وصف الاختراع :
في منتصف القرن العشرين شهدت المحركات النفاثة تطورا كبيرا وتنوعت أنواعها وسنوضح من خلال هذا الجزء أنواع تلك المحركات وآليات عملها المختلفة .
يوجد نوعان من المحركات وهما :
الأول: التوربين النفاث وهو محرك الاحتراق الداخلي ويُستخدم لدفع الطائرة حيث يقوم بشفط الهواء من خلال مدخل المحرك إلى داخل الضاغط ويضغطه، وبعد عدّة مراحل من الضغط الشديد يدخل إلى غرفة الاحتراق، وفي هذه الغرفة يخلط الوقود مع الهواء المضغوط ويشعل بين دوامة من مقابض اللهب ثم تخرج الغازات الحارة من عملية الاحتراق من الغرفة بغزارة إلى التوربين الغازي حيث تنزع منها طاقة لتشغيل الضاغط وبعدها يتمدد دفق الغاز إلى الضغط المحيط خلال الخرطوش الدافع للخارج، مما ينتج نفث هواء عالي السرعة، فإن كانت سرعة النفث أعلى من سرعة الطائرة خلال الرحلة، فسيكون هناك صافي دفع للأمام لهيكل الطائرة.
والثاني هو محرك التوربين المروحي: وتكون محركات الطائرات النفاثة محركات توربينية مروحية، يعمل فيها ضاغط الضغط المنخفض LP كمروحة ويعطي شحنة زائدة من الهواء لقلب المحرك وللمجرى الجانبي المحيط بالقلب، ويمر تيار الهواء الجانبي باتجاهين: الخرطوش البارد الخارجي، أو يختلط مع الغازات الخارجة من عادم التوربين ذو ضغط LP المنخفض، قبل التمدد خلال خرطوش التيار المختلط. ترغب شركات الطيران عادةً بالحصول على تلك المحركات بسبب سرعة العادم ما دون الصوتية التي تلاءم سرعة الطيران، التي ترغب بها تلك الشركات.
ويختلف التوربين النفاث عن محرك المراوح في عدّة نقاط فالتوربين النفاث يأخذ كمية قليلة من الهواء ويضغطها إلى كمية ضخمة، بينما المراوح تسحب كميات ضخمة من الهواء وتضغطها إلى كمية صغيرة، كما أن عادم التوربين النفاث عالي السرعة يجعلها ذات كفاءة بالسرعات العالية وبالارتفاعات العالية، وتعتبر محركات المراوح التي تدار بالتوربين الغازي والمعروفة باسم محرك مروحة توربينية الأكثر شعبية وكفاءة بالطائرات ذات السرعات المنخفضة وتلك التي تطير مسافات قصيرة.
تتشابه المكونات الأساسية عند معظم أنواع المحركات النفاثة وإن كانت جميعها لا تحتوي كل القطع، فالقطع الأساسية تتكون من:
• المقطع البارد
• مدخل الهواء: (فتحة المحرك)
• الضاغط: يكون الضاغط من عدة مراحل، وكل مرحلة تحتوي على أسطوانة ريش دوارة وأخرى ثابتة.
• المشترك
• عمود الدوران : يصل هذا العمود بين التوربين والضاغط، ويدور خلال معظم المحرك.
• المقطع الحار
• غرفة الاحتراق : هي الغرفة التي يختلط بها الوقود مع الهواء المضغوط فيحترقان وسط اللهب.
• التوربين: وهو سلسلة أسطوانات من الريش الدائرية تعمل كدولاب طاحونة تكتسب الطاقة من الهواء الحار وتبقي بعضًا من تلك الطاقة بغرفة الاحتراق لكي يدير الضاغط.
• جهاز غرفة الاحتراق المساعد: يستخدم بالطائرات العسكرية
• الخرطوش : الغازات الحارة تخرج من المحرك خلال الخرطوش إلى الهواء الطلق، والهدف من وراء ذلك إنتاج سرعة نفاثة عالية ويكون الخرطوش بمعظم الأحوال مجمع للهواء الخارج.
أما بالنسبة للأنظمة الأساسية للمحرك فهي:
1)نظام التبريد:
تتطلب المحركات النفاثة غازات حارة جدًا حتى تصبح أكثر كفاءة، ويؤمن لها ذلك عن طريق حرق وقود هيدروكربوني أو هيدروجيني، الأمر الذي يرفع من درجة حرارة الاحتراق لتصل إلى 3227 درجة مئوية، وهذا أعلى من درجة انصهار معظم المعادن. وهذا ما يدعو إلى استخدام نظام التبريد لجعل درجة حرارة المعادن أقل من درجة انصهارها.
2) نظام التهوية:
يحيط نظام التهوية بغرفة الاحتراق ويضخ على أطراف صفائح التوربين الدوارة هواء التبريد، الذي يمر من خلال فتحات التنظيم إلى شفرات التوربين فتخفف عنه الحرارة العالية ثم يخرج مع تصريف الهواء إلى تيار الغاز الخارج.
