اسکرام جت چیست و چگونه کار می کند؟

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesamiرهام حسامی

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1468

سپاس: 3154

جنسیت:

تماس:

اسکرام جت چیست و چگونه کار می کند؟

پست توسط rohamjpl »

در مقایسه با توربوجت ها، رم جت ها هیچ قسمت متحرکی ندارند. اسکرامجت ها (رامجت های احتراقی مافوق صوت) موتورهای رم جت هستند که در آنها جریان هوا در کل موتور مافوق صوت باقی می ماند.از آنجایی که اسکرام جت از هوای خارجی برای احتراق استفاده می کند، در مقایسه با موشک که باید تمام اکسیژن خود را حمل کند، یک پیشرانه کارآمدتر برای پرواز در جو است. اسکرمجت ها برای پروازهای مافوق صوت در جو بسیار مناسب هستند.یک رم جت با احتراق سوخت در جریانی از هوا که توسط سرعت رو به جلوی خود هواپیما فشرده می شود، عمل می کند، برخلاف موتور جت معمولی، که در آن بخش کمپرسور (پره های فن) هوا را فشرده می کند. جریان هوا از طریق یک موتور رمجت مادون صوت یا کمتر از سرعت صوت است. خودروهای رمجت از حدود 3 تا 6 ماخ کار می کنند.
اسکرام جت (رام جت احتراقی مافوق صوت) یک موتور رم جت است که در آن جریان هوا از طریق موتور مافوق صوت یا بیشتر از سرعت صوت باقی می‌ماند. پیش‌بینی می‌شود که خودروهای اسکرام‌جت با سرعت حداقل 15 ماخ کار کنند. آزمایش‌های زمینی احتراق‌های اسکرم جت این پتانسیل را نشان داده است، اما هیچ آزمایش پروازی از پرواز X-43A 9.6 ماخ فراتر نرفت. تصویر زیر را ببینید.تصویر
این گرافیک نحوه ترکیب هوا و سوخت را با سرعت های مافوق صوت در داخل یک موتور اسکرام جت توضیح می دهد
تصویر بالا: این گرافیک ساده‌شده نشان می‌دهد که چگونه هوا و سوخت با سرعت‌های مافوق صوت در داخل یک موتور جت اسکرام‌جت مخلوط می‌شوند تا خودرو را به سرعت چند برابر
موتور اسکرام جت چیست؟
تصویری از یک هواپیمای جت با موتور اسکرام جت در پایین متصل شده است. این یک نوع موتور جت رمجت است که در آن احتراق در جریان هوای مافوق صوت انجام می شود.
از آنجایی که Scramjet اساسا یک Ramjet با تنوع است، اگر فرآیند یادگیری خود را از Ramjet شروع کنیم آسان خواهد بود. بیایید ابتدا با اصول اولیه شروع کنیم - تفاوت بین موتور جت و موتور موشک.
تفاوت اصلی موتور جت و موشک چیست؟
تفاوت اصلی این است که یک موشک منبع اکسیژن خود (مخزن اکسید کننده) را برای احتراق حمل می کند در حالی که یک موتور جت از اکسیژن جو برای احتراق استفاده می کند. این باعث می شود موتور موشک در مقایسه با موتورهای جت انرژی کمتری داشته باشد.
AIR 6 Meera K درباره سری تست آنلاین ClearIAS Prelims
موتور جت
موتور جت ماشینی است که سوخت مایع و پر انرژی را به نیروی فشار قوی به نام رانش تبدیل می کند. نیروی رانش از یک یا چند موتور هواپیما را به جلو می راند و هوا را مجبور به عبور از بال های علمی آن می کند تا نیرویی به سمت بالا به نام لیفت ایجاد کند که آن را به سمت آسمان هدایت می کند.
اولین موتور جت عملیاتی توسط Hans von Ohain آلمانی ساخته شد. اما اعتبار کشف آن به فرانک ویتل (1930)
فرآیندهای اصلی در موتور جتتصویر
یک موتور جت دارای 3 فرآیند اصلی است:
1. فشرده سازی
فشار هوای محبوس شده در داخل محفظه را افزایش می دهد.
2. احتراق
با آزاد کردن انرژی گرمایی از سوخت، دمای مخلوط هوا و سوخت را افزایش می دهد.
