ها است.


مهندسان پرات اند ویتنی موتور جدیدشان را به جعبه دنده بسیار پیشرفته‌ای مجهز كردند كه به كمك آن فن و توربین می‌توانند با سرعت‌های متفاوتی كار كنند. به این ترتیب با فعالیت فن و توربین در سرعت‌های بهینه، موتور نیروی پیشران بیشتری تولید می‌كند و سر و صدای هواپیما نیز كمتر خواهد بود. به گفته مهندسان پرات‌ اند ویتنی هزینه فعالیت و نگهداری این موتور در مقایسه با انواع فعلی به ترتیب 10 و 30 درصد كمتر خواهد بود كه میزان صرفه‌جویی ناشی از آن برای یك جت 120 نفره به 600 هزار دلار در سال می‌رسد.

انواع موتور های جت:

موتور های جت کلا به هفت دسته تقسيم می شوند:
۱.توربين گاز
۲.توربو فن
۳.رم جت
۴.پالس جت
۵.پرشر جت
۶.توربو جت
۷.توربو پراپ

۱. توربين گاز در حقیقت تمامی موتورهای جتی که دارای توربین هستند توربین گاز ناميده می شوند ولی اصطلاح توربین گاز بیشتر به موتورهای جتی داده میشود که هدف استفاده از آنها تولید رانش نیست بلکه چرخاندن توربین و اکثرا برای تولید برق است و برخی اوقات در طراحی و نحوه قرار گرفتن توربین ها و نازل با انواع دیگر موتور جت تفاوت عمده ای دارند . در توربین های بخار برای چرخاندن توربینها ابتدا آب را توسط سوختهای فسیلی حرارت میدهند تا آب تبدیل به بخار شود و بخار سبب چرخش توربین میشود که این سیستم دارای ضعفهایی است از جمله حجیم بودن دستگاهها و تشکیلات نیروگاه ولی در توربین گاز مرحله تبدیل آب به بخار حذف شده است و گاز های داغ خروجی که در توربین بخار هدر میشوند در این حالت مستقیما سبب چرخش توربین میگردد .

۲. توربوفنموتور های توربو فن در واقع دارای فرآیندی مابین دو موتور توربوجت و توربو پراپ هستند . تفاوت این موتور با موتور توربو پراپ در این نکته است که پنکه موتور توربوپراپ کاملا خارج از پوسته و بدنه موتور قرار دارد ولی در موتور توربوفن این پنکه کاملا در داخل پوسته موتور قرار دارد . از این نوع موتور جت برای سرعت های مادون صوت استفاده میگردد .توربوفن ها دارای بازدهی نسبی زیادی هستند . بخشی از هوای ورودی توسط پنکه این موتور توسط داکتی و جدا از محفظه احتراق و توربین ولی در امتداد آنها به سمت نازل پیش برده میشود که در نهایت نیز به گاز های داغ تولیدی میپیوندد و بر نیروی رانش تولیدی میافزاید . در زیر شکلی برش خورده از یک موتور توربو فن مشاهده میشود ولی داکت هدایت هوا در شکل مشخص نیست


3. رم جترم جتها را توربین گازی به حساب نمی آورند زیرا این نوع از موتور جت دارای کمپرسور و توربین نمیباشد موتور رم جت اکثرا به عنوان موتور دوم مورد استفاده قرار میگیرد به اینصورت که هواپیما یا راکت در ابتدا توسط موتور اصلی خود به پرواز در میاید و پس از رسیدن به سرعت معین که میزان فشار و سرعت لازم هوای ورودی برای رم جت تامین گردید موتور رم جت خود را روشن میکند . رم جتها نسبت به انواع دیگر موتورهای جت تولید رانش بیشتری میکنند ولی برای شروع پرواز مناسب نمیباشند .


