كيف يعمل المحرك النفاث؟
تعمل المحركات النفاثة على تحريك الطائرة إلى الأمام بقوة كبيرة تنتج عن قوة دفع هائلة وتؤدي إلى تحليق الطائرة بسرعة كبيرة.
تعمل جميع المحركات النفاثة ، والتي تسمى أيضًا توربينات الغاز ، على نفس المبدأ. يمتص المحرك الهواء في المقدمة بواسطة مروحة. يرفع الضاغط ضغط الهواء. يتكون الضاغط من العديد من الشفرات المتصلة بعمود. تدور الشفرات بسرعة عالية وتضغط الهواء أو تضغط عليه، ثم يتم رش الهواء المضغوط بالوقود وتضيء شرارة كهربائية الخليط. تتمدد الغازات المحترقة وتنفجر من خلال الفوهة الموجودة في الجزء الخلفي من المحرك. عندما تنطلق نفاثات الغاز للخلف ، يتم دفع المحرك والطائرة إلى الأمام. ثم عندما يذهب الهواء الساخن إلى الفوهة ، فإنه يمر عبر مجموعة أخرى من الشفرات تسمى التوربين. حيث أن التوربين متصل بنفس عمود الضاغط. ثم يؤدي دوران التوربين إلى دوران الضاغط.
توضح الصورة أدناه كيف يتدفق الهواء عبر المحرك. يمر الهواء عبر قلب المحرك وحوله ايضا. يؤدي هذا إلى جعل بعض الهواء ساخنًا جدًا والبعض الآخر يكون أكثر برودة. ثم يختلط الهواء البارد مع الهواء الساخن في منطقة خروج المحرك.
ما هو الدفع؟
الدفع هو القوة الأمامية التي تدفع المحرك ، وبالتالي تتحرك الطائرة إلى الأمام. اكتشف إسحاق نيوتن أن "لكل فعل رد فعل مساوي له في المقدار ومضاد له في الاتجاه". يستخدم المحرك هذا المبدأ. يستوعب المحرك كمية كبيرة من الهواء. ثم يتم تسخين الهواء وضغطه وإبطائه. ويتم دفع الهواء عبر العديد من الشفرات الدوارة. بخلط هذا الهواء بوقود الطائرات ، يمكن أن تصل درجة حرارة الهواء إلى ثلاثة آلاف درجة. تُستخدم قوة الهواء في تشغيل التوربين. وأخيرًا ، عندما يغادر الهواء ، فإنه يُدفع للخلف خارج المحرك. وهذا ما يجعل الطائرة تتحرك إلى الأمام.
أجزاء المحرك النفاث
المروحة - المروحة هي المكون الأول في المروحة التوربينية. تمتص مروحة الغزل الكبيرة كميات كبيرة من الهواء( معظم ريش المروحة يكون مصنوع من التيتانيوم). ثم تقوم بتسريع هذا الهواء وتقسمه إلى قسمين. يستمر جزء واحد من خلال "قلب" أو مركز المحرك ، حيث تعمل مكونات المحرك الأخرى عليه.
الجزء الثاني "يتجاوز" جوهر المحرك. يمر عبر مجرى يحيط باللب إلى الجزء الخلفي من المحرك حيث ينتج الكثير من القوة التي تدفع الطائرة إلى الأمام ، ويساعد هذا الهواء البارد على تهدئة المحرك بالإضافة إلى إضافة قوة دفع للمحرك.
الضاغط - الضاغط هو المكون الأول في قلب المحرك ، ويتكون الضاغط من مراوح بها العديد من الشفرات و متصلة بعمود. يقوم الضاغط بضغط الهواء الذي يدخله إلى مناطق أصغر تدريجيًا ، مما يؤدي إلى زيادة ضغط الهواء. فينتج عن هذا زيادة في الطاقة الكامنة للهواء ، ثم يتم دفع الهواء المضغوط إلى غرفة الاحتراق.
جهاز الاحتراق - في غرفة الاحتراق ، يتم خلط الهواء بالوقود ثم يتم إشعاله. هناك حيث يصل إلى 20 فوهة لرش الوقود في تيار الهواء. ويشتعل خليط الهواء والوقود معا. يوفر هذا تدفق هواء عالي الطاقة وعالي الحرارة ، ويحترق الوقود مع الأكسجين الموجود في الهواء المضغوط ، مما ينتج عنه غازات ساخنة للتمدد. غالبًا ما يكون الجزء الداخلي من غرفة الاحتراق مصنوعًا من مواد خزفية لتوفير غرفة مقاومة للحرارة. ويمكن أن تصل هذه الحرارة إلى 2700 درجة.
التوربين - يذهب تدفق الهواء عالي الطاقة الخارج من غرفة الاحتراق إلى التوربين ، مما يتسبب في دوران شفرات التوربينات. ترتبط التوربينات بعمود لتدوير الشفرات في الضاغط وتدوير مروحة السحب في المقدمة. يأخذ هذا الدوران بعض الطاقة من تدفق الطاقة العالية المستخدم لتشغيل المروحة والضاغط. تتحرك الغازات الناتجة في غرفة الاحتراق عبر التوربين وتدور ريشها. تدور توربينات الطائرة النفاثة آلاف المرات. يتم تثبيتها على أعمدة بها عدة مجموعات من محامل الكرة بينهما.