3) نظام الوقود:
يُستخدم نظام الوقود، إلى جانب استخدامه في ضخ الوقود للمحرك، للتحكم بسرعة دسر المراوح الخارجية وبدفق الهواء للضاغط وتبريد زيت التشحيم ويدخل الوقود على شكل رذاذ طيار داخل غرفة الاحتراق، ويتم التحكم بالكمية بشكل تلقائي اعتمادًا على معدل دفق الهواء.
4) وحدة التحكم بالوقود ومضخته:
تلك الوحدة أشبه بحاسوب ميكانيكي، يقرر الخارج من الطرمبة بواسطة منظومة من الصمامات التي تتحكم بضغط الوقود فتسبب التغير بالكمية.
5) نظام تشغيل المحرك:
يعتمد نظام التشغيل على نظام الوقود وعملية اشتعال خليط الهواء مع الوقود داخل غرفة الاحتراق. عادةً ما يكون هناك محرك خاص يُطلق عليه تسمية وحدة الطاقة الاحتياطية (APU)، يُستخدم لتشغيل المحرك من خلال تدوير الضاغط إلى سرعة تمكنه من تشغيل التوربين، وهناك عدة أنواع من نظم التشغيل: كهربائي وهيدروليكي وهوائي.
6) الإشعال:
تقع شمعتي إشعال بمكانين مختلفين داخل غرفة الاحتراق، وتظل مستمرة بإصدار شرارة داخل الغرفة حتى تمنع إطفاء الشعلة. وهناك حدود للارتفاع وسرعة الهواء لا ينبغي على المحرك أن يتخطاها حتى يبقى قادرًا على الحصول على نسبة الإشعال المطلوبة
7) نظام التشحيم:
يستخدم نظام التشحيم للمحافظة على وجود الشحم في أماكن التحميل والارتكاز لمنع الاحتكاك والتأكد من عدم ارتفاع درجة حرارة تلك الأماكن، ويمنع التشحيم أيضًا دخول الأجسام الغريبة إلى أي من القطع المتحركة داخل المحرك ككراسي التحميل والتروس والمسننات.
وأخيرا يعد المحرك النفاث أحد أهم الاختراعات التي ساهمت في تطور وتقدم العالم وخاصة بعد الطفرة التي شاهدتها المحركات في القرن العشرين التي طرقت على المحرك النفاث لتطوره وتزيد من كفاءته وقدرته على مواكبة التطور والاحتياج الملائم لتلك الحقبة الزمنية.
يوجد نوعان من المحركات وهما :
الأول: التوربين النفاث وهو محرك الاحتراق الداخلي ويُستخدم لدفع الطائرة حيث يقوم بشفط الهواء من خلال مدخل المحرك إلى داخل الضاغط ويضغطه، وبعد عدّة مراحل من الضغط الشديد يدخل إلى غرفة الاحتراق، وفي هذه الغرفة يخلط الوقود مع الهواء المضغوط ويشعل بين دوامة من مقابض اللهب ثم تخرج الغازات الحارة من عملية الاحتراق من الغرفة بغزارة إلى التوربين الغازي حيث تنزع منها طاقة لتشغيل الضاغط وبعدها يتمدد دفق الغاز إلى الضغط المحيط خلال الخرطوش الدافع للخارج، مما ينتج نفث هواء عالي السرعة، فإن كانت سرعة النفث أعلى من سرعة الطائرة خلال الرحلة، فسيكون هناك صافي دفع للأمام لهيكل الطائرة.
والثاني هو محرك التوربين المروحي: وتكون محركات الطائرات النفاثة محركات توربينية مروحية، يعمل فيها ضاغط الضغط المنخفض LP كمروحة ويعطي شحنة زائدة من الهواء لقلب المحرك وللمجرى الجانبي المحيط بالقلب، ويمر تيار الهواء الجانبي باتجاهين: الخرطوش البارد الخارجي، أو يختلط مع الغازات الخارجة من عادم التوربين ذو ضغط LP المنخفض، قبل التمدد خلال خرطوش التيار المختلط. ترغب شركات الطيران عادةً بالحصول على تلك المحركات بسبب سرعة العادم ما دون الصوتية التي تلاءم سرعة الطيران، التي ترغب بها تلك الشركات.
ويختلف التوربين النفاث عن محرك المراوح في عدّة نقاط فالتوربين النفاث يأخذ كمية قليلة من الهواء ويضغطها إلى كمية ضخمة، بينما المراوح تسحب كميات ضخمة من الهواء وتضغطها إلى كمية صغيرة، كما أن عادم التوربين النفاث عالي السرعة يجعلها ذات كفاءة بالسرعات العالية وبالارتفاعات العالية، وتعتبر محركات المراوح التي تدار بالتوربين الغازي والمعروفة باسم محرك مروحة توربينية الأكثر شعبية وكفاءة بالطائرات ذات السرعات المنخفضة وتلك التي تطير مسافات قصيرة.
