انواع موتور جت

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 343

سپاس: 176

جنسیت:

تماس:

انواع موتور جت

پست توسط rohamjpl »

موتور توربوجت
موتور توربوجت یك توربین گازی است كه از قسمت هایی چون كمپرسور ؛ محفظه ی احتراق ؛ توربین و خروجی (nozzle) تشكیل شده است.تصویر
Turbo jet engine
هوا در ورودی موتور توسط كمپرسور فشرده شده و به محفظه ی احتراق وارد می شود. این هوای فشرده با سوخت جت مخلوط شده و توسط جرقه مشتعل می شود كه محصول این احتراق یا بهتر است بگوییم انفجار گازهای داغ و پر فشار است كه به توربین خورده و آن را می چرخاند. این گاز ها از طریق خروجی یا اگزوز تخلیه می شوند.
Turbo jet schematic
موتور جت انر‍ژی پتانسیل موجود در سوخت را به انرژی جنبشی در اگزوز تبدیل می كند كه از این رو نیروی تراست به وجود می آید. تمام هوای ورودی به موتور و برخلاف نوع توربوفن ؛ از داخل كمپرسور، محفظه ی احتراق، توربین و اگزوز عبور می كند.
موتور توربوفن
موتور توربوفن نیز یك توربین گازی است كه شباهت بسیار زیادی به موتور توربوجت دارد. به مانند توربوجت از سه بخش اصلی كمپرسور ؛ محفظه ی احتراق و توربین گازی تشكیل شده است. تنها تفاوت این دو نوع موتور جت (توربوفن ؛ توربوجت) در این است كه در موتور توربوفن یك فن اضافی هم وجود دارد كه مانند كمپرسور توسط قسمت توربینی موتور چرخانده می شود.تصویر
Turbofan shcematic
مقداری از هوای تولیدی (شتاب داده شده) از كنار هسته ی موتور عبور كرده و به داخل موتور نشده و از اگزوز خارج می شود. این هوای بایپس (Bypass) شده كه از كنار هسته ی موتور عبور می كند سرعت بسیار كمتری نسبت به هوای تولیدی در مركز موتور دارد با این تفاوت كه مقدار آن بسیار زیاد تر است.
Turbofan Bypass and jet exhasust
از این رو تولید نیرو در این موتورها در دورها و سرعت های پایین و كمتر از سرعت صوت (Subsonic) بسیار بهتر از موتورهای توربوجت انجام می پذیرد و هواپیماهای مسافربری غالبا از این نوع موتور استفاده می كنند. اما به دلیل ورودی هوای بسیار بزگتر نسبت به موتورهای توربوجت درگ (Drag) بیشتری تولید می كنند.
Turbofan Engine
دو نوع موتور توربوفن به طور عمده وجود دارد :
موتور توربوفن (Low Bypass)
موتور توربوفن (High Bypass)
در موتورهای لوبایپس مقدار بایپس تقریبا دو برابر است. این بدین معنی است كه برای مثال اگر مقدار یك كیلوگرم هوا وارد هسته ی موتور شود ؛ مقدار دو كیلوگرم هوا از كنار موتور بایپس شده و از اگزوز خارج می شود. موتورهای لوبایپس معمولا از یك خروجی (nozzle) اگزوز استفاده می كنند. به این معنی كه هم هوای تولیدی هسته ی موتور و هم هوای تولیدی بایپس شده از یك خروجی خارج می شوند.
Turbofan
High Bypass Turbofan
موتورهای بایپس بالا معمولا مقدار بیشتری از هوا را بایپس می كنند و این مقدار تا 6 برابر هوای ورودی به مركز موتور افزایش می یابد. این نوع توربوفن ها معمولا مقدار بسیار زیادتری از نیروی تراست (thrust) را نسبت به لوبایپس ها ایجاد می كنند و این موضوع به خاطر حجم بسیار زیادتر هوایی است كه فن به آن شتاب می دهد. این موتورها همچنین بسیار كارامد تر از موتورهای لوبایپس (Low Bypass) هستند.
توربوپراپ و توربوشفت (Turboprop and turboshaft)
موتورهای توربوپراپ نیز از مشتقات موتورهای جت هستند و از اساس كار مشابهی پيروی مي كنند (توربين گازی) و نيروی گاز را به گردش شفت تبديل می كنند و بعد از اين مرحله توسط ملخ (Propller)نیروی چرخشی را به نيروی تراست تبديل مي كنند.
Turboprop
در حالی كه اين موتورها كاملا موتور جت نيستند و براي توليد تراست از مكانيزم كمكي استفاده می كنند ؛ موتورهای توربوپرآپ بسيار به موتورهای توربينی جت شبيهند و معمولا به نوعی موتور جت تشبيه می شوند.
در موتورهای توربوپراپ توليد تراست ؛ به جای اينكه به طور خاص وابسته به توليد گازهای پرفشار و پرسرعت باشد بيشتر توسط چرخش ملخ (Propeller) صورت مي پذيرد. به خاطر كم بودن تراست جت نسبت به ملخ ؛ موتورهای توربوپراپ گاها به نام موتورهای جت هيبريدی ناميده می شوند. اين موتورها از تمام جهات شبيه موتورهای توربوفن می باشند.
Pratt & Whitney turboprop engine
هم فن و هم ملخ توسط مكانيزم مشابهی توليد توان می كنند تنها تفاوت موجود بین آنها اين است كه، اكثر توربوپراپ ها از چرخ دنده برای كم كردن دور ملخ استفاده می كنند.
با وجود اینکه توربوپراپ ها ، اكثر تراست تولیدی خوب را توسط چرخش ملخ توليد می كنند با این حال ؛ حجم گازهای خروجی از اگزوز در طراحی بسیار مهم و هائز اهمیت می باشد. حداكثر تراست وقتی بدست مي آيد كه مقدار تراست توليدی توسط ملخ و گازهای داغ با هم همخوانی داشته باشند.تصویر
Turboprop schematic
