چگونه هواپیما جت پرواز می کند؟
اگر فنری را فشار دهیم و رها کنیم فنر به شکل اولیه اش بر می گردد.هوا هم به همین طریق عمل می کند.اگر هوا را گرم کنیم منبسط می شود یعنی مولکولهای آن سعی می کنند از هم دور شوند و به فضای بیشتری نیاز دارد.
گرم کردن هوا اصلی است که در هواپیماهای جت از ان استفاده می شود.یعنی در واقع گرم کردن نیروی به وجود می آورد.که از این نیرو در هواپماهای جت استفاده می کنند.
اگر بادکنک یا بالونی را از هوا پر کنیم و سپس آن را رها کنیم هوایی که از دهانه بادکنک با فشار خارج می شود بادکنک را به پرواز در می آورد.این آزمایش بیانگر قاون سوم نیوتن است که اساس و پایه ساختمان موتور جت می باشد.بر اساس قاونون سوم نیوتن((هر نیروی وارد بر جسم دارای عکس العملی مساوی آن است)).در هواپیماهای جت نیروی حاصل از گازهای سوخته شده در حال خروج سبب عکس العمل شدیدی می شود که هواپیما جت را به جلو می راند.به عبارت دیگر گازهای سوخته شده خیلی سریع منبسط می شوند و هنگامی که این گازها از هواپیما خارج می شوند هواپیما را به جلو می رانند.موتورهای جت مدلهای مختلفی دارند ولی بر اساس و ساختمان کار همگی آنها یکی است.
طرز کار موتور جت در مدلهای مختلف
در یک موتور بنزینی پروانه دار که در اصطلاح آن را((توربوپراپ))می نامند موتور گاز بسیار سوزان و گرمی تولید می کند که سبب می شود هواپیما به جلو رانده شود.و همزمان با آن پروانه را هم به چرخش در می آورد.جریان هوا از کمپسر یا دستگاه فشار هوا عبور می کند و از اطاق سوخت می گذرد.
موتور کمپرسور هوایی یکی از ساده ترین موتورهای جت می باشد.وقتی با سرعت زیادی در آسمان حرکت می کند هوا در جلو آن جمع می شود و مطابق شکل جریان سوخت و هوا را عبور می کند.در این هواپیما باید جریان باد در ان حرکت کند تا موتور آن به کار افتد.بنابراین برای شروع کار هواپیما((مادر))مانند((b-52)) هواپیمای((x-15))را با خود حمل می کند و به پرواز در می آورد تا موتور آن شروع به کار کند.
در موتور توربینی هوا از یک دریچه به داخل کشیده می شود.یک کمپرسور و یک پنکه بزرگ هوای فشرده را به اطاقک سوخت وارد می کنند.در اطاقک سوخت هوای فشرده با مواد سوخت با هم آمیخته می شوند و منفجر می گردند.گازهای سوخته شده که گسترش یافته اند با قدرت زیادی از عقب موتور هواپیما ذخارج می شود.جریان هوای داغ و بسیار گرم پره های توربین را که روی صفحه کمپرسور قرار گرفته می چرخاند.در بعضی از مدل ها هواپیما جت در انتهای خروجی مجددا سوخت با جریان هوای گاز قبلی که بسیار سوزان و داغ است آمیخته می شود و به این ترتیب نیروی بیشتری برای به جلو راندن هواپیما به وجود می آید.
برای مشاهده عکس در سایز اصلی ، بر روی آن کلیک کنید
نخستین طراح موتور جت
در گذشته نیز فکر ساخت چنین موتوری وجود داشته است.چرا که در 130 سال قبل از میلاد مسیح یک ریاضیدان یونانی به نام((هرون))دستگاهی ساخت که فشار هوا کار می کرد.او در اسکندریه می زیست و احتمالا نخستین کسی است که چنین دستگاهی را ساخته است.
وی بخار آب جوش را با یک لوله به درون یک گوی فلزی چرخنده که دو لوله در دو جهت مختلف از آن خارج می شدند هدایت کرد.بخار آب که با فشار از دو لوله خارج می شد گوی زرا می چرخاند.دستگاه هرون فقط وسیله ای تفتنی بود که یک اصل علمی را بیان می کرد اما هیچ گونه کاربردی نداشت.