4. پالس جت پالس جتها یکی از انواع قدیمی موتور جت میباشند که بعضی اوقات بدلیل مشترکاتی با رم جت یکی شمرده میشوند .پالس جت ها همانند رم جت نه دارای کمپرسور هستند و نه دارای توربین ولی از نظر کار کرد تفاوت عمده ای دارند .موتورهای پالس جت در گذشته کاربرد داشتند و در هواپیما های قدیمی به عنوان پیشران استفاده میشدند ولی هم اکنون استفاده چندانی ندارند چراکه امروزه موتور های توربو جت با بازدهی بالا جایی برای انواع دیگر باقی نگذاشتند ولی به دلیل سیستم کارکرد جالبی که این موتور دارد به تشریح دونوع از این موتور میپردازیم .در موتورهای پالس جت به خصوص نوع دریچه دار عمل احتراق با فرض ایده آل حجم ثابت است . دقت شود که پالس جت ها بر خلاف رم جت ها در سرعت صفر نیز قابلیت استارت و کار آیی هستند .( در مورد پالس جت ها این باور عمومی وجود دارد که حداکثر سرعت پرنده ای که با پیشران پالس جت حرکت میکند زیر 750 کیلومتر بر ساعت میباشد ) سیکل کارکرد پالس جت دریچه دار : احتراق : در اين فاز احتراق سوخت منجر به تشكيل توده بزرگي از گرما و فشار ميشود فشار حاصل منجر به بسته ماندن شير يكطرفه كه در پشت هوا و سوخت محترق ميباشد ميگردد در نتيجه توده محترق بناچار فقط در مسيرمورد نظر ميتواند حركت كند. انفجار:در اين مرحله سوخت و هواي منبسط شده از نازل خارج ميگرددو گازهاي داغ خروجي منجر به توليد نيروي رانش ميگردد. سوخت گيری: گازهاي داغ بدليل انعطاف پذيري و دارا بودن جرم تمايل به حفظ حركت خود به سمت نازل را دارند حتي اگرفشار داخل موتور كمتر فشار محيط باشد خروج اين گازها از محفظه احتراق موجب افت فشار در محفظه و بازشدن شير يكطرفه ميگردد و مقداري سوخت و هوا به اين محفظه وارد ميشود فشردگی:بدليل فشار كم موجود بين هوا و سوخت ورودي و گازهاي داغ خروجي مقداري از اين گازهاي داغ به محفظه احتراق باز ميگرددكه اين عمل موجت محترق شدن اين توده هوا و سوخت ميشود و سيكل به مرحله اول باز ميگردد . سیکل کارکرد پالس جت بدون دریچه : در پالس جت های بدون دریچه خمی که مابین محفظه احتراق و نازل قرار دارد دقیقا کاری را انجام میدهد که دریچه در نوع دریچه دار انجام میدهد .با وجود این خم در این ناحیه کاهش فشار ایجاد شده و مقداری از گاز های در حال خروج را به محفظه احتراق باز میگرداند .و بقیه مراحل دقیقا همانند نوع دریچه دار میباشد که در بالا توضیح داده شد .

۵. پرشر جت اين موتور جت امروزه كاربردي در صنايع هوايي و به عنوان پيشران جت ندارد . اين موتور را ميتوان طرحي ابتدايي از موتور رم جت دانست . در اين پیشران جت سوخت از قسمت بالايي به داخل لوله اي چند تكه كه از بالا به پايين قطور تر ميگردد پاشيده ميشود و از قسمت بالایی و دهانه لوله و همچنین از فواصلي كه مابين اين لوله چند تكه وجود دارد هواي تازه وارد لوله شده و با سوخت مخلوط ميگردد . سپس مخلوط سوخت و هوا وارد محفظه احتراق شده و محترق ميگردند . براي گرم كردن سوخت پيش از عمل احتراق ، لوله سوخت رسان را در محفظه احتراق و بدور جدار داخلي آن ميپيچانند و به اين ترتيب سوخت گرما را از توده گاز داغ محترق شده دريافت ميكند و گرم ميشود ، به اين ترتيب عمل احتراق نيز با كيفيت بهتري انجام ميگردد.


۶. توربو جتتوربو جتها از انواع متداول موتورهای جت هستند که در اکثرهواپیماهای جنگنده و پرنده هایی که با سرعتهای زیاد حرکت میکنند استفاده میگردد .

در زیر به طرز کار موتور توربو جت میپردازیم

1 . در مرحله اول هوا از طریق دهانه ورودی وارد ابتدای قسمت کمپرسور میشود
2 . در مرحله بعدی هوا توسط کمپرسور فشرده شده و بطرف دیفیوژر فرستاده میشود .
3 . پس از کاسته شدن سرعت و افزایش فشار و دمای هوا در دیفیوژر هوا به محفظه احتراق و سپس لوله احتراق فرستاده میشود .
4 . پس از عملیات احتراق در موتور گاز های داغ تولیدی باعث چرخش توربین و در نتیجه محور متصل به توربین میگردد.از نکات قابل توجه در طراحی یک توربو جت طراحی بخش نازل و خروجی است چراکه هدف استفاده از توربوجت نیروی رانش پرنده میباشد . در بهترین حالت فشار ستون هوای داغی که از موتور خارج میگردد با فشار جو اطراف پرنده برابر است . توربو جت با جریان محوری (با کمپرسور محوری چند مرحله ای): توربو جت با جریان مرکزی (با کمپرسور سانتریفیوژ چند مرحله ای):

