آشنایی با قسمتهای اصلی موتور جت

[imannasa2000]

موتورهای جت از قسمتهای اصلی زیر تشکیل شده است که به ترتیب از جلوی موتور به عقب عبارتند از:

​

- مجرای ورودی هوا
- کمپرسورها
- محفظه احتراق
- توربین
- پس سوز
- اگزوز

در این شکل اجزاء یک موتور جت نشان داده شده است.


1. مجرای ورودی هوا (Air Inlet Duct)
طرح و شکل مجاری ورودی هوا در کارآیی موتورهای جت یکی از مهمترین عوامل بوده و نقش بسزائی را در پرواز ایفا می‌نماید.
طراحی و ساخت این مجاری باید به گونه‌ای باشد که در شرایط مختلف پرواز با سرعتهای زیر و بالای صوت، در ارتفاع و شرایط جوی گوناگون بتوانند هوای کنترل شده و مورد نیاز موتور را از دهانه خود عبور داده و تحت فشاری معین بطرف کمپرسور هدایت کنند.

2. کمپرسورها(Compressors)
کمپرسورها از نظر ساختمان و نحوه تراکم هوا به دو دسته تقسیم می‌شوند:
- کمپرسورهای دیسکی ((Centrifugal Flow Compressors
این نوع کمپرسورها دارای دیسکی هستند که برروی آن تیغه‌هائی بصورت مجرای واگرا جوش داده شده است. در اثر چرخیدن دیسک کمپرسور که بوسیله شفت موتور انجام می‌شود، جریان هوا در امتداد شعاع دیسک با نیروی گریز از مرکز از بین تیغه‌های روی دیسک عبور می‌کند و به دلیل شکل خصوص تیغه‌ها (واگرا) سرعت هوا کم و فشار آن زیاد می‌شود. چون دیسک کمپرسور در اثر چرخش و دوران زیاد به هوا سرعت هم می‌بخشد، در نتیجه هوا پس از عبور از دیسک کمپرسور، هم فشار و هم سرعتش زیاد می‌شود. زمانیکه هوا به نوک پره‌های ایمپلر می‌رسد فشار و سرعتش نسبت به هوای ورودی کمپرسور خیلی زیادتر می‌شود. هوا پس از عبور از کمپرسور به قطعه‌ای به نام دیفیوزر وارد می‌شود. این قطعه دارای پره‌های ثابتی است که در اطراف کمپرسور قرار گرفته‌اند و بازهم باعث ازدیاد فشار و کاهش سرعت آن می‌شوند. بطور کلی هر دو دستگاه، کمپرسور و دیفیوزر شار هوا را زیاد می‌کنند.
هوا پس از عبور از دیفیوزر وارد محفظه احتراق شده و قبل از رسیدن به محفظه احتراق باز هم به علت واگرا بودن (Air Adapter) فشارش زیاد و سرعتش کم می‌شود. این ازدیاد فشار نهائی، آمادگی هوا را جهت احتراق بیشتر می‌کند. در محفظه احتراق، سوخت به داخل هوای فشرده شده پاشیده شده و مخلوط سوخت و هوا بوسیله شمع محترق می‌گردد. در اثر احتراق مخلوط سوخت و هوا، گازهای منبسط شده با درجه حرارت زیاد وارد نازل توربین شده و باعث گشتن توربین و در نتیجه گردش کمپرسور و متعلقات گردنده آن می‌شوند. گازهای سوخته سپس وارد اگزوز شده و با سرعت زیاد از دهانه اگزوز خارج می‌شوند که عکس‌العمل آنها باعث بوجود آمدن تراست خواهد شد.
- کمپرسور محوری (Axial Compressor)
کمپرسور محوری به شکل استوانه بوده و دارای پره‌های گردنده (Rotor) و پره‌های ثابت (Stator) می‌باشد. این پره‌ها پشت سر هم در اطراف محور کمپرسور و عمود بر آن قرار دارند. هر ردیف دور تا دور دایره‌ای از پره‌های گردنده، هوا را متراکم و به ردیف دایره‌ای شکل پره‌های ثابت تحویل می‌دهند. پره‌های ثابت نیز هوای متراکم را گرفته و در خط مستقیمی که به موازات محور کمپرسور است به درون ردیف پره‌های گردنده بعدی می‌فرستند و این کار تا انتهای کمپرسور ادامه می‌یابد. پره‌های گردنده بر روی محیط خارجی یک دیسک سوار شده‌اند وردیف دوم که شامل پره‌های ثابت است از داخل برروی پوسته موتور نصب شده‌اند.
هر ردیف پره‌های گردنده و ثابت را یک مرحله (Stage) می‌گویند. در این نوع کمپرسورهای محوری هر چه تعداد مراحل آن بیشتر باشد، حجم هوای زیادتری را متراکم کرده و در نتیجه موتور دارای تراست بیشتری خواهد بود. امروزه بیشتر موتورهای جت دارای کمپرسور محوری چند مرحله‌ای هستند.
با افزایش فشار هوا در هر مرحله از حجم آن نیز کاسته شده و برای جای دادن آن به فضای کمتری نیاز است. چون این نوع کمپرسورها به صورت همگرا ساخته شده و پره‌های آنها رفته رفته کوتاهتر می‌شوند، پره‌های گردنده که به شکل مقاطع آیرودینامیکی یا ایرفویل هستند، هوا را از جلو کمپرسور گرفته و پس از متراکم نمودن، آنرا به طرف عقب کمپرسور هدایت می‌کنند. جنس این پره‌ها از آلیاژ آلومینیوم، تیتانیوم و فولاد است.
مسیر جریان هوا در داخل موتورهای جت بنا به نحوه طراحی موتور متفاوت است. در طراحی موتورهای خطی یا مستقیم موتور طوری طراحی شده که دارای دهانه ورودی کوچکتر و همچنین متناسب با سیستم By Pass باشد. بطور کلی مسیر جریان هوا در تمام موتورهای جت نسبتا مشابه است.