در سال 1865 یک مهندس فرانسوی به نام((چارلزدلویه))اولین طرح موتور جت را تهیه کرد.ولی جت یک باله ی او اصلا ساخته نشد.دو انگلیسی به نام های((بولتر))و((ادوارد))نیز چنین جتی را طراحی کردند.آان می خواستند هواپیمای سه باله ای با موتور جت بسازند ولی به علت عقاید مردم در آن زمان که تصور می کردند جسمی که از هوا سنگین تر باشد نمی تواند پرواز کند موفق به ساختن آن نشدند.
نخستین پرواز موفقیت آمیز با هواپیما جت موشوم به ((he-178))در 27 آگوست 1939 در آلمان انجام شد.
چرا از موتور جت پروانه دار استفاده می کنند؟
موتور جت ملخ دار موتور جتی است که به ملخ مجهز است.
توربین گازی در این موتورها با پروانه ها با هم کار می کنند.توربین گازی سبک تر از مونورهای پستونی است و موقع پرواز ارتعاش ندارد.به کمک موتورهای توربین پروانه دار فاصله نشست و برخاست هواپیما نسبت به نوع هواپیما های دیگر کمتر می شود.
این نوع هواپیماها نمی توانند پروازهای طولانی و سرعت زیاد داشته باشند. اما در پرواز با مسافت های متوسط می توان از چنین هواپیماهایی استفاده کرد.در غیر این صورت از نظر اقتصادی استفاده از هواپیماهای پیستونی و هواپیماهای جت با صرفه است.
دیوار صوتی چیست؟
سرعت صوت در هوا در صفر درجه سانتیگراد 331 متر بر ثانیه است.در دمای کمتر از صفر درجه از سرعت صوت کم می شود و در دمای بالاتر از صفر درجه بر سرعت صوت اضافه می شود.در دمای 2 درجه بالای صفر سرعت صوت 342 متر در ثانیه یا 2/1231 کیلومتر در ساعت می باشد.صوت به شکل موج در هوا حرکت می کند.
یکی از نخستین کسانی که خاصیت موجی صوت را کشف کرد(ارنست ماخ)فیزیکدان اتریشی بود.سال 1870 از اجسام در هوا عکس های گوناگون گرفت.او متوجه شد که اجسام در حال پرواز وقتی به مولکول های هوا برخورد می کنند موج های مرتعشی به وجود می آورند.برخورد این اجسام با یک مولکول در هوا سبب می شود که این مولکول با مولکول ها به همین ترتیب ادامه پیدا کند و موج های ارتعاشی به وجود آیند.هواپیما در حال پرواز مرتب به مولکول های هوا برخورد می کند و این موج های ارتعاشی به وجود آیند.هواپیما در حال پرواز مرتب به مولکول های هوا برخورد می کند و این موج ها را به وجود می آورد.وقتی سرعت هواپیما به سرعت صوت برسد این امواج دیواری از هوای فشرده به وجود می آورند.هنگامی که سرعت هواپیما از سرعت صوت بیشتر شود این دیوار را می شکند و در نتیجه صدای بسیار شدیدی و بلندی به وجود می آید.در صورتی که سرعت امواج این صدا از سرعت صوت بیشتر باشد در فضا باقی می ماند.البته در داخل هواپیما صدایی شنیده نمی شود . به زمین می رسند.بنابراین هواپیمای مافوق صوت صوت را دنبال خود می کشد.اگر چنین هواپیمایی با این سرعت از بالای سرمان پرواز کند پس از چند لحظه صدای بسیار بلند و شدیدی را می شنویم و چنانچه ما به همان سمت و با همان سرعت حرکت کنیم این صدا را به طور مداوم می شنویم.
برای مشاهده عکس در سایز اصلی ، بر روی آن کلیک کنید
ماخ چیست؟
هواپیماهایی که سرعتش کم بود با مشکلات کمتری رو به رو می شدند.اما هواپیماهایی که در ارتفاع بالا و با سرعت زیاد پرواز می کردند با مشکلاتی مواجه بودند.خلبان دیگر نمی توانستند هواپیما را هدایت کنند زیرا لرزش و تکان هواپیما بیش بیش از حد بود و آنان نمی توانستند حتی لرزش دست خود را کنترل کنند.در حقیقت خلبانان با دیوار صوتی که در مقابل آنها به وجود می آمد رو به رو می شدند.دانشمندان این پدیده را بررسی کردند و به زودی به علت آن پی بردند.
((ارنست ماخ))نخستین کسی بود که در این زمینه تحقیق کرد به همین علت واحد اندازه گیری سرعت هواپیما را با عدد ماخ که به نام اوست می سنجند.