توربوپراپ ها در سرعت های پايين كه ملخ دارای بازده بالايی است از موتورهای توربوفن و توربوجت بازدهی به مراتب بهتری دارند. ولی در سرعت های بالاتر به طرز چشمگيری پرسرو صداتر و كم بازده تر می شوند. در صورت گردش پروانه با سرعت بسیار بالا ؛ ممکن است لبه های ملخ سرعتی بالاتر از سرعت صوت پیدا کند که باعث به وجود آمدن صدای بسیار زیاد می شود.
توربوپراپ ها بسيار به توربوفن ها شبيه هستند با اين تفاوت كه تقريبا تمام نيروی توليدی از توربين گازی به چرخش شفت تبديل می شود. اين قابليت باعث شده كه از اين نوع موتورها در چرخاندن تجهیزات دیگر نیز به طرز گسترده ای استفاده شود. عدم توليد يا توليد بسيار كم گازهای پرسرعت توسط اين نوع موتورها ؛ باعث شده كه در هلیكوپترها نیز مورد استفاده قرار گيرند.
فن تر اپ فن (Propfan)
یک موتور پراپ فن (Propfan or Unducted fan or open rotor or Ultra-high bypass) نوعی موتور جت است که از ژنراتور گازی برای نیرو بخشی به فن مربوطه استفاده می کند و بسیار شبیه موتور توربوپرآپ است. مانند توربوپرآپ ؛ پراپ فن اکسر نیروی تولیدی خود را از چرخاندن ملخ بدست می آورد نه گازهای پرسرعت.
تنها تفاوت پراپ فن با توربوپراپ در این است که پره ها تا جای ممکن به سمت عقب کشیده شده تا اجازه ی کار در سرعت های نزدیک صوت و تا 0.8 برابر آن را بدهد که در این حال قابلیت رقابت با جت های تجاری مدرن و مجهز به موتور توربوفن را پیدا می کند. این نوع موتورها به اندازه ی توربوپراپ ها در مصرف سوخت به صرفه هستند و در این حال قابلیت و پرفرمنس موتورهای توربوفن تجاری را نیز دارا هستند. در حالی که تحقیقات گسترده (شامل تست پروازی) برای تست پراپ فن ها انجام شده ؛ هنوز هیچ موتوری با این ساختار وارد تولید انبوه نگردیده است.
موتورهای (Ram Powered)
موتورهای جت رم پاور نوعی از موتورهایی هستند که مانند توربین های گازی از تنفس هوا استفاده کرده و از چرخه ی برایتون (Brayton Cycle) پیروی می کنند. تفاوت موتورهای رم پاور و توربین های گازی در روش کمپرس کردن هوای ورودی می باشد. درحالی که توربین های گازی از کمپرسورهای افقی و یا سانتریفیوژی (centrifugal) برای کمپرس هوا استفاده می کنند ؛ موتورهای رم (Ram) فقط هوا را در وردی خود کمپرس می کنند. موتورهای رم به خاطر عدم وجود هیچ قطعه ی متحرک در ساختار موتور جزء ساده ترین نوع موتور جت به حساب می آیند.
موتورهای رم جت (Ramjet)
موتورهای رم جت ساده ترین نوع موتورهای جت هستند و از سه بخش اصلی شامل :
ورودی. برای کمپرس کردن هوا
سوزاننده. برای تزریق سوخت و سوزاندن آن
خروجی (Nozzle). برای خارج کردن گازهای داغ و پرسرعت حاصله از احتراق سوخت.
موتورهای رم جت برای کمپرس کردن هوای ورودی و بازدهی بالاتر، نیاز به سرعت تقریبا بالایی دارند. پس رم جت ها نمی توانند در هنگام ایستادن هواپیما کار کنند ؛ در حالی که این نوع موتورها در سرعت های مافوق صوت (Supersonic) بیشترین بازدهی را دارا هستند. شاخصه ی این نوع موتورها این است که سوختن گاز درون آنها در سرعت های پایین تر از صوت انجام می پذیرم. جریان پرسرعت هوا ( Supersonic) از طریق ورودی وارد موتور شده و این سرعت به طرز زیادی گرفته می شود و بعد از این مرحله احتراق در سرعت مادون صوت انجام می پذیرد. درست است که هر چه سرعت هوای ورودی بیشتر باشد ؛ انرژی بیشتری در ورودی هوا تلف می شود ؛ اما موتورهای رم جت قابلیت دسترسی به سرعت هایی تا پنج برابر سرعت صوت را دارا هستند.
اسکرم جت (Scramjets)
موتورهای اسکرم جت بسیار شبیه رم جت هستند و هیچ گونه قطعه ی متحرکی ندارند و از بخش های ورودی ؛ اتاق احتراق و خروجی تشکیل شده اند. تفاوت اصلی این دو نوع موتور (Ramjet & Scramjet) در این است که در موتور اسکرم جت سرعت هوای ورودی به پایین تر از سرعت صوت تقلیل پیدا نمی کند و از احتراق مافوق صوت استفاده می کنند. نام اسکرم جت از سه کلمه ی موتور احتراق مافوق صوت رم جت (Supersonic Combusting Ramjet) بر گرفته شده است. به خاطر اینکه موتورهای اسکرم جت از جریان مافوق صوت هوا برای انفجار و سوزاندن سوخت استفاده می کنند ؛ قابلیت رسیده به سرعت های بالای 6 برابر سرعت صوت ؛ جایی که موتورهای رم جت قدیمی بسیار کم بازده هستند ؛ را دارا هستند. تفاوت دیگر این دو موتور در روش کمپرس کردن هوا در هر دو است. در حالی که اکثر هوای کمپرس شده در رم جت توسط ورودی کمپرس می شوند ؛ در اسکرم جت(Scramjet) از شاک ویوهای(Shock wave) به وجود آمده به خاطر سرعت مافوق صوت برای احتراق مافوق صوت استفاده می شود (oblique shocks). تعداد بسیار کمی از این نوع موتور تا به حال ساخته و مورد آزمایش قرار گرفته است. در ماه می ، سال 2010 نوع آزمایشی هواپیمای (Boeing X-51) بیشترین مدت زمان کار این نوع موتور را با زمان 200 ثانیه رقم زد.
رهام حسامی دانشجوی ترم سوم هوافضا
تصویر