​

در این شکل هر دو نمونه کمپرسور نشان داده شده است.

 

[imannasa2000]

واماندگی کمپرسور (Compressor Stall)
در صورتیکه مراحل آخر کمپرسور فشار کمتری تولید کنند و stageهای جلوی کمپرسور overload شوند و تحت فشار زیادی قرار گیرند، ناهماهنگی بین ردیفهای جلو و عقب کمپرسور بوجود می‌آید که توام با حرارت زیاد و لرزش زیاد موتور و همراه با صدای ناهنجار کمپرسور است. این حالت را اصطلاحا واماندگی کمپرسور می‌گویند. برای از بین بردن این پدیده از سیستمی بنام Air Flow Control System استفاده می‌شود. بدین ترتیب که از طریق شیرهایی بنام Air Bleed Valve در Stage های وسط و آخر کمپرسور، بار کمپرسور را در این حوالی کم می‌کنند. بنابراین خطر واماندگی کمپرسور از بین می‌رود و همچنین بطور اتوماتیک، با تغییر زاویه پره‌های ورودی هوا به داخل کمپرسور از واماندگی کمپرسور جلوگیری به عمل می‌آید.
موتورهای دو کمپرسوری(Twin Spool Compressor)
روش دیگر برای جلوگیری از استال کمپرسور دو تکه‌ای بودن کمپرسور می‌باشد. این نوع کمپرسورها دارای یک کمپرسور فشار ضعیف و یک کمپرسور فشار قوی می‌باشند. کمپرسور فشار ضعیف در جلو و فشار قوی در عقب موتور قرار دارند و بوسیله دو شفت که به دو توربین متصل هستند هر کدام با دور معینی می‌گردند.
لازم به توضیح است که توربین فشار قوی کمپرسور فشار قوی و توربین فشار ضعیف کمپرسور فشار ضعیف را می‌گرداند.
طرح دو کمپرسوری خطر واماندگی کمپرسور را از بین برده و با وزن کمتر دارای نسبت تراکم زیادتری در مقایسه با سایر کمپرسورها می‌باشد.


