اجزای موتور جت و عملکرد آن

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
رهام1380

نام: رهام حسامی

محل اقامت: تهران

عضویت : پنج‌شنبه ۱۳۹۹/۶/۲۰ - ۰۹:۴۸


پست: 98

سپاس: 14

جنسیت:

تماس:

اجزای موتور جت و عملکرد آن

پست توسط رهام1380 »

https://www.aparat.com/v/lIB6f/%D8%A2%D ... 8%AC%D8%AA[/aparat]

به طور کلی در موتورهای جت شامل توربوجت شامل ارجاع به توربوفن ، توربوپراپ و توربوشفت
بخش سردیا رودی هوا (ورودی) - برای هواپیماهای زیر صوت ورودی یک کانال است که برای اطمینان از جریان هوا روان به موتور لازم است البته اینکه هوا از جهات دیگری از مسیر مستقیم به ورودی نزدیک می شود. . هوا تقریباً با نیمی از سرعت صوت وارد کمپرسور می شود بنابراین در سرعتهای پرواز کمتر از این جریان در امتداد ورودی شتاب می گیرد و در سرعتهای پرواز بالاتر نیز کند می شود. بنابراین پروفیل داخلی ورودی باید جریانهای شتاب دهنده و پراکنده را بدون تلفات بیجا وفق دهد. برای هواپیماهای مافوق صوت ، ورودی دارای ویژگی هایی مانند مخروط ها و سطح شیب دار برای تولید کارآمدترین سری امواج شوک است که با کند شدن جریان مافوق صوت تشکیل می شود. هوا از سرعت پرواز به سرعت زیر صوت از طریق امواج ضربه کاهش می یابد ، سپس از طریق قسمت صوتی ورودی به حدود نیمی از سرعت صدا در کمپرسور می رسد. سیستم خاص موجهای ضربه ای با توجه به محدودیتهای زیادی از جمله هزینه و نیازهای عملیاتی انتخاب شده است تا تلفات را به حداقل برساند که در نتیجه بازیافت فشار در کمپرسور را به حداکثر می رساند.
کمپرسور یا فن - کمپرسور از مراحل تشکیل شده است. هر مرحله از تیغه های چرخان و استاتورهای ثابت یا پره ها تشکیل شده است. با حرکت هوا از طریق کمپرسور ، فشار و دما آن افزایش می یابد. قدرت رانندگی کمپرسور از توربین بعنوان گشتاور و سرعت شافت تأمین می شود.
مجاری بای پس جریان را از فن با حداقل تلفات به نازل پیشرانه بای پس می رسانند. متناوباً ممکن است قبل از ورود به یک نازل پیشرانه جریان فن با اگزوز توربین مخلوط شود. در یک ترتیب دیگر ممکن است پس سوز بین مخلوط کن و نازل نصب شود.
شافت - شافت توربین را به کمپرسور متصل می کند و در بیشتر طول موتور کار می کند. ممکن است تا سه شافت متحدالمرکز وجود داشته باشد که با سرعت مستقل می چرخند ، و به همین تعداد توربین و کمپرسور وجود دارد. ممکن است هوای خنک کننده توربین ها از طریق شافت از کمپرسور عبور کند.
بخش پخش کننده : - دیفیوزر سرعت هوای تحویل کمپرسور را کاهش می دهد تا تلفات جریان در احتراق کاهش یابد. هوای آهسته تر نیز برای کمک به ایجاد ثبات در شعله احتراق مورد نیاز است و فشار استاتیک بالاتر باعث بهبود کارایی احتراق می شود.
بخش داغ:
احتراق یا محفظه احتراق - پس از اینکه در هنگام روشن شدن موتور در ابتدا روشن شد ، سوخت به طور مداوم می سوزد.
توربین - توربین مجموعه ای از دیسک های پره ای است که مانند یک آسیاب بادی عمل می کند و از گازهای داغ خارج شده از احتراق انرژی استخراج می کند. مقداری از این انرژی برای راه اندازی کمپرسور استفاده می شود . موتورهای توربوپراپ ، توربوشفت و توربوفن دارای مراحل توربین اضافی برای هدایت پروانه ، دور زدن فن یا روتور هلی کوپتر هستند. در یک توربین آزاد توربین راننده کمپرسور به طور مستقل از آنچه که باعث چرخش پروانه یا هلی کوپتر می شود می چرخد. برای خنک کردن تیغه های توربین ، پره ها و دیسک ها2 دیسک ، هسته جامدی که پره های کمپرسور به آن متصل شده است ، به یک چرخ بزرگ شکافدار شباهت دارد. باید بسیار مستحکم و عاری از هرگونه نقص باشد ، زیرا در اثر فشار زیاد موتور ، به راحتی شکستگی ایجاد می شود. برای مدت زمان طولانی ، محبوب ترین روش برای تولید دیسک مستلزم برش دستگاه خالی فلز (علاوه بر اینکه فلز قابل انعطاف است ، گرما همچنین به ترک موهای فیوز). امروزه ، تولیدکنندگان بیشتری از روش پیچیده تری برای تولید دیسک استفاده می کنند. متالورژی پودر نامیده می شود ،
می توان از هوای خنک کننده هوا گرفته شده از کمپرسور استفاده کرد تا دمای گاز ورودی توربین را برای دمای همان مواد توربین
تیغه ای با خنک کننده داخلی که در توربین فشار قوی اعمال می شود
سوزاندن مجدد یا گرم شدن مجدد Afterburner پس سوز با سوزاندن سوخت در جت رانش اضافی ایجاد می کند. این دوباره گرم شدن گازهای خروجی توربین باعث افزایش دمای ورود نازل پیشرانه و سرعت خروج از اگزوز می شود. نازل نازل افزایش می یابد تا حجم ویژه بیشتری از گاز خروجی را در خود جای دهد. با این کار جریان یکسان هوا از طریق موتور حفظ می شود تا تغییری در خصوصیات عملکرد آن حاصل نشود.
اگزوز یا نازل - گازهای خروجی توربین از نازل پیشرانه عبور می کنند تا یک جت با سرعت بالا تولید کنند. نازل معمولاً با یک ناحیه جریان ثابت همگرا است.
مجرای داخلی و پس سوزهای سیستم اگزوز از تیتانیوم ساخته می شوند ، در حالی که مجرای خارجی و ناکل (پوشش موتور) از کولار تشکیل می شوند. بعد از اینکه این سه قطعه در زیر مونتاژ جوش داده شدند
ورودی های مافوق صوت
ورودی های مافوق صوت از امواج شوک بهره می گیرند تا جریان هوا را به حالت زیر صوتی هنگام ورود کمپرسور کاهش دهند.
اساساً دو شکل امواج شوک وجود داردامواج شوک عادی عمود بر جهت جریان قرار دارند. اینها جبهه های تیز را تشکیل می دهند و جریان را به سرعت زیر صوت شوک می دهند. از نظر میکروسکوپی ، مولکول های هوا مانند پرتوهای آلفا به جمعیت زیر صوتی مولکول ها می رسند . امواج شوک طبیعی منجر به افت شدید فشار راکد می شوند . اساساً ، هرچه عدد ماخ ورود مافوق صوت به یک موج شوک طبیعی بیشتر باشد ، عدد ماخ خروجی صوت پایین تر و ضربه بیشتر خواهد بود (یعنی از دست دادن فشار رکود در عرض موج ضربه بیشتر