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 343

سپاس: 176

جنسیت:

تماس:

Re: انواع موتور جت

پست توسط rohamjpl »

تصویرتصویربرای پیشرانه جت هواپیما به طور کلی چهار طرح مشخص وجود دارد: توربوجت ، توربوفن (یا موتور بای پس) ، توربوپراپ و توربوشفت. این پست به طرح و طراحی دو موتور متداول مورد استفاده در هواپیماهای مدرن ، توربوجت و توربوفن می پردازد و توضیح می دهد که چگونه مشخصات آنها هر موتور را برای یک کار خاص قابل استفاده می کند. به طور خاص ، دو موضوع مهم پرداخته شده است. اولی موتور چند شافت با قرقره های کم فشار و فشار زیاد و دوم موتور بای پس است که در آن بیشتر هوای فشرده شده توسط فن از احتراق هسته و توربین موتور عبور می کند.
به طور کلی هر موتور از چهار جز essential اساسی تشکیل شده است: کمپرسور ، احتراق ، توربین و نازل کمپرسور فشار هوای ورودی را قبل از احتراق و توربین را افزایش می دهد که از احتراق تحت فشار گرم استخراج می شود محصولات ، در قلب موتور هستند. نقش توربین قدرت تأمین نیروی رانش نیست بلکه حرکت کمپرسور است. محصولات احتراق تحت فشار داغ از طریق یک نازل منبسط می شوند تا رانش ایجاد کنند. در بعضی از موتورهای توربوجت نظامی سرعت اگزوز و در نتیجه رانش ممکن است با "پس از سوختن" در مجرای اگزوز افزایش یابد.
نمودار یک موتور جت توربین گازی معمولی. هوا هنگام ورود به موتور توسط پره های فن فشرده می شود و در قسمت احتراق با سوخت مخلوط و سوزانده می شود. گازهای خروجی داغ باعث ایجاد رانش به جلو و توربین هایی می شوند که پره های فن کمپرسور را حرکت می دهند.
. کمپرسورها(Compressors)
کمپرسورها از نظر ساختمان و نحوه تراکم هوا به دو دسته تقسيم می‌شوند:
- کمپرسورهای ديسکی ((Centrifugal Flow Compressors
اين نوع کمپرسورها دارای ديسکی هستند که برروی آن تيغه‌هائی بصورت مجرای واگرا جوش داده شده است. در اثر چرخيدن ديسک کمپرسور که بوسيله شفت موتور انجام می‌شود، جريان هوا در امتداد شعاع ديسک با نيروی گريز از مرکز از بين تيغه‌های روی ديسک عبور می‌کند و به دليل شکل خصوص تيغه‌ها (واگرا) سرعت هوا کم و فشار آن زياد می‌شود. چون ديسک کمپرسور در اثر چرخش و دوران زياد به هوا سرعت هم می‌بخشد، در نتيجه هوا پس از عبور از ديسک کمپرسور، هم فشار و هم سرعتش زياد می‌شود. زمانيکه هوا به نوک پره‌های ايمپلر می‌رسد فشار و سرعتش نسبت به هوای ورودی کمپرسور خيلی زيادتر می‌شود. هوا پس از عبور از کمپرسور به قطعه‌ای به نام ديفيوزر وارد می‌شود. اين قطعه دارای پره‌های ثابتی است که در اطراف کمپرسور قرار گرفته‌اند و بازهم باعث ازدياد فشار و کاهش سرعت آن می‌شوند. بطور کلی هر دو دستگاه، کمپرسور و ديفيوزر شار هوا را زياد می‌کنند.دیفیوزر
دیفیوزر را باید بخشی از کمپرسور دانست! همه کمپرسورهای شعاعی دارای دیفیوزر می باشند. در دیفیوزر انرژی سرعت تبدیل به انرژی فشاری می شود. در این بخش انرژی درونی گاز با مربع سرعت شعاعی آن متناسب است. بنابراین اگر ما بتوانیم سرعت کاز را در سیستم دیفیوزر نصف کنیم، 4/3 انرژی را تبدیل کرده ایم. یک نقطه بحرانی در این مرحله منطقه ایست قبل از روتور که سرعت جریان هنوز بسیار بالاست. سیستم دیفیوزر در این ناحیه باید بسیار دقیق با چرخ روتور مچ شود. اگر از دیفیوزرهای پره دار استفاده شود طراحی پره ها باید طوری باشد که در زمان استارت جریان را بطور کاملا دقیق هدایت کند.تغییراتی هرچند جزئی در زاویه جریان به معنی عدم کارکرد موتور جت می باشد و این موضوع بیانگر حساسیت بسیار بالای این بخش از موتور است.
