بخشی از مقاله
چکیده
موتورجت یا موتور شارشی نوعی موتور است که از شتاب دادن و تخلیه شاره برای ایجاد پیشرانش بر پایه قانون سوم نیوتن استفاده میکند. با این تعریف گسترده موتورهایی مانند توربوجت و توربوفن و رمجت و موتور موشک، گونهای موتور جت به شمار میروند. در این مقاله، شیوه های تزریق سوخت مایع در یک موتور جت مورد بررسی قرار می گیرد و روشهای مذکور با هم مقایسه می شوند.
.1 مقدمه
اصول پایه کارکرد این نوع موتورهاتقریباً ساده است، هوا از طریق یک مجرای ورودی به بخش کمپرسور واردشده و متراکم میشود، سپس هوای متراکم وارد محفظه 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 شدهاند.
هوای منبسطشده توربین را به گردش درمیآورد که درنتیجه باعث به حرکت درآمدن 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 موردنیاز را ایجاد میکند. درواقع 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 به شمار نمیروند. شکل 1 نشان دهنده شماتیک موتور جت است.[1] در این مطلب با انواع موتور جت و مکانیزم کاری آنها آشنا میشویم
انواع موتور جت: توربوفن1، توربوجت2 ، توربوپراپ3 ، پالس جت4، رم جت5 ، توربو رم جت6 ، اسکرم جت7 ، توربوشفت
1-1موتورهای توربوفن
موتورهای توربوفن[4] 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 سرعتهای مادون صوت 1از آنها استفاده میشود. در موتورهای توربوفن، ابتدا هوا کمپرس شده سپس وارد اتاقک احتراق میشود و بعد از احتراق از طریق شیپوره یا نازل خروجی خارجشده و در طی این فرایند، نیروی تراست لازم را جهت رانش هواپیما به جلو تأمین مینماید. البته در موتورهای توربوفن، مقادیر دیگری از هوا از طریق کنارگذر نیز عبور داده میشود که درنهایت به گازهای خروجی داغ پیوسته و نیروی تراست را افزایش میدهد.
تفاوت موتورهای توربوفن با توربوپراپ در این است که موتورهای توربوپراپ، فن یا ملخ ایجادکننده تراستشان در خارج از پوسته موتور قرارگرفته اما در موتورهای توربوفن، ملخ یا فن تولیدکننده تراستکاملاً در درون پوسته موتور قرارگرفته است. فن عبارت است از یک پروانه یا پنکه بزرگ که در اثر چرخش ، جریان هوای زیادی را ایجاد میکند. بااتصال یک فن به یک موتورجت ، موتور توربوفن حاصل میشود .
فن، یک جت سرد ایجاد میکند، بنابراین در موتورهای توربوفن دو جت وجود دارد که یکی جت گرم که از انتهای موتور خارج میشود و دیگری جت سرد که از داخل پوشش و مجرایی که فن را احاطه کرده است خارج میشود . اولین بار در سال 1936 فرانک ویذل طرح موتور توربوفن را به ثبت رسانید و اولین هواپیما با موتور توربوفن ، یک هواپیمای مسافربری با نام وی. سی-10 بود که در سال 1959 پرواز کرد. شکل 1 نشانگر موتور توربوفن است.
شکل -1 موتور توربوفن
2-1 موتورهای توربوجت
موتورهای توربو جت[4]، بیشتر بر نیروی تولیدی از گازهای خروجی اتکا دارند. در موتورهای توربوجت، ابتدا، هوا وارد کمپرسور شده و متراکم میگردد. اما چون این هوا با سرعتنسبتاً زیادی وارد موتور گردیده برای احتراق مناسب نیست و بیشتر سوخت مصرفشده، بدون اشتعال هدر میرود. به همین دلیل هوا به قسمت دیفیوزر یا همان کاهنده سرعت فرستاده میشود تا از سرعت آن کاسته شود. در دیفیوزر، ابتدا از سرعت هوا کاسته و بر دما و فشار آن افزوده میشود. سپس این هوای آماده برای احتراق، به اتاقک احتراق فرستاده میشود. در اتاقک احتراق2 ، هوا ابتدا وارد لوله احتراق گشته، با سوخت مخلوط شده سپس محترق میگردد. قسمتی از نیروی حاصله از این احتراق صرف گرداندن توربین شده و مابقی برای تولید نیروی رانش به کار میرود. گاهی در هواپیماهای توربوجت، بعد از شیپوره خروجی یا نازل، قسمتی به نام پسسوز1 قرار میدهند که بر نیروی تراست میافزاید. شکل 3 موتور توربوجت را نمایش میدهد.
شکل - 3 موتور توربوجت
توربوجت از انواع موتورهای پیشران در صنعت هوایی است که از پنج قسمت اصلی تشکیلشده است: 1 -ورودی یا مدخل 2 -کمپرسور یا متراکم کننده، 3 -محفظه احتراق، 4 -توربین، 5 -نازل یا خروجی
1-2-1ورودی
این قسمت اولین بخش است که هوای ورودی به موتور از آن میگذرد . این بخش یک مجرای همگرا با واگرا است و وظیفه آن کاهش سرعت و یکنواخت کردن جریان هوای ورودی به موتور است . اگر سرعت هوای ورودی به کمپرسور زیاد باشد ، سرعت هوا در نوک پرههای آن بهسرعت صوت میرسد و برای گردش کمپرسور نیروی زبادی صرف خواهد شد. اگر سرعت هوای ورودی زیر صوت بود، این مدخل واگرا خواهد بود . اگر سرعت بالای سرعت صوت بود - مافوق صوت - باشد ، این مجرا همگرا خواهد بود. زیرا رفتار جریان مافوق صوت و زیر صوت برعکس هم است . در یک جریان مافوق صوت هوا در عبور از یک مجرای همگرا سرعتش کم میشود و در سرعتهای زیر صوت برعکس . بنابراین مدخل هواپیماهای زیر صوت واگرا است تا سرعت را کاهش دهد و کمکی نیز برای کمپرسور باشد .
2-2-1 کمپرسور یا متراکم کننده
هوا بعد از مدخل وارد کمپرسور میشود . وظیفه کمپرسور فشرده کردن هوا است . کمپرسورها به دو گروه اصلی تقسیم میشوند، کمپرسورهای گریز از مرکز و کمپرسورهای جریان محور.
3-2-1 محفظه احتراق
هوای فشرده به سمت محفظه احتراق راندهشده و بعد از تزریق سوخت توسط سوخت پاشها - انژکتورها - ، به دمای بین 800 تا 1200 سانتیگراد میرسد. این بخش را با آلیاژی مقاوم در برابر دمای - دمای حاصل از احتراق - و فشار بالا میپوشانند. شکل 4محفظه احتراق موتور توربوجت را به خوبی نمایش میدهد.
