وبلاگ تحقيقاتي متالورژي



موتور جت


 


مقدمه


 


در هواپيماهاي با بالهاي ثابت که توسط يک يا چند موتور جت از جنس مواد مقاوم به سايش نظير ورق استيل ضد سايش هدايت مي‌شوند، داراي جنبه‌هاي خاصي از عملکرد مانند نيروي رانش هستند که مستقيماً به عملکرد ايمن هواپيما مربوط مي‌شود. هرچند ساير جنبه‌هاي عملکرد موتور مانند سر و صدا و انتشار محصولات سوخت موتور بر محيط زيست تأثير مي‌گذارد. عناصر رانش، صدا و انتشار آلودگي يک موتور جت در مرحله برخاستن هواپيما از اهميت حياتي ويژه اي برخوردار هستند. موتورهاي جت با ضريب اطمينان بالايي ساخته مي شوند لذا استفاده از ورق استيل 321 در دهانه ورودي آن تاثير چشمگيري در طول عمر آن دارد. موضوع اطمينان از عملکرد و ضريب اطمينان موتور جت به قدري است که قيمت ورق استيل 321 در معادلات ساخت موتور هيچ نقش و جايگاهي ندارد.


مشکلات موتور جت


عناصر رانش و مصرف سوخت و تغييرات آنها با ارتفاع، در مراحل صعود و کروز عمليات هواپيما از اهميت حياتي برخوردار است. رفتار يک موتور جت و تأثير آن بر هواپيما و محيط و نيز طراحي و مواد مورد استفاده در ساخت آن در حوزه ها يا رشته هاي مهندسي مختلف طبقه بندي مي شود. ساخت انواع ورق استيل ضدسايش نظير ورق استيل 321 توسط مهندسان متالورژي با کيفيت مناسب و ضريب اطمينان بالا، نشان دهنده حضور موثر علم مواد در اين صنعت مي باشد. هر نوع صرفه جويي در ساخت موتور جت مثل حذف هزينه ناشي از قيمت ورق استيل 321 و جايگزيني آن با مواد بي کيفيت مي تواند آسيبهاي جدي بر روي زندگي انسان و طبيعت داشته باشد. مثلاً گازهاي گلخانه اي ناشي از احتراق سوخت در موتور جت و يا ارتعاشات منتقل شده به بدنه هواپيما ناشي از لغزش موتور بي کيفيت، از مواردي است که طراحان را دچار مسائل ناخواسته مي کند.



موتور جت



عملکرد ورودي موتور جت


 درک اينکه چگونه يک جريان سوخت خاص مقدار معيني از رانش را در يک نقطه خاص در پوشش پرواز ايجاد مي کند، عملکرد موتور جت ناميده مي شود. عملکرد، موضوع يک رشته تخصصي در تيم هاي طراحي و توسعه موتورهاي هوا است، همانطور که درک صدا و انتشار توسط متخصصان مربوط به گروه هاي ديگر است. وظيفه عملکرد اساسي براي يک توربوجت تک شفت، مطابقت با عملکرد کمپرسور، توربين و نازل پيشران است. به عنوان مثال، نحوه عملکرد کمپرسور با مقاومت هاي جريان پشت آن، که در محفظه احتراق، توربين، لوله اگزوز و نازل پيشران رخ مي دهد، تعيين مي شود. تطبيق ممکن است به عنوان طراحي، اندازه و دستکاري ويژگي هاي عملياتي  کمپرسور، توربين و نازل پيشران تعريف شود. 
جريان هوا از طريق ورودي موتور جت و به وسيله کمپرسور به سمت منطقه فشار بالا هدايت مي گردد. توان توليد شده توسط توربين برابر با توان جذب شده توسط کمپرسور است. علاوه بر اين، مقاومت جريان مشاهده شده توسط کمپرسور توسط دو محدود کننده پايين دست، يعني ناحيه نازل توربين و ناحيه خروجي نازل پيشران، تعيين مي شود. سه اتصال فوق بين کمپرسور و توربين تنظيم و اصلاح مي‌شوند. در ادامه به انواع ورودي موتور جت اشاره گرديده است.