کمپرسورهای محوری

کمپرسور محوری مرحله ای به پره های چرخشی متشکل از بخش های ایروفویل شبیه بال هواپیما متکی هستند. مانند بال هواپیما در بعضی شرایط تیغه ها می توانند متوقف شوند. اگر این اتفاق بیفتد ، جریان هوا در اطراف کمپرسور راکد می تواند جهت را به شدت معکوس کند. هر طراحی یک کمپرسور دارای یک نقشه عملیاتی مربوط به جریان هوا در مقابل سرعت چرخش برای ویژگی های خاص آن نوع است
در یک شرایط مشخص گاز ، کمپرسور در جایی در امتداد خط دوام حالت پایدار کار می کند. متأسفانه ، این خط عملیاتی در حین گذرا جابجا می شود. بسیاری از کمپرسورها مجهز به سیستم های ضد اصطکاک به صورت استاتورهای هندسه متغیر هستند تا احتمال افزایش دما را کاهش دهند. روش دیگر تقسیم کمپرسور به دو یا چند واحد است که بر روی شافتهای متحدالمرکز جداگانه کار می کند.
یکی دیگر از ملاحظات طراحی ، بارگذاری مرحله ای متوسط است . این امر می تواند با افزایش تعداد مراحل فشرده سازی (وزن / هزینه بیشتر) یا میانگین سرعت تیغه (تنش بیشتر تیغه / دیسک) در سطح معقولی حفظ شود.
اگرچه کمپرسورهای بزرگ جریان معمولاً تمام محوری هستند ، اما مراحل عقب در واحدهای کوچکتر بسیار کوچک هستند تا بتوانند قوی باشند. در نتیجه ، این مراحل اغلب با یک واحد گریز از مرکز جایگزین می شوند. کمپرسورهای جریان بسیار کوچک اغلب از دو کمپرسور گریز از مرکز استفاده می کنند که به صورت سری به هم متصل شده اند. اگرچه کمپرسورهای سانتریفوژ در حالت انزوا قادر به کار در نسبتهای فشار بسیار بالا هستند (به عنوان مثال 10: 1) ، اما ملاحظات مربوط به تنش پروانه ، نسبت فشار قابل استفاده در چرخه های موتور با نسبت فشار
محفظه احتراق
جبهه های شعله به طور کلیبا سرعت بالادر حد ماخ حرکت می کنند ، در حالی که جریان هوا از طریق موتورهای جت بسیار سریعتر از این است. کانتورها معمولاً از سازه هایی استفاده می کنند که یک منطقه احتراق پناه گرفته به نام نگهدارنده شعله را می دهند . تنظیمات Combustor شامل can ، حلقوی و can-annular است.

