موتور جت هواپیما

نویسنده: امیرحسین مطیری 

تاریخچه‌ی موتور جت :

تاریخچهٔ موتور جت هواپیما به دوران جنگ جهانی دوم بازمی‌گردد. در این دوران، هواپیماهای نخستین با موتور‌های پیستونی (مانند موتورهای الکتریکی) برای پرواز استفاده می‌شدند. اما با پیشرفت فناوری، موتور جت بعد از جنگ جهانی دوم به یکی از پیشرفته‌ترین موتورهای هواپیما تبدیل شد.

در سال ۱۹۳۰، فرانک ویتل و هانس فون اوهاین در آلمان، برای نخستین بار موفق به ساخت موتور جت شدند. این موتور از اصطلاحا "موتور جت دودی" بود که با استفاده از گرمای دود خروجی احتراق سوخت، هوا را به سرعت بیشتری عبور می‌دهد. این موتور در سال ۱۹۳۹ با موفقیت آزمایش شد اما به دلیل مشکلات فنی و اعتراضات محیطی به دلیل آلودگی هوا، پروژه بعد از چند ماه متوقف شد.

در دهه ۱۹۴۰، موتورهای جت توسط کمپانی‌های مختلفی مانند بریتانیا، آمریکا و روسیه توسعه یافتند و هواپیماهای بزرگتر و سریعتری با این نوع موتور تجهیز شدند. موتورهای جت از مزایایی مانند سرعت بالا، قابلیت انجام مأموریت‌های بلند مدت و کاهش نیاز به نگهداری و تعمیرات پیستونی برخوردار بودند.

امروزه، موتورهای جت با پیشرفت فناوری و افزایش قدرت و کارایی به موفقیت بیشتری در زمینهٔ حمل و نقل هوایی دست یافته‌اند و اکثر هواپیماها با این نوع موتور. تجهیز شدن .

موتور جت یکی از پیشرفته‌ترین موتورهایی است که برای حرکت برخی از وسایل نقلیه مانند هواپیماها، موشک‌ها، پهپادها و ... استفاده می‌شود. در ادامه به بررسی برخی از ویژگی‌ها و عملکرد موتور جت می‌پردازیم:

تشکیل: موتور جت از چندین بخش تشکیل شده است که عبارت‌اند از: کمپرسور، بخش احتراق، توربین، دیفیوزور و نازل.

عملکرد: در موتور جت، هوا از کمپرسور گذر کرده و فشار و دمای هوا بالا می‌رود. سپس در بخش احتراق، سوخت با هوا ترکیب شده و در نتیجه انرژی به دست می‌آید. این انرژی سپس به توربین منتقل شده و باعث چرخش آن می‌شود. در نهایت، هوای گرم و با فشار بالا از توربین خارج شده و از طریق دیفیوزور و نازل، فشار خروجی آن را افزایش می‌دهد و نیروی پیشرو را بوجود می‌آورد.

نوع سوخت: سوخت مورد استفاده در موتورهای جت معمولاً از نوع هواپیما (Jet A-1)، کراتین (Kerosene) یا گازوئیل جت (Jet Fuel) است.

مزیت‌ها: موتور جت دارای مزایای زیادی مانند سرعت و قدرت بالا، کارایی بالا در ارتفاعات بالا، سوخت‌بخشی بهتر و کاهش هزینه‌های نگهداری است.

معایب: معایب موتور جت شامل مصرف سوخت بالا، نیاز به فضای بزرگ برای نصب آن، سر و صدای بالا، وابستگی به پایه و ساختار خاص موتور برای ایمنی و قدرت بیشتر و نیاز دارد .

_مزایا ‌معایب موتور جت :

مزایا موتور جت هواپیما عبارتند از:

سرعت بالا: موتورهای جت با سرعت بالاتری نسبت به موتورهای پیستونی عمل می‌کنند که می‌توانند به هواپیماها اجازه بدهند که به سرعت بیشتری پرواز کنند.

کارایی بالا: موتورهای جت دارای کارایی بسیار بالایی هستند و با توجه به طراحی و پیشرفت فناوری، این موتورها با مصرف کمتری از سوخت به نسبت سایر موتورها عمل می‌کنند.