3. اگزوز
سرعت گازهای خروجی را افزایش می دهد و در نتیجه به وسیله نقلیه نیرو می دهد (قانون سوم حرکت نیوتن)
انواع موتور جت
توربوجت، رم جت و اسکرام‌جت همه موتورهای جت و توربین‌های گازی به طور کلی به یک روش کار می‌کنند. از این رو، همه آنها پنج جزء کلیدی مشترک دارند: ورودی، کمپرسور، محفظه احتراق و توربین (که دقیقاً به ترتیب چیده شده اند) با یک میل محرک که از آنها عبور می کند. موتورهای جت با وجود شباهت هایی که دارند، در اجزای اضافی متفاوت هستند. انواع اصلی موتورهای جت بر اساس نحوه فشرده شدن هوا در موتور به شرح زیر است:
1. توربو جت
موتور جت توربو یک موتور جت با تنفس هوا است. این یکی از رایج ترین انواع موتورهای جت است. هنوز هم به طور گسترده در هواپیما استفاده می شود.
2. موتورهای توربوفن
توربوفن‌ها با توربوجت‌ها به دلیل داشتن یک جزء اضافی - یک فن - متفاوت هستند. فن هوا را می مکد و سپس بیشتر فشرده می شود و احتراق در مشعل اتفاق می افتد.
3. RAMJET
حرکت رو به جلو با سرعت بالا برای فشرده سازی هوا استفاده می شود (بدون کمپرسور). سوخت به داخل محفظه احتراق تزریق می شود و در آنجا با هوای داغ فشرده مخلوط شده و مشتعل می شود. میانگین سرعت رمجت 3-6 ماخ است. اما راندمان رم جت زمانی که خودرو به سرعت های مافوق صوت می رسد شروع به کاهش می کند.
4. SCRAMJET
در اینجا نیز از حرکت رو به جلو با سرعت بالا برای فشرده‌سازی هوا استفاده می‌شود (بدون کمپرسور)، اما این یک پیشرفت نسبت به موتور رم جت است زیرا به طور موثر در سرعت‌های مافوق صوت کار می‌کند و احتراق مافوق صوت را امکان‌پذیر می‌کند. سرعت بیشتر از 6 ماخ (شش برابر سرعت صدا) است.
5. رمجت دوگانه (DMRJ)
نوع موتور جت که در آن رم جت در محدوده 4 تا 8 ماخ به اسکرام جت تبدیل می شود، بنابراین، می تواند در حالت احتراق مافوق صوت و مافوق صوت عمل کند.
اصل عملکرد یک موتور اسکرام جت
برای شلیک چیزی به هوا نیاز داریم، آن اکسیژن است. موشک‌ها معمولاً اکسیژن را در مخزن اکسیدکننده حمل می‌کنند، حتی زمانی که در جو زمین حرکت می‌کنند. اما، اگر بتوانیم در این مدت از اکسیژن اتمسفر استفاده کنیم، انرژی کارآمد خواهد بود. اینجا اهمیت موتور اسکرام جت می آید.
موتور اسکرام جت طراحی شده توسط ISRO از هیدروژن به عنوان سوخت و از اکسیژن هوای اتمسفر به عنوان اکسید کننده استفاده می کند. این سیستم را بسیار سبک تر، کارآمدتر و مقرون به صرفه تر می کند.
موتور اسکرام جت آزمایشی بر روی موشک صداگذاری روهینی 560 (راکت پژوهشی) به فضا پرتاب شد. این RH 560 یک راکت دو مرحله ای با فناوری پیشرفته (ATV) است و توسط ISRO برای آزمایش موتور اسکرام جت طراحی و توسعه یافته است. ATV سنگین ترین موشک با صدای 3 تنی است که تا به امروز توسط ISRO ساخته شده است.
هند و فناوری اسکرام جت
هند تلاش‌ها را برای فناوری Scramjet از مدت‌ها قبل آغاز کرده بود و ما در سال 2006 یک آزمایش زمینی انجام دادیم که طراحی موتور را تأیید کرد. و اکنون، هند چهارمین کشوری است که ادعای آزمایش موفقیت آمیز موتور اسکرام جت را دارد. Scramjet - چالش ها