هوا پس از عبور از ديفيوزر وارد محفظه احتراق شده و قبل از رسيدن به محفظه احتراق باز هم به علت واگرا بودن (Air Adapter) فشارش زياد و سرعتش کم می‌شود. اين ازدياد فشار نهائی، آمادگی هوا را جهت احتراق بيشتر می‌کند. در محفظه احتراق، سوخت به داخل هوای فشرده شده پاشيده شده و مخلوط سوخت و هوا بوسيله شمع محترق می‌گردد. در اثر احتراق مخلوط سوخت و هوا، گازهای منبسط شده با درجه حرارت زياد وارد نازل توربين شده و باعث گشتن توربين و در نتيجه گردش کمپرسور و متعلقات گردنده آن می‌شوند. گازهای سوخته سپس وارد اگزوز شده و با سرعت زياد از دهانه اگزوز خارج می‌شوند که عکس‌العمل آنها باعث بوجود آمدن تراست خواهد شد.
- کمپرسور محوری (Axial Compressor)کمپرسور محور خطی دارای سه نوع است نوع single spool که دارای یه شفت است که کمپرسور به توربین متصل کرده و نوع دیگر Twin spool که دارای دو شفت است که کمپرسور پر فشار را به توربین پر فشار و کمپرسور کم فشار را به توربین کم فشار متصل میکند و نوع دیگر را Triple spool میگویند که شفت سومی به فن متصل است
کمپرسور محوری به شکل استوانه بوده و دارای پره‌های گردنده (Rotor) و پره‌های ثابت (Stator) می‌باشد. اين پره‌ها پشت سر هم در اطراف محور کمپرسور و عمود بر آن قرار دارند. هر رديف دور تا دور دايره‌ای از پره‌های گردنده، هوا را متراکم و به رديف دايره‌ای شکل پره‌های ثابت تحويل می‌دهند. پره‌های ثابت نيز هوای متراکم را گرفته و در خط مستقيمی که به موازات محور کمپرسور است به درون رديف پره‌های گردنده بعدی می‌فرستند و اين کار تا انتهای کمپرسور ادامه می‌يابد. پره‌های گردنده بر روی محيط خارجی يک ديسک سوار شده‌اند ورديف دوم که شامل پره‌های ثابت است از داخل برروی پوسته موتور نصب شده‌اندکمپرسور ها به سه دسته تقسیم میشوند نوع اول گریز از مرکز نوع دوم خط محوری نوع سوم ترکیبی:
کمپرسور گریز از مرکز این کمپرسور از قطعه ای بنام impeller که ایمپلر در اصل یک دیسک است ایمپلرها یا پروانه­ها می­باشد که جزء اصلي بخش دوار است كه با عمل آيروديناميكي اندازه حركت لازم را به سیال اعمال مي­كند. در واقع پروانه یا ایمپلر با افزايش مقدار انرژي سيال از طريق چرخاندن آن به سمت بيرون باعث افزايش اندازه حركت سیال می­شود.
ایمپلرهای سرعت بالا
ایمپلرهایی که نرخ جریان بالا به همراه یک هد نسبتا پایینی دارند ایمپلرهای سرعت بالا نامیده می­شوند. یک ایمپلر با سرعت مکش زیاد در واقع به گونه­ای طراحی می­شود که قطر ورودی آن که چشمی(eye) ایمپلر نامیده می­شود در مقایسه با قطر بیرونی آن بسیار بزرگ­تر باشد. این یک واقعیت اثبات شده است که هر چه سرعت مخصوص ایمپلرها بیشتر باشد، بازده بیشتری در دسترس خواهد بود. در واقع سرعت مخصوص یک شاخص برای پیش‌بینی و تعیین خصوصیات ایمپلر توربوماشین­ها میباشد. همان­طور که در نمودار مربوطه نشان داده شده است سرعت ایمپلر ارتباط مستقیم با سرعت شفت و جریان عبوری دارد.نواع ایمپلرتصویر
1-ایمپلرهای باز
اين نوع پروانه­ها داراي تعدادي پره بدون داشتن ديواره هستند و معمولا براي انتقال حجم زياد سیال مورد استفاده قرار مي­گيرند. به دليل نداشتن صفحه نگهدارنده براي پره­ها مقاومت مكانيكي اين نوع پروانه­ها نسبت به انواع ديگر كمتر است و مورد كاربرد آنها براي فشارهاي پايين و فلوي زياد است.
2-ایمپلرهای بسته
ساختمان اين پروانه­ها به اين صورت است كه تعدادي پره در بين دو صفحه شرود كه به فاصله معيني از يكديگر قرار گرفته اند نصب شده­اند. پره ها از هر دو طرف مسدود شده اند و هوا نمي­تواند از طرفين آنها خارج شود. از اين نوع پروانه­ها معمولا در فشارهاي بالا استفاده می­شود.
3-ایمپلرهای نیمه باز
در این نوع ایمپلرها پره‌ها در یک سمت به یک دیسک دایروی متصل و از سمت دیگر باز هستند. به این نوع از ایمپلرها، ایمپلرهای نیمه­باز گفته می­شود. از اين نوع پروانه براي جابجايي حجم زياد گاز با فشار پايين و متوسط استفاده می­شود.تصویر

