نسبة الالتفافية

مبادئ العمل

في المحركات النفاثة حيث نسبة الالتفافية تساوي صفر (بالإنجليزية: Turbojet engine), كل الهواء يدخل إلي قلب المحرك حيث يتم رفع ضغطه ثم توجيهه إلى غرفة الاحتراق حيث يخلط بالوقود ثم الاشتعال لرفع إنثالبي الخليط ثم يدخل علي التربينة لتستخرج منه كمية الشغل اللازمة لإدارة الضاغط ثم يخرج منه إلى فوهة دفع (بالإنجليزية: propelling nozzle) حيث تتحول الطاقة المتبقية في غازات العادم إلى طاقة حركة فتخرج من الفوهة بسرعة مرتفعة مولدة قوة الدفع للطائرة.

أما في المحركات التي لها نسبة التفافية؛ يدخل جزء من الهواء إلى قلب المحرك بواسطة مروحة, و جزء أخر يلتف حول قلب المحرك, و تنتج التربينة هنا شغل أكبر من حالة المحركات التي فيها نسبة الالتفافية تساوي صفر, حيث تعمل التريبنة هنا على إدارة الضاغط بالإضافة إلي مروحة دفع الهواء في مقدمة المحرك.

وتساهم كمية الهواء الملتفة بنسبة أكبر في إنتاج قوة الدفع عن غازات العادم الخارجة من الفوهة الساخنة في حالة المحركات ذات نسبة التفافية مرتفعة والعكس يحدث في حالة المحركات ذات نسبة التفافية منخفضة.
تتشابه تصاميم المحركات التوربينية المروحية حيث تقتصر وظيفة المروحة علي سحب الهواء للداخل (بالإنجليزية: Turbofan) بشكل قريب مع المحركات التوربينية ذات المروحة الدافعة (بالإنجليزية: Turboprop) حيث تستخدم مروحة دافعة للهواء لزيادة قوة الدفع.

تعتبر المحركات التوربينية المروحية مرحلة متوسطة من حيث إنتاج قوة الدفع بين المحركات النفاثة التوربينية (بالإنجليزية: Turbojet Engines) التي تنتج معظم الدفع لها من غازات العادم نسبة الإلتفاف لها صفر والمحركات التوربينية ذات المروحة الدافعة حيث تستخدم غازات العادم لإنتاج جزء قليل من الدفع اللازم لها نسبة التفاف عالية يبلغ 10% أو أقل.

للمحركات التي لها نسبة التفافية سرعتين لخروج الغازات, الأولي هي سرعة غازات العادم الخارجة من قلب المحرك, و الثانية هي سرعة الهواء الملتف الخارج من المسار الأنبوبي حول قلب المحرك.

وصف المحركات المختلفة

تعتبر المحركات التوربينية النفاثة (بالإنجليزية: Turbojet) غير فعالة نسبيا طبقا لدورة برايتون, حيث تحول الطاقة الحرارية الناتجة من حرق خليط الوقود والهواء إلى طاقة حركة بشكل مباشر من خلال فوهة تمدد لتعطي غازات الخروج سرعة مرتفعة لدفع الطائرة الغرض الأساسي للمحرك دون استخدام الطاقة الحرارية في إنتاج أي طاقة ميكانيكية.

و تستخدم وحدة كيلو نيوتن لقياس القدرة الخارجة من المحرك التوربيني النفاث.
أما المحركات التوربينية المروحية(بالإنجليزية: Turbofans) فتعتبر فعالة طبقا لدورة برايتون, حيث تحول تربينتها الطاقة الحرارية الموجودة في خليط الوقود و الهواء إلي طاقة ميكانيكية لعمود دوران.

الفرق الأساسي بين المحركات التوربينية النفاثة والمحركات التوربينية المروحية هو أن المحركات التوربينية النفاثة صٌممت تربينتها بحيث تستخرج جزء بسيط من الطاقة الحرارية المتاحة لإدارة الضاغط دون خروج أي طاقة ميكانيكية أخرى وتخرج غازات العادم مرتفعة الضغط ودرجة الحرارة والسرعة لإنتاج قوة الدفع.

العكس يحدث بالنسبة لتربينة المحركات التوربينية المروحية حيث صٌممت بمراحل أكثر لتحويل جزء أكبر من الطاقة الحرارية لطاقة ميكانيكية لإدارة الضاغط والمروحة, و تخرج غازات العادم هنا من التربينة منخفضة الضغط ودرجة الحرارة والسرعة أي أن قوة الدفع من هذه الغازات ستكون منخفضة لكن يعوضها قوة الدفع الناتجة عن الهواء الملتف حول قلب المحرك, عكس المحركات التوربينية النفاثة.
فقط القيود المرتبطة بالوزن و المواد من حيث قيم الإجهادات المسموح بها و نقطة الانصهار للمعدن تقلل كفاءة تحويل الطاقة الحرارية على طاقة ميكانيكية في المحركات التوربينية المروحية, و لذلك تبقي بعض الطاقة في غازات العام لتستخرج.

كل مرحلة(عضو ثابت + عضو دوار) يتم إضافتها إلي التربينة تسترجع جزء بسيط من الطاقة الميكانيكية بالنسبة للوزن, كما أن زيادة نسبة الانضغاط للمحرك بإضافة مرحلة للضاغط لزيادة الكفاءة الكلية تؤدي إلى زيادة درجة حرارة التربينة, و مع ذلك فإن المحركات مرتفعة نسبة الالتفافية يكون لها كفاءة دفع (بالإنجليزية: Propulsive efficiency) مرتفعة حيث يخرج منها حجم كبير من الهواء بسرعة مرتفعة وبالتالي بسبب كتلة الهواء الكبيرة وسرعته المرتفعة يحدث تغير كبير في كمية الحركة و قوة الدفع (حاصل ضرب كتلة الهواء في الفرق بين سرعة الخروج والدخول من المحرك).