همانطور که قبلا ذکر شد، Scramjet نداردیک کمپرسور برای فشرده سازی هوا، در عوض از حرکت رو به جلو با سرعت بالا برای فشرده سازی هوا استفاده می کند. بنابراین اسکرام جت نمی تواند نیروی رانش کارآمد ایجاد کند مگر اینکه تا سرعت بالا تقویت شود. از اینجا فهمیدیم که موتور اسکرام جت تا زمانی که به سرعت کافی نرسد نمی تواند کار کند. این نقطه ضعف اصلی Scramjet Engine است.
همانطور که همه ما می دانیم، Launch Vehicles دارای مراحل مختلفی هستند که هر کدام دارای موتور متفاوتی هستند. پس از سوختن سوخت در مرحله اول، موتور پرتاب می شود تا وزن خودرو کاهش یابد. بنابراین هنگامی که احتراق مرحله دوم شروع می شود، سرعت برای عملکرد اسکرام جت کافی است. از این رو ISRO از موتور اسکرام جت در مرحله دوم در طول تست پرواز استفاده کرد و با استفاده از این تکنیک در غلبه بر ایراد برتری داشت.تصویر
برخی از چالش‌های دیگر فناوری که توسط ISRO در طول توسعه موتور اسکرام‌جت انجام می‌شود عبارتند از طراحی و توسعه ورودی هوای موتور Hypersonic، احتراق مافوق صوت، توسعه مواد مقاوم در برابر دمای بسیار بالا، ابزارهای محاسباتی برای شبیه‌سازی جریان مافوق صوت، اطمینان از عملکرد و عملکرد موتور در طیف گسترده ای از سرعت های پرواز، مدیریت حرارتی مناسب و آزمایش زمینی موتورها.
اهمیت داشتن این فناوری
کارایی وسیله نقلیه پرتاب به این بستگی دارد که چقدر وزن می تواند با مقدار خاصی از سوخت حمل کند. در حال حاضر، راکت‌های هندی مقدار زیادی اکسیژن (تقریباً 200 تن) حمل می‌کنند که تقریباً 85 درصد جرم موشک را تشکیل می‌دهد و در طول فاز پرواز اتمسفر موشک می‌سوزد. استفاده از Scramjet به کاهش وزن وسیله نقلیه پرتاب و افزایش سرعت کمک می کند. این به هند کمک می کند تا با بودجه فضایی محدود کارهای بیشتری انجام دهد.
کسب و کار پرتاب ماهواره در حال افزایش است و شرکت Antrix (شاخه تجاری ISRO) ماهواره ها را با هزینه کمتری در مقایسه با سایر بازیگران پرتاب می کند. این را می توان با استفاده از Scramjet Engine که به حداقل رساندن هزینه کمک می کند، بیشتر کرد.
از موتور اسکرام جت می توان برای تقویت وسیله نقلیه پرتاب قابل استفاده مجدد ISRO (RLV) استفاده کرد.
آواتار (برگرفته از "خودروی هوازی برای حمل و نقل هوافضای مافوق صوت فرا اتمسفر") پلت فرم وسیله نقلیه پرتاب قابل استفاده مجدد ISRO است که می تواند مانند هواپیماهای معمولی پرتاب های ماهواره ای را انجام دهد، به صورت عمودی برمی خیزد و بر روی باند فرود می آید. برای استفاده از رام جت و اسکرام جت برای رانش طراحی شده است. هر یک از این موتورها در مراحل مختلف پرواز که در آن اسکرام جت ها در سرعت های مافوق صوت استفاده می شوند، استفاده خواهند شد.
به طور خلاصه، توسعه موتورهای Scramjet نقطه عطف مهمی در تلاش ISRO به سمت سیستم های حمل و نقل فضایی آینده است. پیشرانه تنفس هوا راه حلی برای یک پرواز کروز برگشت طولانی است که برای وسایل نقلیه پرتاب قابل استفاده مجدد ضروری است. علاوه بر این، DRDO روی توسعه موشک کروز Brahmos II بر اساس همان فناوری اسکرام جت کار کرده است. این امر مستلزم توسعه سریعتر فناوری های رم جت یا اسکرام جت است که به هند در اجرای ماموریت های فضایی پیشرفته در آینده کمک می کند.$
hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth semester of aerospace engineering
smile072 smile072 رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضاتصویر
تصویر

ارسال پست