نیاز به نگهداری کم: به دلیل اینکه موتورهای جت دارای بخش‌های کمتری نسبت به موتورهای پیستونی هستند، نیاز به نگهداری و تعمیرات کمتری دارند.

بلند مدت بدون توقف: موتورهای جت قابلیت انجام مأموریت‌های بلند مدت را دارند و می‌توانند به مدت ساعت‌ها بدون توقف و با سرعت ثابت به کار خود ادامه دهند.

نفوذ صدا کمتر: هواپیماهای با موتور جت، نفوذ صدای کمتری دارند و باعث کمتر شدن نویزهای شهری و صنعتی می‌شوند.

اما با این وجود، برخی از معایب موتور جت هواپیما عبارتند از:

هزینه بالا: موتورهای جت بسیار پیچیده و ساختاری دارند و به همین دلیل هزینه‌های ساخت، نگهداری و تعمیر آنها بالاست.

آلودگی محیطی: موتورهای جت به دلیل آلودگی کربن، اکسید نیتروژن و سایر ذرات مخرب، آلودگی هوا را افزایش می‌دهند و در

نتیجه به محیط زیست آسیب می‌رسانند.

_انواع موتور جت های هواپیما :

انواع موتور جت های هواپیما عمدتاً بر اساس ساختار و عملکردشان تقسیم‌بندی می‌شوند. این انواع به شرح زیر هستند:

موتور جت توربوجت: در این نوع موتور، هوا از طریق فن و توربین عبور می‌کند. فن، هوا را به سمت جلو حرکت می‌دهد و توربین با استفاده از فشار هوا، برای چرخش دادن فن و دستگاه‌های دیگر مانند کمپرسور و پمپ سوخت استفاده می‌شود. این نوع موتور جت، بیشتر در هواپیماهای تجاری استفاده می‌شود.

موتور جت راکت: در این نوع موتور، سوخت و اکسیژن به داخل دهانه احتراق وارد شده و در آنجا احتراق می‌کنند. نتیجه این احتراق، گازهای داغ و فشرده است که از عقب هواپیما خارج شده و نیروی لازم برای پرواز را فراهم می‌کنند. این نوع موتور جت بیشتر در هواپیماهای نظامی و فضایی استفاده می‌شود.

موتور جت پرشیا: این نوع موتور جت از دو فن دارای شفت و توربین استفاده می‌کند. هوا به کمک فن‌های قرار گرفته در آن وارد می‌شود و پس از عبور از توربین‌ها، به صورت دوباره به فن‌ها منتقل می‌شود. این نوع موتور جت بیشتر در هواپیماهای نظامی و جاسوسی استفاده می‌شود.

موتور جت شعاعی: در این نوع موتور، هوا به صورت شعاعی به داخل موتور جت وارد می‌شود و با استفاده از پمپ‌های سوخت و کمپرسورهای هوا، فشار داده می‌شود. سوخت و هوا در داخل محفظه به احتراق می رسد.

_ اجزای داخلی موتور جت :

موتور جت هواپیما شامل اجزای مختلفی است که همه به صورت متقابل با یکدیگر تعامل دارند تا نیروی لازم برای پرواز فراهم شود. برخی از اجزای داخلی این موتور عبارتند از:

کمپرسور: این بخش از موتور، هوای محیط را جمع‌آوری و در داخل آن به فشار بالا قرار می‌دهد. فشاردهی هوا به مرور به داخل موتور جت افزایش می‌یابد.

محفظه احتراق: این بخش از موتور، به سوخت و هوا که از کمپرسور به داخل وارد شده‌اند، اجازه می‌دهد تا در آنجا به هم برسند و احتراق کنند. در این مرحله، انرژی ذخیره شده در سوخت و هوا به شکل حرارتی و کینتیکی آزاد می‌شود.

توربین: پس از احتراق، گازهای داغ به سمت توربین حرکت می‌کنند. توربین به دلیل ساختار خاص خود، این گازهای داغ را به شکل انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند که باعث چرخش توربین و در نهایت فن می‌شود.