باید بسیار مراقبت شود تا شعله در جریان هوا با سرعت نسبتاً سریع ، در هر شرایط گاز ، تا حد ممکن کارآمد نگه داشته شود. از آنجا که توربین نمی تواند درجه حرارت استوکیومتری را تحمل کند (نسبت مخلوطی در حدود 15: 1) ، مقداری از هوای کمپرسور برای خنک سازی دمای خروجی احتراق تا حد قابل قبولی استفاده می شود (نسبت مخلوط کلی بین 45: 1 و 130: 1 استفاده می شود هوای مورد استفاده برای احتراق جریان اولیه هوا تلقی می شود ، در حالی که هوای اضافی مورد استفاده برای خنک سازی را جریان هوای ثانویه می نامند. جریان هوای ثانویه از طریق بسیاری از سوراخهای کوچک در قوطی های مشعل منتقل می شود تا پتوی هوای خنک تری ایجاد شود تا سطوح فلزی قوطی احتراق را از روی شعله عایق بندی کند. اگر فلز به مدت طولانی تحت شعله مستقیم قرار گیرد ، در نهایت از بین می رود.

موتورهای راکتی ، موتور غیر داکتال ، دارای سیستم های احتراق کاملاً متفاوتی هستند و نسبت مخلوط معمولاً به استوکیومتری در محفظه اصلی نزدیکتر است. این موتورها معمولاً فاقد نگهدارنده شعله هستند و احتراق در دماهای بسیار بالاتر اتفاق می افتد ، در پایین دست توربین وجود ندارد. با این حال ، موتورهای موشکی مایع اغلب از مشعلهای جداگانه برای تأمین توربو پمپ استفاده می کنند و این مشعلها معمولاً از استوکیومتری دورتر عمل می کنند تا دمای توربین را در پمپ کاهش دهند.
از آنجا که توربین از فشار زیاد به فشار پایین منبسط می شود ، پس چیزی به نام تورب یا ایستادن توربین وجود ندارد. توربین به مراحل کمتری نسبت به کمپرسور نیاز دارد ، دلیل اصلی این امر این است که دمای ورودی بالاتر باعث کاهش deltaT / T (و در نتیجه نسبت فشار) فرآیند انبساط می شود. انحنای تیغه ها بیشتر است و سرعت جریان گاز بیشتر است.
با این وجود طراحان باید از ذوب شدن پره های توربین و پره ها در یک محیط با درجه حرارت و تنش بسیار بالا جلوگیری کنند. در نتیجه ، معمولاً از هوای خونگیر استخراج شده از سیستم فشرده سازی برای خنک سازی داخلی پره های توربین / پره ها استفاده می شود. راه حل های دیگر مواد اصلاح شده و / یا پوشش های خاص عایق است . دیسک ها باید به شکل خاصی ساخته شوند تا در برابر فشارهای عظیم ناشی از تیغه های چرخان مقاومت کنند . آنها به شکل ضربه ، واکنش یا اشکال ترکیبی-واکنش در می آیند. مواد بهبود یافته به کاهش وزن دیسک کمک می کنند.
معکوس گننده رانش
، یا دو صفحه پشت کولینگ است که به عقب بلغزانند واین از لیوانهایی تشکیل شده است که از انتهای نازل اگزوز می چرخد ​​و رانش جت را به سمت جلو منحرف می کند (، یا دو صفحه پشت کولینگ است که به عقب بلغزانند و فقط رانش فن را معکوس می کنند اکثر رانش)
سیستم خنک کننده تمام موتورهای جت برای کارایی خوب به گاز با درجه حرارت بالا احتیاج دارند که معمولاً با احتراق هیدروکربن یا سوخت هیدروژن حاصل می شود. دمای احتراق در موشک ها می تواند تا 3500K (5841F) باشد ، بسیار بالاتر از نقطه ذوب اکثر مواد ، اما موتورهای جت تنفس هوا از دماهای نسبتاً کمتری استفاده می کنند.
سیستم های خنک کننده برای پایین نگه داشتن دمای قطعات جامد زیر دمای خرابی استفاده می شوند.یک سیستم هوای پیچیده در اکثر موتورهای جت مبتنی بر توربین تعبیه شده است ، اساساً برای خنک کردن پره های توربین ، پره ها و دیسک ها.هوا که از خروجی کمپرسور وارد می کند ، از دور احتراق عبور کرده و به لبه دیسک توربین چرخان تزریق می شود. سپس هوای خنک کننده از معابر پیچیده درون پره های توربین عبور می کند. پس از حذف گرما از مواد تیغه ، هوا (که اکنون نسبتاً گرم است) از طریق سوراخ های خنک کننده به جریان اصلی گاز منتقل می شود. هوای خنک کننده پره های توربین نیز فرایند مشابهی را طی می کند.
واحد کنترل سوخت (FCU)
این عنصر چیزی شبیه به رایانه مکانیکی است. این خروجی پمپ سوخت را توسط یک سیستم شیرآلات تعیین می کند که می تواند فشار مورد استفاده برای ایجاد پمپ پمپ را تغییر دهد ، در نتیجه مقدار جریان را تغییر می دهد.
پمپ های پیشرانه معمولاً برای بالا بردن فشار پیشرانه بیش از فشار در محفظه احتراق وجود دارد تا سوخت تزریق شود. پمپ های سوخت معمولاً از طریق چرخ دنده توسط شافت اصلی هدایت می شوند.