که پره ها بر روی آن بصورت شعاعی قرار گرفته اند در بین این تیغه ها کانال هایی بصورت واگرا وجود دارند که باعث کاهش سرعت و افزایش فشار میشوند در پشت ایمپلر قطعه ای بنام دیفیوزر وجود دارد که این قطعه یه رینگ دوجداره است که بین جدار های آن کانال های واگرایی وجود دارد که باعث کاهش سرعت و افزایش فشار و دما میشود به هر یک دیفیوزر و یک ایمپلر یک stage میگویند از مزایای کمپرسور گریز از مرکز میتوان به راحتی آن راطراحی کرد و این نوع کمپرسور دیر تر FOD میکند (اصطلاحFOD به از بین رفتن پره های کمپرسور میگویند) ولی از معایب آن میتوان به راندمان کم آن اشاره کرد که بیشتر برای برای هواپیما های کوچک مناسب است و در هواپیما های بزرگ کاربرد ندارد
کمپرسور های گریز مرکز به انواع یک طبقه و یک ورودی . دو طبقه و یک ورودی و دو طبقه و دو ورودی تقسیم میشوند.روتور و استاتور
در کل، کمپرسورهای محوری گذشته از جزئیات آنها از دو قسمت بسیار مهم و اساسی تشکیل میشوند که یکی شامل روتورها یا توربینهای گردنده است و دیگری را استاتورها تشکیل میدهند که در دید ظاهری کاملا مشابه روتورها هستند ولی تفاوتهای کاری و محاسباتی دارند. در شکل زیر مجموع کل توربینها و قسمتهای ثابت نشان داده شده است.
همانطوریکه میدانید در کمپرسور محوری حرکت جریان هوا موازی با محور چرخش است. این کمپرسور از تعدادی سطرهای (ردیف های مدور) ایرفویل آبشاری شکل تشکیل شده است. به سطرهایی که به شفت مرکزی متصل هستند و با سرعت بسیار بالایی میچرخند روتور گفته میشود که مجموعه ی توربینهای کمپرسور را در بر میگیرد.
به سطرهای دیگر که ثابت هستند و مانند روتور نمی چرخند استاتور گفته میشود. وظیفه ی استاتور افزایش فشار هوا و جلوگیری از حرکت مارپیچی آن حول محور طولی با یکسوسازی جریان موازی با محور طولی میباشد. شکل بالا فقط روتورها را نشان داده و استاتورهای آن بر روی بدنه کمپرسور نصب شده اند. در پست های پیش تصاویری از آنها را مشاهده کردید ولی در آنجا من آنها را معرفی نکردم. استاتورهای امروزی که در اکثر موتورهای جت مورد استفاده قرار میگیرد استاتورهای متغیر هستند. به این صورت که همه ی پره های استاتور بطور مساوی و موازی با یکدیگر تغییر زاویه داده و میزان کاهش سرعت را تغییر میدهند و با این مکانیزم امکان کاهش سریع دور موتور میسر شده است.
چون در گذشته امکان کاهش سریع دور و تغییر گشتاور در زمان کوتاهی نبود و یک نقطه ضعف برای این موتورها محسوب میشد این مکانیزم ساخته شد. از سمت دیگر عامل مهمتری که باعث ایجاد این مکانیزم شد نیاز به کاهش بیشتر سرعت جریان هوا بود که در سرعتهای بالا به آن نیاز بود. چون در سرعت های بالا که جریان هوا با سرعت وارد موتور میشود باید سرعت آن به قدری پایین بیاید که احتراق پذیر باشد. این مکانیزم این امکان را فراهم میکرد که با تغییر زاویه ی تیغه های استاتور به میزان بیشتری از سرعت هوا کاسته شود. در شکل زیر نمونه ی این مکانیزم مشاهده میشود که دارای بازوهای هیدرولیکی است.
هر ردیف پره‌های گردنده و ثابت را يک مرحله (Stage) می‌گويند. در اين نوع کمپرسورهای محوری هر چه تعداد مراحل آن بيشتر باشد، حجم هوای زيادتری را متراکم کرده و در نتيجه موتور دارای تراست بيشتری خواهد بود. امروزه بيشتر موتورهای جت دارای کمپرسور محوری چند مرحله‌ای هستند.
با افزايش فشار هوا در هر مرحله از حجم آن نيز کاسته شده و برای جای دادن آن به فضای کمتری نياز است. چون اين نوع کمپرسورها به صورت همگرا ساخته شده و پره‌های آنها رفته رفته کوتاهتر می‌شوند، پره‌های گردنده که به شکل مقاطع آيروديناميکی يا ايرفويل هستند، هوا را از جلو کمپرسور گرفته و پس از متراکم نمودن، آنرا به طرف عقب کمپرسور هدايت می‌کنند. جنس اين پره‌ها از آلياژ آلومينيوم، تيتانيوم و فولاد است.