عدد ماخ
می داینم سرعت صوت در نزدیکی زمین 342 متر بر ثانیه یا مساوی 2/1231 کیلومتر در ساعت است.بنابراین سرعتی که برابر با 2/1231 کیلومتر در ساعت باشد یک ماخ است.
در ارتفاع 10700 متری که دما تقریبا 45 درجه سانتیگراد و سرعت صوت 303 متر بر ثانیه است یک ماخ 1090 کیلومتر در ساعت می باشد.بنابراین هنگامی که می گویند هواپیمایی با سرعت 2 ماخ د رحال پرواز است یعنی دو برابر صوت پرواز می کند.
اثرات صوتی کدامند؟
نخستین گروه خلبانی که عملا با اثرات صوتی رو به رو شدند خلبانان هواپیماهای جنگی در جنگ جهانی دوم بودند.آنان با سرعتی در حدود 700 کیلومتر در ساعت پرواز می کردند.هنگامی که خلبانان برای فرار از دشمن ناگهان مجبور به کم کردن ارتفاع هواپیما می شدند احساس می کردند که یک با دیواری نامریی برخورد می کنند و سپس هواپیما به لرزش در می آمد و کنترل آن بسیار مشکل می شد.برخی از این هواپیماها پس از برخورد با دیوار صوتی در آسمان متلاشی می شدند.علت این لرزشها آن بود که وقتی هواپیماها با چنین سرعت زیادی در پرواز بودند در اثر تراکم هوا دیوار نامریی مقابل آنها به وجود می آمد و در اثر تصادم هواپیما با این دیوار موج های ارتعاشی ایجاد می شد.در آن زمان تصور می کردند که عبور از چنین دیواری نامریی غیر ممکن است.
چه کسی برای نخستین با از دیوار صوتی عبور کرد؟
آزمایش های مختلف در تونل های باد نشان داد که دیوار صوتی قابل نفوذ است و می توان آن را شکست.لرزش ها و تکان ها شدیدی که در اثر سرعت مافوق صوت به وجود می آیند را می توان با ساختن بدنه دوکی شکل و بال ها نوک تیز کم کرد.بال هایی که به شکل مثلث هستند نیز در کاستن لرزش و افزایش سرعت هواپیما موثرند.
بالاخره در چهاردهم اکتبر سال 1947 برای نخستین بار یک خلبان آمریکایی به نام((سی یک گر))با هواپیما به شکل موشک از نوع((bell x1))با پرواز افقی توانست دیوار صوتی را بشکند.در این پرواز سرعت او به 1630 کیلومتر در ساعت می رسید.پس از آن هواپیما شکاری((f-86))ساخته شد.سرعت این هواپیما به یک ماخ می رسید.
امروزه در اروپا و آمریکا هواپیماهای جنگی وجود دارند که سرعت آنها به 2 ماخ(2400 کیلومتر در ساعت)می رسد.هواپیمای جاسوسی((لاکهید))(sr-71)می تواند با سرعت 3 ماخ پرواز کند.بالاترین رکورد سرعت هواپیما مربوط به هواپیمای آمریکایی((اx-15))می باشد.این هواپیما به شکل موشک است.در پرواز آزمایشی این هواپیما را از یک هواپیمای بویینگ 747 در ارتفاع 33 کیلومتری پرتاب کردند.در نتیجه هواپیمای((x-15))با سرعتی در حدود 7250 کیلومتر در ساعت پرواز کرد.
پرواز هواپیماهای مافوق صوت(سوپر سونیک)با چه مشکلاتی رو برو است؟
رقابت در خط های هوایی مسافربری سبب شد که مهندسین به ساختن هواپیماهای مسافربری بپردازند که سریعتر از صوت و حتی دو برابر آن پرواز کنند.در اروپا با استفاده از تجربیات به دست آمده از هواپیماهای ارتشی دو مدل ساخته شد که به هم بسیار شبیه بودند.یکی از مدل روسی((tu-114))و دیگری کنکورد ساخت مشترک کشورهای فرانسه و انگلستان بود.هواپیمای روسی توپولف 114 نخستین پرواز خود را در 31 دسامبر 1968 انجام داد و هواپیمای کنکورد در دوم مارس 1969 در شهر((تولوز))پرواز کرد.
کنکورد توانست با سرعتی بیشتر از 2385 کیلومتر در ساعت پرواز کند و کمتر از سه ساعت فاصله ی بین قاره ی اروپا و آمریکا را طی کند.