۷. توربو پراپموتور جت توربو پراپ ، موتوری است ما بین موتور توربوفن و توربو جت .طرز کارکرد این موتور با توربو جت دقیقا همسان میباشد . پروانه بزرگ که به شفت اصلی متصل است نیروی رانش یا تراست تولید میکند نیروی تراست تولیدی پروانه همراه با نیروی رانش تولیدی توسط گازهای داغ خروجی نیروی رانش برآیند را تولید میکند انقلاب در صنعت ساخت موتورهای جت توسط استاد ایرانی دانشگاه پوردو استاد ایرانی علوم مهندسی مکانیک دانشگاه پوردو آمریکا ریز حسگرهای بی سیمی ساخته است که به جهت ظرافت های فوق العاده در ساختار کلی کوچکترین نواقص فنی در موتورهای جت را که عمدتا به سقوط هواپیماها منجر می شوند بلافاصله شناسایی می کنند. پروفسور فرشید صادقی استاد علوم مهندسی مکانیک دانشگاه پوردو آمریکا با همکاری پرولیوس از دیگر محققان این دانشگاه این حسگرهای فوق پیشرفته را طراحی و ساخته است.


این حسگرها مثالی روشن از سیستم های میکرو الکترومکانیکی بوده و نیروی هوایی آمریکا برای استفاده از آنها ابراز علاقه کرده است. نیروی هوایی آمریکا در نظر دارد از این فناوری مدرن و کاربردی برای جلوگیری از وقوع نواقص مرگبار فنی در موتورهای جت استفاده کند. پروفسور فرشید صادقی از دانشگاه پوردوی آمریکابه گفته کارشناسان از این ریز حسگرها همچنین می توان در هواپیماهای غیرنظامی، خودروها و سایر سیستم های حرکتی مشابه استفاده کرد.به گفته آنها هر سیستمی که دارای موتور باشد می تواند از مزایای آن استفاده کند.


این برای نخستین بار است که فناوری ارایه شده از سوی پروفسور صادقی در چنین سیستم پیچیده ای (موتور جت) به کار گرفته شده است. این حسگرها هشدار اولیه و دقیق تری از نواقص فنی را ارایه می کنند چون مستقیما دمای موتور و قسمتهای مربوطه را کنترل می کند.این درحالی است که در حال حاضر از تکنیک روغن کاری حسگرها و در ادامه اندازه گیری تغییر دمای روغن برای پی بردن به نواقص فنی استفاده می شود.محققان استفاده از این فناوری نوین را به جهت اندازه کوچک تر و اطمینان بیشتر در دستور کار استفاده دارند. در حال حاضر حسگرهای فعلی قابلیت تحمل دمای تا 410 درجه فارنهایت را داشته و نیروی هوایی آمریکا به دنبال افزایش آن به 570 درجه فارنهایت است.نتایج دستاورد ارزشمند این محققان در کنفرانسی که اخیرا در آتلانتا برگزار شد ارایه شده است.


پروفسور صادقی در سال 1979 مدرک کارشناسی خود را از دانشگاه تنسی دریافت کرد. وی در سال 1981 نیز کارشناسی ارشد خود را از همین دانشگاه اخذ کرد و در نهایت در سال 1985 نیز مدرک دکتری خود در رشته مهندسی مکانیک را از دانشگاه کارولینای شمالی دریافت کرد.عمده تحقیقات وی بر حوزه هایی نظیر مکانیک های تماسی و پردازش مواد متمرکز است.


دپارتمان مهندسی ایران

[Marshal]

فرانك ويتل، پدر موتور جت

1941
هواپيماى جت گلاستر _ ويتيل E28/39 اولين پرواز آزمايشى خود با موتور جت بر فراز كران ول انگلستان را با موفقيت پشت سر گذاشت.


موتور جت هواپيما كه هواى داغ پرفشارى را توليد مى كرد توسط فرانك ويتل خلبان و مهندس هواپيماى انگليسى اختراع شد و از اين رو وى را پدر موتور جت مى نامند.


ويتل در سال ۱۹۰۷ در شهر «كاونترى» به دنيا آمد. پدرش مكانيك بود. در سن ۲۶ سالگى به عنوان خدمه پرواز در كران ول به نيروى هوايى سلطنتى انگلستان پيوست و در سال ۱۹۲۶ با قبولى در معاينات پزشكى _ خلبانى به دانشكده نيروى هوايى سلطنتى راه يافت. او به عنوان يك خلبان بى پروا شهرتى بسزا به دست آورد و در سال ۱۹۲۸ تز فوق ليسانسش با عنوان «پيشرفت هاى آتى در طراحى هواپيما» كه در آن راجع به امكان نفوذ راكت به هواپيما بحث شده بود را به رشته تحرير درآورد.