تتشابه المكونات الأساسية عند معظم أنواع المحركات النفاثة وإن كانت جميعها لا تحتوي كل القطع، فالقطع الأساسية تتكون من:
• المقطع البارد
• مدخل الهواء: (فتحة المحرك)
• الضاغط: يكون الضاغط من عدة مراحل، وكل مرحلة تحتوي على أسطوانة ريش دوارة وأخرى ثابتة.
• المشترك
• عمود الدوران : يصل هذا العمود بين التوربين والضاغط، ويدور خلال معظم المحرك.
• المقطع الحار
• غرفة الاحتراق : هي الغرفة التي يختلط بها الوقود مع الهواء المضغوط فيحترقان وسط اللهب.
• التوربين: وهو سلسلة أسطوانات من الريش الدائرية تعمل كدولاب طاحونة تكتسب الطاقة من الهواء الحار وتبقي بعضًا من تلك الطاقة بغرفة الاحتراق لكي يدير الضاغط.
• جهاز غرفة الاحتراق المساعد: يستخدم بالطائرات العسكرية
• الخرطوش : الغازات الحارة تخرج من المحرك خلال الخرطوش إلى الهواء الطلق، والهدف من وراء ذلك إنتاج سرعة نفاثة عالية ويكون الخرطوش بمعظم الأحوال مجمع للهواء الخارج.
أما بالنسبة للأنظمة الأساسية للمحرك فهي:
1)نظام التبريد:
تتطلب المحركات النفاثة غازات حارة جدًا حتى تصبح أكثر كفاءة، ويؤمن لها ذلك عن طريق حرق وقود هيدروكربوني أو هيدروجيني، الأمر الذي يرفع من درجة حرارة الاحتراق لتصل إلى 3227 درجة مئوية، وهذا أعلى من درجة انصهار معظم المعادن. وهذا ما يدعو إلى استخدام نظام التبريد لجعل درجة حرارة المعادن أقل من درجة انصهارها.
2) نظام التهوية:
يحيط نظام التهوية بغرفة الاحتراق ويضخ على أطراف صفائح التوربين الدوارة هواء التبريد، الذي يمر من خلال فتحات التنظيم إلى شفرات التوربين فتخفف عنه الحرارة العالية ثم يخرج مع تصريف الهواء إلى تيار الغاز الخارج.
3) نظام الوقود:
يُستخدم نظام الوقود، إلى جانب استخدامه في ضخ الوقود للمحرك، للتحكم بسرعة دسر المراوح الخارجية وبدفق الهواء للضاغط وتبريد زيت التشحيم ويدخل الوقود على شكل رذاذ طيار داخل غرفة الاحتراق، ويتم التحكم بالكمية بشكل تلقائي اعتمادًا على معدل دفق الهواء.
4) وحدة التحكم بالوقود ومضخته:
تلك الوحدة أشبه بحاسوب ميكانيكي، يقرر الخارج من الطرمبة بواسطة منظومة من الصمامات التي تتحكم بضغط الوقود فتسبب التغير بالكمية.
5) نظام تشغيل المحرك:
يعتمد نظام التشغيل على نظام الوقود وعملية اشتعال خليط الهواء مع الوقود داخل غرفة الاحتراق. عادةً ما يكون هناك محرك خاص يُطلق عليه تسمية وحدة الطاقة الاحتياطية (APU)، يُستخدم لتشغيل المحرك من خلال تدوير الضاغط إلى سرعة تمكنه من تشغيل التوربين، وهناك عدة أنواع من نظم التشغيل: كهربائي وهيدروليكي وهوائي.
6) الإشعال:
تقع شمعتي إشعال بمكانين مختلفين داخل غرفة الاحتراق، وتظل مستمرة بإصدار شرارة داخل الغرفة حتى تمنع إطفاء الشعلة. وهناك حدود للارتفاع وسرعة الهواء لا ينبغي على المحرك أن يتخطاها حتى يبقى قادرًا على الحصول على نسبة الإشعال المطلوبة
7) نظام التشحيم:
يستخدم نظام التشحيم للمحافظة على وجود الشحم في أماكن التحميل والارتكاز لمنع الاحتكاك والتأكد من عدم ارتفاع درجة حرارة تلك الأماكن، ويمنع التشحيم أيضًا دخول الأجسام الغريبة إلى أي من القطع المتحركة داخل المحرك ككراسي التحميل والتروس والمسننات.
وأخيرا يعد المحرك النفاث أحد أهم الاختراعات التي ساهمت في تطور وتقدم العالم وخاصة بعد الطفرة التي شاهدتها المحركات في القرن العشرين التي طرقت على المحرك النفاث لتطوره وتزيد من كفاءته وقدرته على مواكبة التطور والاحتياج الملائم لتلك الحقبة الزمنية.
الفترة الزمنية :
من منتصف القرن العشرين وحتى الآن
إرسال تعليق Blogger Facebook