مسير جريان هوا در داخل موتورهای جت بنا به نحوه طراحی موتور متفاوت است. در طراحی موتورهای خطی يا مستقيم موتور طوری طراحی شده که دارای دهانه ورودی کوچکتر و همچنين متناسب با سيستم By Pass باشد. بطور کلی مسير جريان هوا در تمام موتورهای جت نسبتا مشابه است.
در اين شکل هر دو نمونه کمپرسور نشان داده شده است.
واماندگی کمپرسور (Compressor Stall)
در صورتيکه مراحل آخر کمپرسور فشار کمتری توليد کنند و stageهای جلوی کمپرسور overload شوند و تحت فشار زيادی قرار گيرند، ناهماهنگی بين رديفهای جلو و عقب کمپرسور بوجود می‌آيد که توام با حرارت زياد و لرزش زياد موتور و همراه با صدای ناهنجار کمپرسور است. اين حالت را اصطلاحا واماندگی کمپرسور می‌گويند. برای از بين بردن اين پديده از سيستمی بنام Air Flow Control System استفاده می‌شود. بدين ترتيب که از طريق شيرهايی بنام Air Bleed Valve در Stage های وسط و آخر کمپرسور، بار کمپرسور را در اين حوالی کم می‌کنند. بنابراين خطر واماندگی کمپرسور از بين می‌رود و همچنين بطور اتوماتيک، با تغيير زاويه پره‌های ورودی هوا به داخل کمپرسور از واماندگی کمپرسور جلوگيری به عمل می‌آيد.
موتورهای دو کمپرسوری(Twin Spool Compressor)
روش ديگر برای جلوگيری از استال کمپرسور دو تکه‌ای بودن کمپرسور می‌باشد. اين نوع کمپرسورها دارای يک کمپرسور فشار ضعيف و يک کمپرسور فشار قوی می‌باشند. کمپرسور فشار ضعيف در جلو و فشار قوی در عقب موتور قرار دارند و بوسيله دو شفت که به دو توربين متصل هستند هر کدام با دور معينی می‌گردند.
لازم به توضيح است که توربين فشار قوی کمپرسور فشار قوی و توربين فشار ضعيف کمپرسور فشار ضعيف را می‌گرداند.
طرح دو کمپرسوری خطر واماندگی کمپرسور را از بين برده و با وزن کمتر دارای نسبت تراکم زيادتری در مقايسه با ساير کمپرسورها می‌باشد.
کمپرسورهای دوتکه‌ای که يکی H.P. Compressor و ديگری L.P. Compressor می‌باشد، توسط تورينهايی که يکی H.P. Turbine و ديگری L.P. Turbine است، می‌گردند. بعضی ديگر از انواع جتهای ملخ‌دار، دارای دو شفت متصل به دو توربين هستند که يکی کمپرسور و ديگری ملخ را می‌گرداند. اين توربينها را توربين آزاد می‌نامند. گازهای سوخته شده هنگام ورود به توربين دارای حرارتی بين 700 تا 1200 درجه سانتيگراد هستند. برای آنکه پره‌ها نسوزند و يا کارآئی آنها از بين نرود، از هوای مراحل آخر کمپرسور استفاده می‌کنند و آنرا از روی پره‌های توربين عبور می‌دهند. چون حرارت اين هوا از حرارت پره‌های توربين خيلی کمتر است، در نتيجه هوای خنک کننده‌ای برای پره‌های توربين محسوب می‌شود و توربين ديسک و پره‌ها را خنک می‌کند
3. محفظه احتراق (Combustion Chamber)
بعد از کمپرسور و دي،يوزر قسمتی به نام محفظه احتراق وجود دارد که از يک يا چند محفظه، چند شمع، چند سوخت پاش و يک يا دو عدد Drain Valve تشکيل شده است. هوای فشرده پس از خروج از کمپرسور و عبور از ديفيوزر، وارد محقظه احتراق می‌شود. سوخت مناسب توسط سوخت پاشها به داخل هوای متراکم پاشيده می‌شود. هوا در اثر تراکم حرارتش بالا رفته و به محض اضافه شدن سوخت، مخاوط مناسب جهت احتراق آماده می‌شود. جرقه لازم در هنگام Starting توسط شمعها توليد شده و مخلوط محترق می‌شود. البته برای ايمنی بيشتر قبل از پاشيده شدن سوخت سيستم جرقه روشن شده و شمعها شروع به جرقه زدن می‌کنند تا به محض پاشيدن سوخت احتراق فورا انجام شده و از انجار جلوگيری به عمل آيد. بدين ترتيب انرژی موجود در مخلوط هوا و سوخت در اثر احتراق تبديل به انرژی حرارتی شده و انرژی جنبشی هوای عبوری از موتور را افزايش می‌دهد.