3. محفظه احتراق (Combustion Chamber)
بعد از کمپرسور و دی،یوزر قسمتی به نام محفظه احتراق وجود دارد که از یک یا چند محفظه، چند شمع، چند سوخت پاش و یک یا دو عدد Drain Valve تشکیل شده است. هوای فشرده پس از خروج از کمپرسور و عبور از دیفیوزر، وارد محقظه احتراق می‌شود. سوخت مناسب توسط سوخت پاشها به داخل هوای متراکم پاشیده می‌شود. هوا در اثر تراکم حرارتش بالا رفته و به محض اضافه شدن سوخت، مخاوط مناسب جهت احتراق آماده می‌شود. جرقه لازم در هنگام Starting توسط شمعها تولید شده و مخلوط محترق می‌شود. البته برای ایمنی بیشتر قبل از پاشیده شدن سوخت سیستم جرقه روشن شده و شمعها شروع به جرقه زدن می‌کنند تا به محض پاشیدن سوخت احتراق فورا انجام شده و از انجار جلوگیری به عمل آید. بدین ترتیب انرژی موجود در مخلوط هوا و سوخت در اثر احتراق تبدیل به انرژی حرارتی شده و انرژی جنبشی هوای عبوری از موتور را افزایش می‌دهد.
محفظه احتراق که شبیه تنور است پس از یکبار جرقه زدن شمعها تا پایان کار موتور روشن می‌ماند و دیگر نیازی به جرقه شمعها نیست و سیستم Ignition همراه با استارت خاموش می‌شود.
بطور معمول چهار نوع محفظه احتراق وجود دارد که عبارتند از:
- محفظه‌های لوله‌ای یا استوانه‌ای (can type)
- محفظه‌های لوله‌ای-حلقه‌ای (cannular)
- محفظه‌های حلقه‌ای (annular)
- محفظه‌های حلقه‌ای دوبله(double annular)
عمل احتراق در محفظه احتراق
همانطور که اشاره شد هوای کمپرسور به علت فشار و سرعت زیاد در جهت وارد شدن به محظه احتراق به دیفیوزر می‌رود. این دستگاه به علت شکل مخصوصی که دارد باز هم فشار هوا را زیاد کرده و از سرعت آن می‌کاهد و آنگاه که برای سوختن مناسب باشد، آنرا وارد محفظه احتراق می‌نماید.
سوخت مورد استفاده موتورهای جت از نوع سوخت سنگینی به نام JP-4 است که نوعی نفت سنگین می‌باشد. نسبت مخلوط هوا و سوخت در محفظه احتراق از 1/45 تا 1/130 می‌تواند تغییر کند. از کل هوای ورودی به محفظه احتراق 4/1 آن به مصرف سوخت می‌رسد و بقیه هوا یعنی 75% آن به مصرف خنک کردن شعله، رقیق کردن آن و ساختن واشری از هوای فشرده جهت جلوگیری از برخورد شعله به دیواره محفظه و همچنین نگهداشتن شعله در وسط و بالاخره خاموش کردن شعله داخل محفظه احتراق می‌رسد. گازهای داغ با فشار زیاد از قسمت انتهایی محفظه احتراق که بتدریج تنگتر شده و مانند یک لوله مخروطی است، عبور می‌کند و باعث افزایش سرعت گازهای داغ شده و آنها را به طرف پره‌های ثابت توربین و سیس پره‌های گردنده توربین هدایت می‌کند.

در این تصویر نمونه‌ای از یک محفظه احتراق لوله‌ای حلقوی و یک نمونه حلقه‌ای دیده می‌شود.




4. توربین
گازهای خروجی که از محفظه احتراق خارج می‌شوند با سرعت ، فشار و حرارت خیلی زیاد وارد محیطی بنام نازل توربینی می‌شوند و از آنجا وارد پره‌های گردنده توربین شده و انرژی حرارتی در توربین به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود و توربین را می‌چرخاند. در اثر گردش توربین کمپرسور ، متعلقات گردنده موتور نیز توسط شفتی که بین توربین و آنها قرار دارد، گردانده می‌شوند. توربینها همه از نوع محوری هستند و ممکن است یک ردیفه، دو ردیفه، چهار ردیفه و یا بیشتر باشند.
یک ردیف پره‌های ثابت و یک ردیف پره‌های گردنده را یک stage توربین می‌گویند. توربین در موتورهای جت ملخ‌دار، علاوه بر کمپرسور و متعلقات گردنده، ملخ را نیز می‌گرداند.
کمپرسورهای دوتکه‌ای که یکی H.P. Compressor و دیگری L.P. Compressor می‌باشد، توسط تورینهایی که یکی H.P. Turbine و دیگری L.P. Turbine است، می‌گردند. بعضی دیگر از انواع جتهای ملخ‌دار، دارای دو شفت متصل به دو توربین هستند که یکی کمپرسور و دیگری ملخ را می‌گرداند. این توربینها را توربین آزاد می‌نامند. گازهای سوخته شده هنگام ورود به توربین دارای حرارتی بین 700 تا 1200 درجه سانتیگراد هستند. قبل از رسیدن گاز سوخته شده و داغ به پره‌های توربین، ترموکوپل‌هائی در سر راه آنها قرار داده شده است که دقیقا حرارت گازها را اندازه‌گیری نموده و به کابین خلبان در نشاندهنده I.T.T یا E.G.T منعکس می‌نماید. چون پره‌های توربین دائما مواجه با حرارت زیاد گازهای سوخته شده هستند، برای آنکه پره‌ها نسوزند و یا کارآئی آنها از بین نرود، از هوای مراحل آخر کمپرسور استفاده می‌کنند و آنرا از روی پره‌های توربین عبور می‌دهند. چون حرارت این هوا از حرارت پره‌های توربین خیلی کمتر است، در نتیجه هوای خنک کننده‌ای برای پره‌های توربین محسوب می‌شود و توربین دیسک و پره‌ها را خنک می‌کند.

