موتور جت چگونه کار می کند؟

بدون شک بیشتر مردم در دنیای امروزی تجربه پرواز با هواپیما را داشته و با نام موتورهای جت آشنا هستند. موتورهای جت ، پیشرانه ای پر قدرت محسوب می شوند که تحولی بزرگ در صنعت هواپیماسازی به شمار آمده  و بشر را قادر کرد تا با سرعتی بسیار بیشتر از هواپیماهای ملخی در آسمان حرکت کند.

ساختار عملکرد موتور جت در عین پیچیده بودن، بسیار ساده است؛ در مدل ساده موتور توربوجت، هوا از محفظه جلوئی موتور به سمت داخل مکیده شده و پس از مخلوط شدن با سوخت ، مشتعل و با سرعت زیادی از خروجی موتور در عقب آن تخلیه می شود. این عمل مکش و تخلیه همراه با احتراق سبب ایجاد سرعت و قدرت حرکت بسیار زیادی به سمت جلو می شود.

ایده اولیه ساخت و طراحی موتورهای جت را یک خلبان انگلیسی به نام فرانک ویتل ارائه کرد. این مهندس و خلبان انگلیسی در اوایل قرن بیستم یعنی سال 1907 میلادی به دنیا آمده و در 19 سالگی به عضویت دانشکده نیروی هوایی سلطنتی انگلستان در آمد. پدر وی یک مکانیک ماهر بود و این موضوع سبب تقویت روحیه مهندسی در این خلبان جوان شده و فرانک ویتل در اوقات فراغت خود تلاش کرد تا پیشرانه جدیدتر و قدرتمند تری برای هواپیماهای ملخی ان زمان که قدرت مانور و سرعت کمی داشتند ابداع کند. وی در ابتدا یک نمونه اولیه موتور جت را در کارگاه شخصی خود ساخته و آزمایش کرد اما این اختراع جدید با بی توجهی صنایع هواپیما سازی و نیروی هوائی انگلستان مواجه شده و به وی اعلام شد که اختراع جدید وی فاقد کارآیی بوده و امکان استفاده از آن وجود ندارد. ویتل اما اعتماد به نفس خود را از دست نداده و در سال 1930 میلادی اختراع خود را به ثبت رساند. وی رفته رفته کارگاه کوچک خود را توسعه داده و در سال 1936 آن را تبدیل به کارخانه ای به نام پاور جت کرد.

مهمترین مشکل وی نداشتن سرمایه کافی برای عملی کردن ایده های درخشانش بود و در همین دوران یک مهندس آلمانی به نام هانس یوخیم پابست فون اوهاین توانست با الهام گیری از ایده ویتل و ایجاد تغییراتی در آن نخستین موتور جت را روی هواپیما نصب و مورد استفاده قرار دهد.

مقارن با این رویداد  قاره اروپا درگیر جنگ جهانی دوم شده و این موضوع سبب شد تا ایده ویتل بار دیگر مورد توجه کارخانه های ساخت و تولید هواپیما قرار گیرد. به این ترتیب ویتل توانست با حمایت نیروی هوائی انگلستان، نخستین موتور جت خود را ساخته و با موفقیت آزمایش کند.

در سال 1941 میلادی نسخه تکمیل شده موتور جت طراحی شده توسط ویتل روی یک هواپیما نصب شده و این هواپیما توانست با سرعتی بسیار بیشتر از هواپیماهای ملخی مورد استفاده در آن روزگار حرکت کرده و به ارتفاعی بسیار بیشتر از ارتفاع هواپیماهای ملخی صعود کند.

ساختار عملکرد موتور جت در عین پیچیده بودن، بسیار ساده است؛ در مدل ساده موتور توربوجت، هوا از محفظه جلوئی موتور به سمت داخل مکیده شده و پس از مخلوط شدن با سوخت ، مشتعل و با سرعت زیادی از خروجی موتور در عقب آن تخلیه می شود. این عمل مکش و تخلیه همراه با احتراق سبب ایجاد سرعت و قدرت حرکت بسیار زیادی به سمت جلو می شود.

موتورهای توربو جت به طور عادی از پنج قسمت مجزا تشکیل می شوند که عبارتند از: ورودی هوا، بخش متراکم کننده هوا، بخش احتراق، توربین اصلی و قسمت خروجی .

هوا از بخش ورودی موتورهای جت به داخل آن مکیده شده و به صورت یکنواخت وارد محفظه متراکم کننده می شود. 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. اگر سرعت هوای ورودی زیر صوت باشد، این مدخل واگرا خواهد بود. اگر سرعت بالای سرعت صوت (ما فوق صوت) باشد، این مجرا همگرا خواهد بود زیرا رفتار جریان ما فوق صوت و زیر صوت بر عکس هم است. در یک جریان ما فوق صوت هوا در عبور از یک مجرای همگرا سرعتش کم می‌شود و در سرعت‌های زیر صوت بر عکس این موضوع رخ می دهد. بنابراین مدخل هواپیماهای زیر صوت واگرا است تا سرعت را کاهش دهد و کمکی نیز برای کمپرسور باشد. در ادامه هوای متراکم شده به سمت بخش احتراق حرکت کرده و با سوختی که توسط انژکتورها به صورت پودر درآمده مخلوط و منفجر می شود. سوخت مورد استفاده در موتورهای جت، نوعی بنزین با درجه خلوص بسیار بالا است . این عمل باعث پدید آمدن حرارت و قدرت زیادی می شود که پایه نیروی محرکه هر موتور جت محسوب می شود. گاهی دمای این محوطه به حدود هزار و 200 درجه می رسد. این جریان هوای داغ وارد توربین شده و با شدن زیادی از خروجی موتور جت به بیرون هدایت می شود.

در حقیقت موتور جت بر پایه قانون سوم نیوتون که بر اساس آن هر عملی با عکس العمل مساوی در جهت عکس رو به رو می شود، عمل کرده و نیروی به وجود آمده در این فعل و انفعال می تواند هواپیماهای غول پیکر را به حرکت در آورده و از زمین جدا کند.  باید توجه داشت که  در سرعت‌های کمتر از حدود 720 کیلومتر بر ساعت، یک موتور جت خالص یا ساده راندمان کمتری نسبت به موتورهای ملخی دارد، چرا که راندمان پیشران جت بسیار وابسته به سرعت رو به جلوی آن است. بنابراین، موتور توربوجت خالص برای سرعت‌های بالا بسیار مناسب‌تر است. از سویی دیگر، راندمان ملخ در سرعت‌های بالاتر از 560 کیلومتر بر ساعت به شدت کاهش پیدا می کند.

به طور عمومی بیشتر موتورهای جت از نوع موتورهای احتراق درونی (internal combustion) هستند ولی انواع غیر درونی وجود دارد. در استفاده های عمومی لفظ “موتور جت” به یک توربین گازی که از داخل احتراق پیدا می کند اتلاق می شود، موتوری که با یک متراکم کننده گردشی که از یک توربین نیرو می گیرد کار می کند. این موتورها اولین ساختاری بودند که در موتورهای جت به کار رفتند.

در حال حاضر موتورهای جت انواع مختلفی دارند که عبارتند از :

موتورهای توربوفن یا Turbo Fan ، موتورهای توربوجت یا Turbo Jet ؛ موتورهای پالس جت یا Pulse Jet , موتورهای رم جت یا Ram Jet ؛ موتورهای اسکرم جت یا Scram Jet.

در این گزارش ویدئوئی با عملکرد ساده و مراحلی که در داخل یک موتور جت رخ می دهد آشنا می شوید.

گردآوری و ترجمه: احسان محمدحسینی

No tags for this post.