محفظه احتراق که شبيه تنور است پس از يکبار جرقه زدن شمعها تا پايان کار موتور روشن می‌ماند و ديگر نيازی به جرقه شمعها نيست و سيستم Ignition همراه با استارت خاموش می‌شود.
بطور معمول چهار نوع محفظه احتراق وجود دارد که عبارتند از:
- محفظه‌های لوله‌ای يا استوانه‌ای (can type)
- محفظه‌های لوله‌ای-حلقه‌ای (cannular)
- محفظه‌های حلقه‌ای (annular)
- محفظه‌های حلقه‌ای دوبله(double annular)
عمل احتراق در محفظه احتراق
همانطور که اشاره شد هوای کمپرسور به علت فشار و سرعت زياد در جهت وارد شدن به محظه احتراق به ديفيوزر می‌رود. اين دستگاه به علت شکل مخصوصی که دارد باز هم فشار هوا را زياد کرده و از سرعت آن می‌کاهد و آنگاه که برای سوختن مناسب باشد، آنرا وارد محفظه احتراق می‌نمايد.
4. توربين
گازهای خروجی که از محفظه احتراق خارج می‌شوند با سرعت ، فشار و حرارت خيلی زياد وارد محيطی بنام نازل توربينی می‌شوند و از آنجا وارد پره‌های گردنده توربين شده و انرژی حرارتی در توربين به انرژی مکانيکی تبديل می‌شود و توربين را می‌چرخاند. در اثر گردش توربين کمپرسور ، متعلقات گردنده موتور نيز توسط شفتی که بين توربين و آنها قرار دارد، گردانده می‌شوند. توربينها همه از نوع محوری هستند و ممکن است يک رديفه، دو رديفه، چهار رديفه و يا بيشتر باشند.
5. پس سوز (After Burner)
پس سوز قطعه‌ايست مانند رمجت که دارای تعدادی سوخت‌پاش و شمع می‌باشد و امروزه در روی اکثر موتورهای جت شکاری مورد استفاده قرار می‌گيرد. بطور معمول 75% هوای کمپرسور به مصرف خنک کردن سيستم‌های داغ موتور که محفظه احتراق و توربينها می‌باشند، می‌رسد. اين هوای اضافی همراه با اگزوز موتور از توربين خارج می‌شود. بنابراين اگر در داخل اين اگزوز مقداری سوخت پاشيده شود و شمع نيز جرقه بزند، سوخت با اکسيژن موجود در هوای اگزوز مخلوط شده و محترق می‌شود و همانند رمجت عمل می‌کند و نيروی عکس‌العمل خيلی زيادی به موتور هواپيما می‌دهد که برابر 75% نيروی تراست موتور می‌باشد.
6. اگزوز (Exhaust System)
سيستم اگزوز بعد از توربين قرار دارد و از سه قسمت زير تشکيل شده است:
- مخروط بيرونی
- مخروط درونی
- لوله دم
اين قسمت گازهای داغ را از توربين دريافت می‌کند. گازها که از پره‌های گردنده آخر توربين خارج می‌شوند، تمايل دارند در همان جهت که از پره توربين خارج شده‌اند به حرکت دورانی خود ادامه دهند. چنين موردی سبب بی‌نظمی و آشفتگی انبساطی اگزوز می‌شود. بطور کلی سيستم اگزوز از توربولانس اگزوز جلوگيری نموده و آنها را به موازات محور طولی موتور، به سمت خارج هدايت می‌کند. در بين مخروط بيرونی و درونی از سرعت گازها کاسته شده و به فشار آنها افزوده می‌شود. اما با عبور اگزوز از دم، دومرتبه سرعت آنها افزايش می‌يابد. از طرفی چون خروج گازها با سروصدای زيادی توام است لذا بمنظور جلوگيری از سروصدای زياد و ناراحتی گوشها، سيستم اگزوز را با صدا خفه کن مجهز می‌کنند. صدا خفه کن باعث افزايش فرکانس صوتی گازهای خروجی شده و صدا را غير قابل شنيدن می‌کنند.
سيستم اگزوز بطور معمول 30 تا 40 درصد انرژی بوجود آمده در محفظه احتراق را به نيروی تراست تبديل می‌کند و بدين صورت باعث جلو رفتن و پرواز هواپيما می‌شود. بقيه انرژی حاصله به مصرف گرداندن توربين می‌رسد. در بعضی از هواپيماها قطعه‌ای بنام Thrust Reverser وجود دارد که به هنگام فرود برای متوقف نمودن هواپيما بسيار موثر می‌باشد.
۵- اینترداکت: اینترداکت کانالی است که هوای داغ و فشرده شده با گذر از اون به سمت استاتورها هدایت میشه. محاسبات و دقت اینترداکت هم دست کمی از سایر قسمتها نداره چرا که کوچکترین خطا در این قسمت تمام کارهایی رو که تا اینجا انجام شده رو به هدر می ده!
