موضوع مقاله: موتور جت | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # موتور جت | مقدمه: با این تعریف گسترده موتورهایی مانند توربوجت و توربوفن و رم‌جت و موتور موشک، گونه‌ای موتور جت به‌شمار می‌روند؛ ولی معمولاً منظور از موتور جت توربینی است که با بیرون‌دادن گاز داغ برای پیشرانش به‌کار می‌رود. | ## بخش 1: موتور جت | اصول پایهٔ کارکرد این نوع موتورها تقریباً ساده است، هوا از طریق یک مجرای ورودی به بخش کمپرسور وارد شده و متراکم می‌شود، سپس هوای متراکم وارد محفظهٔ 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 منبسط شده توربین را به گردش درمی‌آورد که در نتیجه 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 مورد نیاز را ایجاد می‌کند. موتورهایی که از اصول کار موتورجت بهره می‌برند ولی پیشرانش در آن‌ها با ملخ انجام می‌گیرد توربوپراپ نام دارند و نوعی موتور جت به‌شمار نمی‌روند. از تولیدکنندگان بزرگ موتور جت در جهان می‌توان به جنرال الکتریک و پرت اند ویتنی ایالات متحده، رولز-رویس هلدینگز بریتانیا و سافران فرانسه اشاره کرد. اما چون این هوا با سرعت نسبتاً زیادی وارد موتور گردیده برای احتراق مناسب نمی‌باشد و بیشتر سوخت مصرف شده، بدون اشتعال هدر می‌رود. به همین دلیل هوا به قسمت دیفیوزر یا همان کاهنده سرعت فرستاده می‌شود تا از سرعت آن کاسته شود. قسمتی از نیروی حاصله از این احتراق صرف گرداندن توربین شده و مابقی برای تولید نیروی رانش به کار می‌رود. این بخش یک مجرای همگرا یا 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 به سرعت صوت می‌رسد و برای گردش کمپرسور نیروی زیادی صرف خواهد شد. در یک جریان مافوق صوت هوا در عبور از یک مجرای همگرا سرعتش کم می‌شود و در سرعت‌های زیر صوت بر عکس؛ بنابراین مدخل هواپیماهای زیر صوت واگرا است تا سرعت را کاهش دهد و کمکی نیز برای کمپرسور باشد. کمپرسورها به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند، کمپرسورهای گریز از مرکز و کمپرسورهای جریان محور محفظه احتراق هوای فشرده به سمت محفظه احتراق رانده شده و بعد از تزریق سوخت توسط سوخت پاش‌ها (انژکتورها)، به دمای بین ۸۰۰ تا ۱۲۰۰ سانتیگراد می‌رسد. این بخش را با آلیاژی مقاوم در برابر دمای (دمای حاصل از احتراق) و فشار بالا می‌پوشانند. شکل توربین شبیه به کمپرسور است اما با این تفاوت که به کمپرسور کار داده می‌شود تا هوا را فشرده کند ولی در توربین از جریان گازهای گرم عبوری کار گرفته می‌شود. به مجموعه کمپرسور، توربین و محور رابط (محور انتقال دهنده نیرو جهت گردش، از توربین به کمپرسور) اسپول می‌گویند. هر موتور توربوجت دارای یک اسپول می‌باشد اما بعضی از موتورها، دارای دو یا چند اسپول می‌باشند. البته استفاده از پس سوز فقط در شرایط اضطراری و شرایط جنگی مجاز است در غیر این صورت به علت مصرف بسیار بالای سوخت از آن استفاده نمی‌گردد. تنها هواپیمای مسافربری با سیستم پس سوز، هواپیمای کنکورد Concord ساخت مشترک آلمان، انگلیس و فرانسه بود که به علت ایجاد آلودگی صوتی زیاد و مصرف سوخت بالا، از کار برکنار شد. طرز کار موتورهای توربوپراپ عیناً مانند موتورهای جت توربینی دیگر است و تنها وجه تمایز آن‌ها این است که نیروی تولید توسط توربین بیشتر صرف چرخاندن ملخ می‌شود تا کمپرسور، به همین دلیل برای تولید نیروی بیشتر، تغییراتی هم در توربین موتورهای توربوپراپ داده می‌شود. هواپیماهایی که با این نوع موتور ساخته می‌شود برای ارگان‌های است که نیاز به هواپیماهای کوچک سبک و مقاوم را دارند و این موتور برای هواپیماهای کمک‌رسانی پشت خط جنگ بسیار مناسب است. بازده موتورهای توربوفن بسیار