توربو پمپ ها پمپ های گریز از مرکز هستند که توسط توربین های گازی چرخانده می شوند و برای بالا بردن فشار پیشرانه بالاتر از فشار در محفظه احتراق استفاده می شوند تا بتوانند آن را تزریق کرده و بسوزانند. توربو پمپ ها معمولاً با موشک استفاده می شوند ، اما استفاده از رمجتس و توربو جت نیز شناخته شده است. گازهای محرک توربوپمپ معمولاً در محفظه های جداگانه با احتراق خارج استوکیومتری تولید می شود و جریان جرم نسبتاً کم یا از طریق یک نازل مخصوص یا در نقطه ای از نازل اصلی ریخته می شود. هر دو باعث کاهش اندک عملکرد می شوند. در بعضی موارد (به ویژه موتور اصلی شاتل فضایی ) احتراق را به صورت مرحله ای انجام می دهیم استفاده می شود ، و اگزوز گاز پمپ به محفظه اصلی که در آن احتراق تکمیل شده است باز می گردد و اساساً هیچ افت عملکردی به دلیل تلفات پمپاژ اتفاق نمی افتد.سیستم سوخت همانطور که در بالا توضیح داده شد یکی از دو سیستم مورد نیاز برای روشن شدن موتور است. مورد دیگر احتراق واقعی مخلوط هوا / سوخت در محفظه است. معمولاً برای روشن شدن موتورها از یك واحد قدرت كمكی استفاده می شود. این موتور دارای استارت است که دارای گشتاور بالایی است که به واحد کمپرسور منتقل می شود. با رسیدن به سرعت مطلوب ، یعنی جریان گاز از طریق توربین کافی است ، توربین ها این کار را انجام می دهند.
تعدادی از روش های مختلف شروع مانند الکتریکی ، هیدرولیکی ، پنوماتیک و غیره وجود دارد.
استارت الکتریکی با چرخ دنده و صفحه کلاچ اتصال موتور و موتور کار می کند. از کلاچ برای جدا شدن از سرعت بهینه استفاده می شود. این کار معمولاً به صورت خودکار انجام می شود. منبع تغذیه برای راه اندازی موتور و همچنین برای احتراق استفاده می شود. ولتاژ معمولاً با سرعت گرفتن استارتر به آرامی ساخته می شود.apuتصویر

ارسال پست