در این شکل یک نمونه توربین به همراه پره آن نشان داده شده است. حفراتی که به منظور خنک کاری بر روی پره تعبیه شده‌اند نیز ، در شکل دیده می‌شود.
​

 

[imannasa2000]

5. پس سوز (After Burner)
پس سوز قطعه‌ایست مانند رمجت که دارای تعدادی سوخت‌پاش و شمع می‌باشد و امروزه در روی اکثر موتورهای جت شکاری مورد استفاده قرار می‌گیرد. بطور معمول 75% هوای کمپرسور به مصرف خنک کردن سیستم‌های داغ موتور که محفظه احتراق و توربینها می‌باشند، می‌رسد. این هوای اضافی همراه با اگزوز موتور از توربین خارج می‌شود. بنابراین اگر در داخل این اگزوز مقداری سوخت پاشیده شود و شمع نیز جرقه بزند، سوخت با اکسیژن موجود در هوای اگزوز مخلوط شده و محترق می‌شود و همانند رمجت عمل می‌کند و نیروی عکس‌العمل خیلی زیادی به موتور هواپیما می‌دهد که برابر 75% نیروی تراست موتور می‌باشد.
در هواپیمای جت شکاری به هنگام برخاست و زمان عملیات نظامی، فرار از تیررس دشمن، دنبال کردن هواپیماهای دشمن و ... از این سیستم استفاده می‌شود. زمان استفاده از این سیستم بدلیل مصرف زیاد سوخت خیلی کم است.
در این سیستم لوله اگزوز بصورت متغیر ساخته می‌شود تا آمادگی لازم برای خارج کردن تمام اگزوز در زمان استفاده از پس‌سوز و تولید نیروی عکس‌العمل را داشته باشد.

6. اگزوز (Exhaust System)
سیستم اگزوز بعد از توربین قرار دارد و از سه قسمت زیر تشکیل شده است:
- مخروط بیرونی
- مخروط درونی
- لوله دم
این قسمت گازهای داغ را از توربین دریافت می‌کند. گازها که از پره‌های گردنده آخر توربین خارج می‌شوند، تمایل دارند در همان جهت که از پره توربین خارج شده‌اند به حرکت دورانی خود ادامه دهند. چنین موردی سبب بی‌نظمی و آشفتگی انبساطی اگزوز می‌شود. بطور کلی سیستم اگزوز از توربولانس اگزوز جلوگیری نموده و آنها را به موازات محور طولی موتور، به سمت خارج هدایت می‌کند. در بین مخروط بیرونی و درونی از سرعت گازها کاسته شده و به فشار آنها افزوده می‌شود. اما با عبور اگزوز از دم، دومرتبه سرعت آنها افزایش می‌یابد. از طرفی چون خروج گازها با سروصدای زیادی توام است لذا بمنظور جلوگیری از سروصدای زیاد و ناراحتی گوشها، سیستم اگزوز را با صدا خفه کن مجهز می‌کنند. صدا خفه کن باعث افزایش فرکانس صوتی گازهای خروجی شده و صدا را غیر قابل شنیدن می‌کنند.
سیستم اگزوز بطور معمول 30 تا 40 درصد انرژی بوجود آمده در محفظه احتراق را به نیروی تراست تبدیل می‌کند و بدین صورت باعث جلو رفتن و پرواز هواپیما می‌شود. بقیه انرژی حاصله به مصرف گرداندن توربین می‌رسد. در بعضی از هواپیماها قطعه‌ای بنام Thrust Reverser وجود دارد که به هنگام فرود برای متوقف نمودن هواپیما بسیار موثر می‌باشد.

در این تصاویر موتور توربو جت با دو توربین و دو کمپرسور و همچنین یک موتور توربوجت با پس‌سوز نشان داده شده است.



7. متعلقات گردنده موتور جت (Jet Engine Accessory Section)
این قسمت در موتورهای کمپرسور محوری در زیر سیستم کمپرسور تعبیه شده است. این متعلفات دارای چند جعبه دنده هستند که هر یک از قطعات گردنده را با دور مناسب به شفت اصلی کمپرسور متصل می‌کند و هر کدام دارای RPM مخصوصی می‌باشند.
متعلقات گردنده یک موتور جت عبارتند از :
- پمپ‌های روغن
- پمپ هیدرولیک
- پمپ‌های فشار سوخت
- ژنراتورها
- استارتر
- دوران‌نمای موتور
و قطعات دیگر که بنا به نیاز موتور و با RPM مناسب روی آن تعبیه شده‌اند.
منبع : شرکت خدمات فنی ومهندسی رها - راهبرد فردا​

 

[Tomcat_strike]

مفاله ی خیلی خوبی بود. اگه ممکنه انحصارا در مورد پالس جت ها هم توضیح دهید.