زیاد است، و به همین علت هم در بسیاری از هواپیماهای مسافربری و ترابری در سرعت‌های ساب سونیک Sub Sonic از آن‌ها استفاده می‌شود. | ## بخش 2: موتور جت | در موتورهای توربوفن، ابتدا هوا کمپرس شده سپس وارد اتاقک احتراق می‌شود و بعد از احتراق از طریق شیپوره یا نازل خروجی خارج شده 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 در نهایت 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 قرار گرفته اما در موتورهای توربوفن، ملخ یا فن تولیدکننده تراست کاملاً در درون پوسته موتور قرار گرفته‌است. فن عبارت است از یک پروانه یا پنکه بزرگ که در اثر چرخش، جریان هوای زیادی را ایجاد می‌کند. 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 کرده‌است خارج می‌شود. اولین بار در سال ۱۹۳۶ فرانک ویذل طرح موتور توربوفن را به ثبت رسانید و اولین هواپیما با موتور توربوفن، یک هواپیمای مسافربری با نام وی. ۴- مخلوط سوخت و هوا که آتش گرفته‌اند از اگزوز خارج شده و موشک را به جلو می‌رانند.|259x259پیکسل موتورهای پالس جت دارای توربین، کمپرسور، یا شفت نمی‌باشند و تنها قطعه متحرک البته در نوع دریچه دار، دریچه آن می‌باشد. در این گونه موتورها، ابتدا توده بزرگی از احتراق در داخل موتور صورت می‌پذیرد که سبب بسته ماندن دریچه می‌شود. چون تنها راه فرار هوا از موتور قسمت انتهای آن می‌باشد هوا به طرف آنجا هجوم می‌آورد. در نتیجه ترک هوا، خلأ یا حالت مکشی به وجود آمده که باعث بازشدن دریچه و ورود هوای تازه می‌شود. در این حالت، مقداری هوای محترق شده از خروج بازمانده و صرف تراکم و احتراق گاز تازه‌وارد می‌گردد و سیکل به همین ترتیب ادامه پیدا می‌کند. البته این نوع از موتور جت کاربرد زیادی ندارند اما در بعضی از هلیکوپترها جهت افزایش سرعت خطی آن‌ها استفاده می‌گردد. حرف M عدد ماخ را نشان می‌دهد.|254x254پیکسل موتورهای رم جت، هیچ قطعهٔ متحرکی ندارند و در نگاه اول، مانند یک لوله توخالی به نظر می‌رسند که بیشتر در سرعت‌های مافوق صوت به کار می‌روند. موتورهای رم جت نیز مانند پالس جت، دارای توربین، کمپرسور یا … نمی‌باشند استفاده از آن‌ها به عنوان موتور دوم معمول است که بیشتر در موشک‌ها به کار می‌روند. در این گونه موتورها، برای روشن شدن موتور ابتدا باید سرعت هوا به مقدار لازم برسد در صورت رخداد چنین حالتی، موتور جت به‌طور خودکار خود را روشن می‌کند. در موتور رم جت، هوا با سرعت زیاد وارد موتور شده و به علت سرعت بیش از حد، در قسمت دیفیوزر به خوبی کمپرس و متراکم شده و دما و فشار آن بسیار بالا می‌رود. در این حالت مخلوط هوا و سوخت محترق گشته و با خروج از موتور، نیروی تراست بسیار زیادی را آزاد می‌کنند. این موتورها قدرت بسیار زیادی را دارا می‌باشند اما برای شروع پرواز و برخاست مناسب نمی‌باشند. به این دلیل که این نوع موتورها در ابتدا سرعت زیادی ایجاد می‌کنند در نسل جدید موشک‌های هوا به هوای شرکتMBDA یعنی موشک میتیور (Meteor) به جای استفاده از موتورهای موشکی از این موتورهای جت استفاده می‌کنند که هم سرعت بالایی دارند و هم قدرت مانور فوق‌العاده‌ای به موشک می‌دهند. البته این موشک از یک بوستر راکتی سوخت جامد نیز استفاده می‌کند تا موشک را به سرعت مناسب برای شروع به کار موتور رمجت برساند. به‌طوری‌که از دو جزء ساخته می‌شود:۱-موتور رم جت ۲- توربوفن در این نوع موتورها ابتدا برای شروع پرواز خلبان موتور توربوفن را روشن می‌کند تا انرژی لازم برای برخاست به وجود آید. سپس بعد از این که موتور وهواپیما به سرعت ۱ ماخ یا نزدیک به آن رسید خود به خود موتور توربوفن خاموش شده و دریچهٔ آن بسته می‌شود. | ## بخش 3: موتور جت | سپس باد موجود وارد همان موتور گشته ولی به جای ورود به داخل توربو فن، از کنار آن عبور و به داخل موتور رم جت می‌رود و همان حال است که با فشار موجود در هوا، موتور روشن شده و در عرض ۱۵ ثانیه هواپیما از یک ماخ به ۳/۵ الی ۷ ماخ می‌رسد. این گونه موتورها در سرعت‌های هایپر سونیک Hyper Sonic به کار می‌روند و طرز کار آن‌ها بسیار مشابه موتورهای رم جت با تغییراتی می‌باشد. این نکته قابل توجه است که مشتعل ساختن مولکول‌های هوا در حالی که هوا با سرعت بالای ۴ ماخ وارد موتور می‌گردد، مانند روشن کردن کبریت در گردباداست! اولین هواپیمای دارای موتور اسکرم جت، هواپیمای X-43 است که سرعت آن بالای ۷ ماخ می‌باشد. موتورهای shcram jet نوع توسعه یافتهٔ موتورهای اسکرمجت است که دارای حالت خاصی از پس سوز در نازل خروجی است و احتراق در ان قسمت هایپر سونیک است. اجزای این موتورها با سایر موتورهای توربینی تفاوتی ندارد اما در مکانیسم آن‌ها تراست ایجاد نمی‌گردد بلکه توربو شفت‌ها برای ما ایجاد گشتاور و Torque می‌نمایند که منجر به چرخاندن ملخ بالگرد می‌گردد. اجزای موتورهای جت توربینی کمپرسور کمپرسورها وظیفه متراکم کردن هوای ورودی را بر عهده دارند. کمپرسورها بر دو نوع هستند: ۱- کمپرسورهای محوری (اکسیال) ۲- کمپرسورهای شعاعی یا گریز از مرکز(سنتریفیوگال). کمپرسورهای محوری که در اکثر موتورهای جت امروزی استفاده می‌شود، از چند ردیف فن یا پنکه به تعداد مشخص (دو یا بیشتر) تشکیل شده‌است و همچنین توسط همین تیغه‌ها یا پره‌ها، به سیال جهت حرکت داده شده و با کاهش زاویه پره‌ها، به فشار سیال یا هوا افزوده و از سرعتش کم شده و در نتیجه متراکم می‌گردد. اما در کمپرسورهای شعاعی یا گریز از مرکز، که بیشتر در موتورهای گازی ساده یا قدیمی کاربرد داشته‌است، در اصل هوا به یک مانع برخورد کرده و سپس توسط پره‌های آن به قسمت دیفیوزر یا کاهنده سرعت منحرف می‌شود که این فرایند با ازدیاد فشار همراه است، در نتیجه هوا متراکم می‌گردد. فرایند احتراق در درون لوله‌های احتراق صورت می‌پذیرد که این عمل با وارد شدن هوا به اتاقک و مخلوط شدن آن با سوخت سپس احتراق آن به وسیله شمع جرقه زن انجام می‌شود. محفظه‌های احتراق در موتورهای توربینی انواع گوناگونی دارند که هر کدام محاسن و معایب خود را دارند. سیستم توربین در اینجا، ابتدا گازهای پرحرارت ناشی از احتراق به پره‌های توربین برخورد کرده و نیروی لازم جهت گرداندن کمپرسور و مکش هوا برای سیکل بعدی تولید می‌شود که این نیرو به وسیله میله (شفت) ی به کمپرسور انتقال داده شده و باعث حرکت آن می‌شود. توربین‌ها نیز به دو دسته محوری و شعاعی تقسیم می‌شوند که نوع محوری پر کاربرد است. چون دمای کارکرد توربین بسیار بالا می‌باشد، در ساخت آن از آلیاژهای مخصوصی استفاده می‌شود. سیستم خروج گازهای داغ این سیستم، در حقیقت تولید تراست واقعی را برای رانش هواپیما به جلو می‌کند ایجاد می‌کند. در مدل‌های متحرک، زاویه پره‌های شیپوره انتهایی موتور برای میزان کردن فشار قابل تنظیم است. نمونه‌ای از جدیدترین موتور جت ناسا سازمان فضایی ناسا از طرح مفهومی نسل آیندهٔ جت‌های مسافربری با قابلیت پرواز فضایی زیر مداری رونمایی کرد. این جت فضایی از توانایی حمل صدها مسافر بر روی صندلی‌های پیشرفته و سرعتی معادل سه برابر سرعت صوت برخوردار است. برای این جت فضایی، موتوری از نوع رم جت چرخشی با قابلیت مکش هوا و تبدیل به راکت طراحی شده‌است. | ## جمع‌بندی | موتورهای رم جت این هواپیما پس از رسیدن به سرعت سه ماخ به راکت تبدیل می‌شوند و با تزریق اکسیژن مایع به محفظهٔ خروج هوا، رانش مورد نیاز برای پرواز تا مدار زمین را تأمین می‌کنند.