ورودي هاي مافوق صوت


 ورودي هاي مافوق صوت از امواج ضربه اي براي کاهش سرعت جريان هوا به شرايط مافوق صوت در ورودي کمپرسور استفاده مي کنند. اساساً دو شکل امواج ضربه اي وجود دارد:
-     امواج ضربه اي معمولي که عمود بر جهت جريان قرار دارند. امواج ضربه اي معمولي باعث افت شديد فشار مي شوند. هرچه عدد ماخ ورودي مافوق صوت به يک موج ضربه اي معمولي بيشتر باشد، عدد ماخ خروجي مافوق صوت کمتر و شوک قوي تر است.
-    امواج ضربه اي مخروطي (سه بعدي) و مورب (2D) به سمت عقب زاويه دارند، مانند موج کمان در کشتي يا قايق، و از يک اختلال جريان مانند مخروط يا سطح شيب دار تابش مي کنند. براي يک عدد ماخ ورودي معين، آنها ضعيف تر از موج شوک معمولي معادل هستند و اگرچه جريان کند مي شود، اما در سراسر مافوق صوت باقي مي ماند. امواج ضربه اي مخروطي و مورب جريان را مي چرخانند که در جهت جديد ادامه مي يابد تا زماني که در پايين دست با اختلال جريان ديگري مواجه شود. 



موتور جت


 


رمپ ورودي


يک جايگزين براي ورودي مخروطي شامل زاويه دادن به ورودي است، به طوري که يکي از لبه هاي آن يک سطح شيب دار را تشکيل دهد. يک موج ضربه اي مورب در ابتداي رمپ تشکيل مي شود. در قرن گذشته جت هاي سرّي ايالات متحده چندين گونه از اين رويکرد را ارائه مي کردند که معمولاً با سطح شيب دار در لبه عمودي بيروني ورودي، که سپس به سمت داخل متمايل مي شد، طراحي مي گرديد. نمونه هاي معمولي عبارتند از موتورهاي جت F-105 Thunderchief و F-4 Phantom که اين طرح در بازيابي فشار کمي پايين‌تر از ورودي مخروطي است، اما در سرعت‌هاي مافوق صوت پايين‌تر، تفاوت در بازيابي فشار قابل توجه نيست و اندازه کوچک‌تر و سادگي طراحي سطح شيب‌دار باعث مي‌شود که آن را به گزينه ترجيحي براي بسياري از هواپيماهاي مافوق صوت تبديل کند. بعداً اين تکامل به‌گونه‌اي شد که سطح شيبدار در لبه افقي بالايي قرار داشت تا لبه عمودي بيروني، با يک زاويه مشخص به سمت پايين و عقب طراحي گردد. اين طراحي ساخت ورودي ها را ساده کرد و امکان استفاده از رمپ هاي متغير را براي کنترل جريان هوا به داخل موتور فراهم کرد.


موتور جت


 


مقدمه


 


در هواپيماهاي با بالهاي ثابت که توسط يک يا چند موتور جت از جنس مواد مقاوم به سايش نظير ورق استيل ضد سايش هدايت مي‌شوند، داراي جنبه‌هاي خاصي از عملکرد مانند نيروي رانش هستند که مستقيماً به عملکرد ايمن هواپيما مربوط مي‌شود. هرچند ساير جنبه‌هاي عملکرد موتور مانند سر و صدا و انتشار محصولات سوخت موتور بر محيط زيست تأثير مي‌گذارد. عناصر رانش، صدا و انتشار آلودگي يک موتور جت در مرحله برخاستن هواپيما از اهميت حياتي ويژه اي برخوردار هستند. موتورهاي جت با ضريب اطمينان بالايي ساخته مي شوند لذا استفاده از ورق استيل 321 در دهانه ورودي آن تاثير چشمگيري در طول عمر آن دارد. موضوع اطمينان از عملکرد و ضريب اطمينان موتور جت به قدري است که قيمت ورق استيل 321 در معادلات ساخت موتور هيچ نقش و جايگاهي ندارد.


مشکلات موتور جت


عناصر رانش و مصرف سوخت و تغييرات آنها با ارتفاع، در مراحل صعود و کروز عمليات هواپيما از اهميت حياتي برخوردار است. رفتار يک موتور جت و تأثير آن بر هواپيما و محيط و نيز طراحي و مواد مورد استفاده در ساخت آن در حوزه ها يا رشته هاي مهندسي مختلف طبقه بندي مي شود. ساخت انواع ورق استيل ضدسايش نظير ورق استيل 321 توسط مهندسان متالورژي با کيفيت مناسب و ضريب اطمينان بالا، نشان دهنده حضور موثر علم مواد در اين صنعت مي باشد. هر نوع صرفه جويي در ساخت موتور جت مثل حذف هزينه ناشي از قيمت ورق استيل 321 و جايگزيني آن با مواد بي کيفيت مي تواند آسيبهاي جدي بر روي زندگي انسان و طبيعت داشته باشد. مثلاً گازهاي گلخانه اي ناشي از احتراق سوخت در موتور جت و يا ارتعاشات منتقل شده به بدنه هواپيما ناشي از لغزش موتور بي کيفيت، از مواردي است که طراحان را دچار مسائل ناخواسته مي کند.