از زمان اولين پرواز برادران رايت در سال ۱۹۰۳ تا اولين پرواز جت در سال ۱۹۳۹ اكثر هواپيما ها ملخى بودند. در سال ۱۹۱۰ هنرى كوندا _ مخترع فرانسوى ـ هواپيماى جت دو ملخه اى را طراحى كرد كه اولين پروازش موفقيت آميز نبود و سقوط كرد و ديگر هرگز پرواز نكرد.


هواپيماى كوندا از جهاتى نظر طراحان هواپيما را به خود جلب كرد و مهندسين را به سوى استفاده از تكنولوژى ملخ سوق داد هر چند كه همگى آنها به زودى متوجه شدند كه ساختار ملخ به گونه اى است كه هرگز نمى تواند به برخى محدوديت هاى ذاتى اش به ويژه در مورد سرعت غلبه كند.


ويتل پس از فارغ التحصيلى از دانشكده نيروى هوايى سلطنتى، به اسكادران جنگى ملحق شد و در اوقات فراغتش به مطالعه درباره اصول طراحى موتور توربوجت مدرن مى پرداخت. يكى از اساتيد پرواز كه تحت تاثير ايده او در زمينه هواپيماهاى ملخ دار قرار گرفته بود، او را به نيروى هوايى و يك كارخانه خصوصى مهندسى توربين معرفى كرد. پس از مدتى همه به اين نتيجه رسيدند كه عقايد و نظريات ويتل غيرعملى است. او در سال ۱۹۳۰ ايده موتور جت را به صورت انحصارى به ثبت رساند و در سال ۱۹۳۶ با تاسيس كارخانه خصوصى «پاور جت» به ساخت و آزمايش اختراعش پرداخت.


در سال ۱۹۳۷ اولين موتور جت خود را بر روى زمين آزمايش كرد. تا آن زمان او همچنان از سرمايه و حمايت اندكى برخوردار بود. در ۲۷ آگوست ،۱۹۳۹ «هانيكل اچ اى ۱۷۸» كه توسط «هانس يوخيم پابست فون اوهاين» آلمانى طراحى شده بود اولين پرواز موتور جت در تاريخ را به انجام رساند. مدل موتور جت آلمانى به صورت مستقل از تلاش هاى ويتل تكميل شده بود.


يك هفته پس از پرواز «اچ اى ۱۷۸»، جنگ جهانى دوم در اروپا آغاز شد. پروژه ويتل، فضايى دوباره براى تحقيق و آزمايش يافت. نيروى هوايى سفارش ساخت موتور جت جديدى را به شركت «پاور جت» داد و از شركت هواپيمايى گلاستر خواستار توليد هواپيمايى آزمايشى با مشخصات يكسان به نام E28/39 شد.


در ۱۵ مه ،۱۹۴۱ هواپيماى جت گلاستر ويتل E28/39 با موتور جت تكميل شده توسط شركت توربين انگلستان كه تا آن روز به عقايد ويتل بى توجه بود، به پرواز درآمد.


هواپيماى ويتل در پروازهاى آزمايشى اوليه به خلبانى «گرى ساير» به سرعت ۳۷۰ مايل در ساعت در ارتفاع ۲۵ هزار پايى رسيد كه سريع تر از هر هواپيماى ملخه اى تا آن زمان بود.



همچنان كه شركت هواپيمايى گلاستر در زمينه هواپيماهايى با موتور توربو جت براى جنگ تحقيق مى كردند، ويتل آمريكايى ها را در تكميل موفقيت آميز اولين نمونه موتور جت يارى مى داد.


دولت انگلستان در سال ،۱۹۴۴ شركت «پاورجت» را تحت اختيار خود گرفت. در اين زمان هواپيماى جت گلاستر انگلستان كه در اختيار نيروى هوايى سلطنتى بود، عليه هواپيماى جت Me262S آلمان بر فراز آسمان اروپا به پرواز درآمد.


ويتل در سال ۱۹۴۸ با درجه فرمانده يگان هوايى از نيروى هوايى سلطنتى بازنشسته شد. در اين سال از جانب هيات سلطنتى موفق به دريافت پاداش يكصدهزار پوندى به دليل اختراعاتش شد و همچنين به دريافت لقب شواليه مفتخر شد. كتاب وى با نام «جت، داستان يك پيشرو» در سال ۱۹۵۳ منتشر شد. او در سال ۱۹۷۷ استاد تحقيق آكادمى فنون و علوم هوايى آمريكا در آناپوليس مرى لند شد. وى در سال ۱۹۹۶ در شهر مرى لند ايالت كلمبيا چشم از جهان فروبست.
منبع: (فرهاد کاوه)