۶- بیرینگ: قبل از هرچیزی باید بگم که اشتباه نشده! اگرچه در ظاهر این بیرینگ مانند هما بیرینگهایی است که در قسمت ۲ توضیح داده شده، اما محیط کارکرد این برینگ با بیرینگی که در آیتم شماره ۲ بود فرق می کنه! در اینجا دما بسیار بالاست و این برینگ باید طوری باشه که بتونه تو این شرایط دوام بیاره. به این بیرینگ Hot bearing گفته می شود.
۷- استاتور: استاتور یا پره ثابت به پره هایی گفته می شه که وظیفه جهت دهی به هوای داغ و فشرده را بر عهده دارند. این پره ها باید طوری ساخته شوند که با بهترین زاویه ممکن بطوری که سیال بیشترین بازده رو داشته باشه هوای داغ رو به سمت پره توربینها هدایت کنند.
پره های هادی (نازل)Nozzle vanesاین دسته شامل سطرهایی از پره های ثابت مشابه استاتور است که دقیقا قبل از هر چرخ توربین قرار میگیرد و وظیفه ی آن همسوسازی با جهت بخشیدن به جریان هوای محترق محفظه ی احتراق است که باعث افزایش بازده یک موتور به میزان بسیار بالایی میشود بطوریکه امروزه همه ی موتورهای توربینی از آن بهره میبرند. این پره های هادی باعث تعادل توربین های قدرت میشوند و در واقع کنترل جریان محفظه ی احتراق دست آنهاست.
Rotor (توربین)این دسته نیز همان توربینهای قدرت را تشکیل میدهند که به شفت متصل میباشند و بخاطر جذب نیروی جنبشی مولکولها با سرعت بسیار بالایی میچرخند و همراه خود روتور کمپرسور را نیز میچرخانند.
تصویر. تکامل خنک کننده پره توربین در دهه های گذشته را نشان می دهد. در روزهای ابتدایی دوران جت از خنک کننده همرفت در جایی که تیغه چرخان به عنوان یک مبدل حرارتی جریان متقابل تک عبور عمل می کند ، بسیار استفاده می شد. این بدان معنی است که هوای فشرده خون جریان شعاعی از طریق معابر خنک کننده در یک جهت از ریشه تا نوک، رانده شده توسط افت فشار و نیروهای گریز از مرکز، در نتیجه از بین بردن حرارت از گازهای جریان اصلی به تیغه convected از محوری. پیشرفت در فن آوری مدرن ساخت به این معنی است که اکنون می توان یک هزارتوی مارپیچی از معابر خنک کننده درون تیغه را ایجاد کرد تا سیستم به مبدل حرارتی چند پاس با قابلیت خنک سازی بالاتر تبدیل شود. به طور معمول این گذرگاه ها دارای دنده ها و باله های داخلی نیز هستند تا ناحیه داخلی خنک شده موجود برای خنک سازی را افزایش دهند. بعلاوه ، هوای خنک کننده نیز از طریق سوراخهای ریزی روی سطح آیفوئل تیغه ، به ویژه نزدیک لبه جلویی ، تخلیه می شود. در حالت ایده آل ، هوای خنک کننده با سرعت کم خارج می شود و یک فیلم خنک کننده محافظ در اطراف تیغه تشکیل می دهد ، از این رو خنک کننده فیلم نامیده می شود .
. سوراخ های خنک کننده فیلم تیغه توربین
اصول کلی خنک سازی که در بالا توضیح داده شد می تواند به روشهای مختلف خنک سازی گسترش یافته و ترکیب شود. برخی تحقیقات در مورد تکنیک های عجیب و غریب دیسک های توربین با استفاده از نازل های پیش از چرخش برای چرخش هوای خنک کننده در جهت دیسک های چرخان انجام شده است. افزایش انرژی جنبشی هنگام ورود هوا به مجاری خنک کننده در پره ها ، دمای موثر هوا را کاهش می دهد. با این وجود ساختارهای جریان و گرما که در این سیستم ها بوجود می آیند باعث ایجاد شتابهای پیچیده سانتریپتالی و کوریولیس می شوند که منجر به شتابهای بیش از 10،000 گرم می شود! با جریان سیکلونیک و ضد سیکلونیک که مدل سازی دقیق آنها بسیار دشوار است.مپرسورهای جریان محوری
توربوماشین را به عنوان وسیله­ ای که از جریان پیوسته سیال انرژی می­ گیرد یا به آن انرژی می­دهد، به شکلی که انتقال انرژی ناشی از عمل دینامیکی یک یا چند ردیف تیغه چرخنده روی محور ماشین باشد، می­توان تعریف کرد. کاربرد این تجهیزات در صنایع هوایی، نیروگاهی و پالایشگاهی، نفت و گاز، خطوط انتقال و بسیاری زمینه ­های دیگر می باشند. از جمله مهم­ترین و اصلی­ترین بخش­های توربوماشین­ها تصویرتصویر
تصویر

ارسال پست