موتور جت



عملکرد ورودي موتور جت


 درک اينکه چگونه يک جريان سوخت خاص مقدار معيني از رانش را در يک نقطه خاص در پوشش پرواز ايجاد مي کند، عملکرد موتور جت ناميده مي شود. عملکرد، موضوع يک رشته تخصصي در تيم هاي طراحي و توسعه موتورهاي هوا است، همانطور که درک صدا و انتشار توسط متخصصان مربوط به گروه هاي ديگر است. وظيفه عملکرد اساسي براي يک توربوجت تک شفت، مطابقت با عملکرد کمپرسور، توربين و نازل پيشران است. به عنوان مثال، نحوه عملکرد کمپرسور با مقاومت هاي جريان پشت آن، که در محفظه احتراق، توربين، لوله اگزوز و نازل پيشران رخ مي دهد، تعيين مي شود. تطبيق ممکن است به عنوان طراحي، اندازه و دستکاري ويژگي هاي عملياتي  کمپرسور، توربين و نازل پيشران تعريف شود. 
جريان هوا از طريق ورودي موتور جت و به وسيله کمپرسور به سمت منطقه فشار بالا هدايت مي گردد. توان توليد شده توسط توربين برابر با توان جذب شده توسط کمپرسور است. علاوه بر اين، مقاومت جريان مشاهده شده توسط کمپرسور توسط دو محدود کننده پايين دست، يعني ناحيه نازل توربين و ناحيه خروجي نازل پيشران، تعيين مي شود. سه اتصال فوق بين کمپرسور و توربين تنظيم و اصلاح مي‌شوند. در ادامه به انواع ورودي موتور جت اشاره گرديده است.


ورودي هاي مافوق صوت


 ورودي هاي مافوق صوت از امواج ضربه اي براي کاهش سرعت جريان هوا به شرايط مافوق صوت در ورودي کمپرسور استفاده مي کنند. اساساً دو شکل امواج ضربه اي وجود دارد:
-     امواج ضربه اي معمولي که عمود بر جهت جريان قرار دارند. امواج ضربه اي معمولي باعث افت شديد فشار مي شوند. هرچه عدد ماخ ورودي مافوق صوت به يک موج ضربه اي معمولي بيشتر باشد، عدد ماخ خروجي مافوق صوت کمتر و شوک قوي تر است.
-    امواج ضربه اي مخروطي (سه بعدي) و مورب (2D) به سمت عقب زاويه دارند، مانند موج کمان در کشتي يا قايق، و از يک اختلال جريان مانند مخروط يا سطح شيب دار تابش مي کنند. براي يک عدد ماخ ورودي معين، آنها ضعيف تر از موج شوک معمولي معادل هستند و اگرچه جريان کند مي شود، اما در سراسر مافوق صوت باقي مي ماند. امواج ضربه اي مخروطي و مورب جريان را مي چرخانند که در جهت جديد ادامه مي يابد تا زماني که در پايين دست با اختلال جريان ديگري مواجه شود. 



موتور جت


 


رمپ ورودي


يک جايگزين براي ورودي مخروطي شامل زاويه دادن به ورودي است، به طوري که يکي از لبه هاي آن يک سطح شيب دار را تشکيل دهد. يک موج ضربه اي مورب در ابتداي رمپ تشکيل مي شود. در قرن گذشته جت هاي سرّي ايالات متحده چندين گونه از اين رويکرد را ارائه مي کردند که معمولاً با سطح شيب دار در لبه عمودي بيروني ورودي، که سپس به سمت داخل متمايل مي شد، طراحي مي گرديد. نمونه هاي معمولي عبارتند از موتورهاي جت F-105 Thunderchief و F-4 Phantom که اين طرح در بازيابي فشار کمي پايين‌تر از ورودي مخروطي است، اما در سرعت‌هاي مافوق صوت پايين‌تر، تفاوت در بازيابي فشار قابل توجه نيست و اندازه کوچک‌تر و سادگي طراحي سطح شيب‌دار باعث مي‌شود که آن را به گزينه ترجيحي براي بسياري از هواپيماهاي مافوق صوت تبديل کند. بعداً اين تکامل به‌گونه‌اي شد که سطح شيبدار در لبه افقي بالايي قرار داشت تا لبه عمودي بيروني، با يک زاويه مشخص به سمت پايين و عقب طراحي گردد. اين طراحي ساخت ورودي ها را ساده کرد و امکان استفاده از رمپ هاي متغير را براي کنترل جريان هوا به داخل موتور فراهم کرد.


آخرین جستجو ها