فن: فن از بخش اصلی موتور جت هواپیماست و هوای ورودی را به داخل موتور جت می‌کشاند و بعد از گذر از توربین، هوا را به سمت عقب هواپیما پرتاب می‌کند تا نیروی لازم برای پرواز فراهم شود.

محفظه خروجی: در این بخش از موتور، هوا و گازهای داغ پس از گذر از فن و توربین به شکل موثری از هواپیما خارج می‌شوند و باعث تولید نیروی لازم برای پرواز می‌شوند.

_سیستم سوخت رسانی موتور جت :

سیستم سوخت‌رسانی موتور جت هواپیما شامل اجزای مختلفی است که با هم هماهنگی می‌کنند تا سوخت به طور صحیح به محفظه احتراق وارد شود و در آنجا به طور کامل سوخته شود. برخی از اجزای این سیستم عبارتند از:

مخزن سوخت: این بخش از سیستم سوخت‌رسانی، محل ذخیره سوخت مورد نیاز برای موتور جت هواپیماست. در این مخزن، سوخت در حالت مایع (مانند بنزین یا نفت جت) نگهداری می‌شود.

پمپ سوخت: پمپ سوخت، سوخت را از مخزن به داخل موتور جت هواپیما منتقل می‌کند. پمپ سوخت عمدتاً از نوع پمپ‌های اسلایدری (Sliding-vane pump) یا پمپ‌های موج شکن (Turbopump) استفاده می‌شود.

فیلتر سوخت: فیلتر سوخت، از این قرار است که ذرات موجود در سوخت را تصفیه کند تا سوخت به طور صحیح در محفظه احتراق به کار گرفته شود. این فیلتر عمدتاً از نوع فیلتر مش (Mesh filter) یا فیلتر سلولزی (Cellulose filter) است.

افزودنی سوخت: برای افزایش بازدهی موتور جت هواپیما، بعضی از سوخت‌هایی که به محفظه احتراق وارد می‌شوند، می‌توانند محتوای افزودنی‌هایی مانند اکسیژن، متان، هیدروژن و... را داشته باشند.

اشعال‌گر: اشعال‌گر در سیستم سوخت‌رسانی موتور جت هواپیما برای ایجاد جرقه‌ای است که به سوخت انرژی لازم را برای احتراق بدهد. این جرقه از طریق شمع انجام می‌شود .

_نحوه ی عملکرد موتور جت هواپیما :

موتور جت هواپیما، با تغییر سرعت و جهت دهی گازهای خروجی، نیروی لازم برای پرواز هواپیما را فراهم می‌کند. عملکرد این موتورها بر اساس اصل عملیاتی محفظه احتراق آن‌ها استوار است که به صورت ساده در زیر شرح داده شده است:

جذب هوا: در قسمت اولیه عملکرد موتور جت هواپیما، هوایی که برای احتراق سوخت به آن نیاز داریم، توسط توربین وارد محفظه جذب هوای موتور شده و در داخل آن جمع می‌شود.

ترکیب با سوخت: پس از جذب هوا، سوخت (معمولاً بنزین یا نفت جت) به همراه افزودنی‌های لازم، به محفظه احتراق تزریق می‌شود.

اشعال سوخت: در این مرحله، اشعال‌گر موجود در سیستم سوخت‌رسانی، جرقه‌ای را به سوخت می‌دهد تا آن را به طور کامل سوزانده و انرژی لازم برای ایجاد نیروی جت تولید کند.

ترکیب سوخت و هوا: پس از سوزاندن سوخت، گازهای خروجی از آن به صورت مستقیم به توربین موتور وارد شده و با هوایی که در محفظه جذب هوا جمع شده بود، ترکیب می‌شوند.

تحرک توربین: با ترکیب گازهای خروجی سوخت و هوا، توربین موتور در حالتی که به صورت متصل به محور هلیکوپتر یا پروازی هستند، دور می‌زند و نیروی لازم برای پرواز هواپیما ایجاد می‌شود.

خروج گازهای سوخت: پس از گذر از توربین، گازهای خروجی سوخت به صورت خارجی از موتور جت خارج می شوند و تراس یا نیروی جلو برنده را برای ما ایجاد می‌کند .