استفاده از هواپیمای((sst))یا هواپیمای مسافربری سوپر سونیک(مافوق صوت)سال های طولانی با مشکلات زیادی روبرو بود.مثلا کارخانه هواپیما سازی آمریکایی((بویینگ))که سومین مدل هواپیمای((sst))مافوق صوت را طراحی کرده بود به علت وجود سه مانع بالاخره از ساختن این هواپیما منصرف شد.
1.هزینه تهیه آن بسیار گران بود(یک کنکور 150 میلیون دلار هزینه داشت).
2.محدودیت مسافر(یک هواپیما کنکورد فقط می تواند 228 نفر با خود حمل کند در صورتی که یک جمبوجت 480 گنجایش دارد).
3.به علت سر و صدای بسیار زیاد آن بسیاری از کشورها صنعتی دنیا مانند آمریکا ژاپن انگلستان بلژیک و آلمان عبور از آن را از کشورشان ممنوع اعلام کرده اند.
امروزه در شرکت های هواپیمایی بزرگ مانند((ایرفرانس))و((بریتیش ایروز))از هواپیمای کنکورد جهت پرواز به آمریکا شمالی و جنوبی و همچنین خاورمیانه استفاده می کنند.در شوروی از هواپیمای مافوق صوت برای راه های دور در بعضی مناطق آسیا استفاده می شود.
برای مشاهده عکس در سایز اصلی ، بر روی آن کلیک کنید
جریان های هوایی جت و علت پرواز از هواپیماها در مسیر آنها
پس از اینکه هواپیماها توانستند در ارتفاع بسیار زیاد پرواز کنند متخصصین هواشناسی و خلبانان به وجود جریان ها تند هوا در ارتفاع بین 8 تا 12 هزار متری زمین پی بردند.این جریان ها از غرب به شرق حرکت می کنند و سرعت آنها به 500 کیلومتر در ساعت می رسد.چون نخستین هواپیماهای جت در چنین ارتفاعاتی حرکت می کردند نام این جریان های تند هوایی را((جریان های هوایی جت))نامیدند.هواپمای که در چنین جران هایی قرار گیرد درست مانند انسانی است که در یک روز طوفانی در جهت وزش باد بدود.
هواپیمایی که با سرعت 950 کیلومتر در ساعت در حال پرواز است اگر در جریان هوایی جتی با سرعت 400 کیلومتر در ساعت قرار گیرد سرعت آن معادل 1100 کیلومتر در ساعت و حتی بیشتر خواهد بود.جریان هوایی جت سبب می شود که هواپیما سوخت کمتری مصرف کند و زودتر به مقصد برسد.
مدت پرواز هواپیماهای که از لندن به نیویورک پرواز می کنند یک ساعت طولانیتر از هواپیماهای است که از نیویورک به لندن می روند.این امر به علت جریان هوایی جت است.
پرواز عمودی
هر چه سرعت هواپیما بیشتر باشد بلند شدن و نشستن آن هم سریعتر انجام می گیرد.بنابراین مسیر حرکت و باند چنین هواپیمایی باید طویل باشد.مهندسین سازنده ی چنین هواپیمایی سالها تلاش می کنند هواپیمایی بسازند که با همین شرایط بدنه و سرعت هنگام بلند شدن و نشستن مانند هلیکوپتر باشد یعنی به طور عمودی از روی زمین بلند شود و بنشیند.
برای این کار موتور چنین هواپیمایی را می توان به دو شکل ساخت.یکی اینکه لوله اگزوز را هنگام برخاستن و نشستن هواپیما به طرف پایین برگردانید.دیگر اینکه یک موتور اضافی که اگزوز آن به طرف پایین باشد روی هواپیما نصب کنیم تا هنگام برخاستن و فرود آمدن از آن استفاده کنیموالبته با انجام این کار وزن هواپیما زیاد خواهد شد.چنین روشی را روی بسیاری از هواپیماها آزمایش کرده اند ولی تنها در هواپیماهای انگلیسی هاریر نتیجه داده است.این طرح نشست و برخاست هواپیما به صورت عمودی در هواپیما جت((دی او 31))آلمان که مخصوص حمل و نقل بود نیز به کار گرفته شد ولی اکنون تولید آن متوقف شده است.
درباره ی هواپیماهای مسافربری هم به کارگیری چنین موتورهایی به نتیجه نرسیده است زیرا بسیار گران تمام می شوند.
برای مشاهده عکس در سایز اصلی ، بر روی آن کلیک کنید
منبع: سایت میلیتاری
جواب میدم حتما