أنواع المحركات النفاثة
تيربو جيت Turbojets
الفكرة الأساسية للمحرك النفاث بسيطة. يتم ضغط الهواء المأخوذ من فتحة في مقدمة المحرك من 3 إلى 12 ضعف ضغطه الأصلي في الضاغط. يُضاف الوقود إلى الهواء ويُحرق في غرفة الاحتراق لرفع درجة حرارة خليط السوائل إلى حوالي 1100 درجة فهرنهايت إلى 1300 درجة فهرنهايت ، ويمر الهواء الساخن الناتج عبر التوربين ، الذي يحرك الضاغط.
إذا كان التوربين والضاغط فعالين ، فإن الضغط عند تفريغ التوربين سيكون ضعف الضغط الجوي تقريبًا ، ويتم إرسال هذا الضغط الزائد إلى الفوهة لإنتاج تيار عالي السرعة من الغاز ينتج عنه قوة دفع. يمكن الحصول على زيادات كبيرة في الدفع باستخدام جهاز احتراق. إنها غرفة احتراق ثانية موضوعة بعد التوربين وقبل الفوهة. يعمل الحارق اللاحق على زيادة درجة حرارة الغاز أمام الفوهة. نتيجة هذه الزيادة في درجة الحرارة هي زيادة بنحو 40 بالمائة في الدفع عند الإقلاع ونسبة أكبر بكثير عند السرعات العالية بمجرد أن تصبح الطائرة في الهواء.
المحرك التوربيني Turbojets هو محرك رد فعل. في محرك التفاعل ، تدفع الغازات المتوسعة بقوة نحو مقدمة المحرك. يمتص المحرك التوربيني الهواء ويقوم بضغطه. تتدفق الغازات عبر التوربين وتجعله يدور. ترتد هذه الغازات إلى الخلف وتخرج من مؤخرة العادم ، مما يدفع الطائرة إلى الأمام.
المحركات التوربينية Turboprops
هذا المحرك التوربيني هو محرك نفاث متصل بمروحة. يتم تشغيل التوربين في الخلف بواسطة الغازات الساخنة ، وهذا بدوره يدير العمود الذي يحرك المروحة. يتم تشغيل بعض الطائرات الصغيرة وطائرات النقل بواسطة المحركات التوربينية.
مثل المحرك التوربيني النفاث ، يتكون المحرك التوربيني من ضاغط ، وغرفة احتراق ، وتوربين ، ويتم استخدام ضغط الهواء والغاز لتشغيل التوربين ، والذي ينتج بعد ذلك الطاقة اللازمة لتشغيل الضاغط. بالمقارنة مع المحرك التوربيني النفاث ، فإن المحرك التوربيني لديه كفاءة دفع أفضل عند سرعات طيران تقل عن 500 ميل في الساعة. تم تجهيز المحركات التوربينية الحديثة بمراوح ذات قطر أصغر ولكن بعدد أكبر من الشفرات للتشغيل الفعال بسرعات طيران أعلى بكثير. لاستيعاب سرعات الطيران العالية ، تكون الشفرات على شكل سيف مع حواف أمامية مائلة للخلف عند أطراف الشفرة. المحركات التي تحتوي على مثل هذه المراوح تسمى propfans.
تربوفان Turbofans
يحتوي المحرك المروحي على مروحة كبيرة في المقدمة تمتص الهواء. يتدفق معظم الهواء حول الجزء الخارجي من المحرك ، مما يجعله أكثر هدوءًا ويعطي قوة دفع أكبر عند السرعات المنخفضة. تعمل معظم طائرات اليوم بمحركات توربينية. في المحرك التوربيني النفاث ، يمر كل الهواء الداخل إلى المدخول عبر مولد الغاز ، والذي يتكون من ضاغط وغرفة احتراق وتوربين. في المحرك التوربيني المروحي يذهب جزء فقط من الهواء الداخل إلى غرفة الاحتراق. يمر الباقي عبر مروحة ، أو ضاغط منخفض الضغط ، ويتم طرده مباشرة كنفاث "بارد" أو يخلط مع عادم مولد الغاز لإنتاج نفاث "ساخن". الهدف من هذا النوع من نظام الالتفافية هو زيادة الدفع دون زيادة استهلاك الوقود. يحقق ذلك عن طريق زيادة التدفق الكلي للكتلة الهوائية وتقليل السرعة ضمن نفس إجمالي إمداد الطاقة.
أعمدة توربينية turboshafts
هذا شكل آخر من محركات التوربينات الغازية التي تعمل مثل نظام التوربيني. لا يقود دافع. وبدلاً من ذلك ، فإنه يوفر الطاقة لدوار المروحية. تم تصميم محرك العمود التوربيني بحيث تكون سرعة دوار المروحية مستقلة عن سرعة دوران مولد الغاز. يسمح ذلك بالحفاظ على سرعة الدوار ثابتة حتى عندما تتنوع سرعة المولد لتعديل كمية الطاقة المنتجة.
رام جيتس Ramjets
المحرك النفاث هو أبسط محرك نفاث ولا يحتوي على أجزاء متحركة. سرعة الطائرة "الكباش" أو دفع الهواء إلى المحرك. إنه في الأساس محرك نفاث تم حذف الآلات الدوارة فيه. تطبيقه مقيد بحقيقة أن نسبة ضغطه تعتمد كليًا على السرعة الأمامية. لا يطور المحرك النفاث دفعًا ثابتًا وقليلًا جدًا من الدفع بشكل عام أقل من سرعة الصوت. نتيجة لذلك ، تتطلب السيارة النفاثة شكلاً من أشكال الإقلاع المساعد ، مثل طائرة أخرى. تم استخدامه بشكل أساسي في أنظمة الصواريخ الموجهة. تستخدم المركبات الفضائية هذا النوع من الطائرات النفاثة.
أهم المصادر: