نیروی پیشران هواپیما

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
abdossamad2003

عضویت : پنج‌شنبه ۱۳۹۷/۹/۱ - ۲۰:۰۸


پست: 17

سپاس: 4

نیروی پیشران هواپیما

پست توسط abdossamad2003 »

با سلام
می خواستم بدونم نیروی پیشران یک هواپیمای مسافربری چیست آیا شبیه جت است یعنی با خروج جرم (گاز) نیروی پیشران ایجاد می شود یا از طریق سیستم کم فشار و پرفشار مانند ملخ است؟ منظورم نیروی پیشران جلو برنده است نه بالا برنده

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesamiرهام حسامی

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1475

سپاس: 3154

جنسیت:

تماس:

Re: نیروی پیشران هواپیما

پست توسط rohamjpl »

در تمام هواپیماها پس از کشیده شدن هوا به داخل موتور وارد کمپرسور (متراکم کننده) شده و حجم آن کاهش و فشارش افزایش می‌یابد.
هوا پس از خروج از کمپرسور وارد محفظه احتراق (Combustion Chamber) می‌شود، در اینجا هوای فشرده شده با سوخت مخلوط شده و احتراق صورت می‌گیرد.
پس از آن هوا وارد بخش توربین شده و پس از عبور از این بخش از نازل خروجی موتور خارج می‌شود.
بر اساس قانون سوم نیوتون (عمل و عکس‌العمل) چون موتور به ذرات هوا نیرو وارد می‌کند پس ذرات هوا هم به موتور نیرو وارد کرده و به طبع هواپیما به جلو حرکت می‌کند.ه 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.
موتورهای جت بر عكس موتورهای پیستونی كه در آنها نیروی محركه از طریق یک پیستون كه در یك سیلندر بالا و پایین می شود،تأمین می شود، با چرخش مداوم یك توربین و كمپرسور نیروی محركه را تأمین می كنند. در نتیجه بازده بالاتر و صدای كمتری نسبت به موتورهای پیستونی تولید می كنند. موتورهای جت از سه قسمت اصلی تشكیل شده اند كه عبارتند از كمپرسور،‌ محفظه ی احتراق و توربین .توربین در قسمت انتهایی موتور قرار دارد و نیروی محركه كمپرسور را تأمین و از طریق یك یا چند میله(Shaft) به كمپرسور می رساند. معرفی انواع موتور نصب شده بر روی هواگرد ها و راندمان و سیکل کاری آنها و معرفی قطعات و قسمت های مختلف آن :
در کل موتور های نصب شده بر روی هواگرد ها به دو دسته تقسیم میشوند پیستونی و توربین گازی : موتور های پیستونی که در در پی احتراق درون سیلندر و حرکت پیستون و انتقال نیروی مکانیکی حاصل از حرکت پیستون به پره ها و ایجاد نیروی تراست این نوع موتور ها نسبت به توربین گازی پیچیدگی کمتر و قیمت ارزان تر دارند
موتور های توربین گازی نوع دیگری از موتور های نصب شده بر روی هواگرد ها میباشد که معروف ترین آنها موتور توربوجت است در موتور های توربوجت زمانی که سیال هوا از ورودی موتور وارد کمپرسور میشوند خود ورودی هوا به دو نوع مختلف تقسیم میشوند :همگرا و واگرا در کانال های همگرا مجرا اول بزرگ بوده و سپس کوچک میشود بر اساس قانون برنولی که فشار و سرعت رابطه عکس دارند در ورودی های همگرا سرعت افزایش و فشار کاهش می یابد عموما این نوع ورودی ها در هواپیما های فراصوت استفاده میشوند . نوع دیگر ورودی های هوا واگرا میباشد که بر عکس همگرا میباشد در این نوع ورودی ها مجرای اول کوچک بوده و در انتهای ورودی بزرگ است در این نوع ورودی ها سرعت سیال هوا کاهش یافته و فشار آن زیاد میشود این نوع ورودی هوا در هواپیما های مادون صوت استفاده میشود
بعد از وارد شدن سیال هوا به کمپرسور کار کمپرسور افزایش فشار هوا است گاهی اوقات هوا در کمپرسور فشارش ۴۰ برابر میشود تا برای اتاقک احتراق مناسب تر باشد بعد از کمپرسور سیال فشرده شده ی هوا وارد اتاقک احتراق میشود که در اینجا با سوخت مخلوط شده و احتراق صورت میگیرد و بعد از این فر آیند سیال هوا وارد توربین شده و توربین وظیفه اش این است که نیروی حرارتی سیال هوا را به نیروی مکانیکی تبدیل کرده و با استفاده از یک شفت این نیروی مکانیکی را به کمپرسور منتقل کرده و کمپرسور را بچرخاند بعد از اینکه سیال هوا از توربین عبور کرد به Jet pipe یا اصطلاحا اگزوز میرسد که این jet pipe در اصل یک کانال واگرا میباشد و در نهایت سیال هوا با خروج از اگزوز و عبور از خروجی و نازل و بر اساس قانون سوم نیوتن که هر عملی عکس عملی برابر آن و در خلاف جهت آن دارد باعث ایجاد نیروی تراست ورانش میشود
نوع دیگر موتور های توربوفن میباشند که هسته این موتور ها همان موتور توربوجت میباشد ولی دو by pass (کانال جریان) هوا ازکناره های موتور به آن اضافه شده که با استفاده از آن جریان هوا با جریان داغ خروجی مخلوط میشود موتور های توربوفن دارای یه فن در جلوی کمپرسور میباشند این نوع موتور ها دارای راندمان بیشتری نسبت به توربوجت میباشند
نوع دیگر موتور های توربو پراپ هستند این نوع موتور در اصل همان توربوفن است ولی به جای فن درون موتور دارای ملخ خارج از موتور میباشند در این نوع موتور ها ۹۰ در صد رانش توسط ملخ ها و ۱۰ درصد باقی توسط گاز های خروجی تامین میشود
نوع دیگر موتور های توربوشفت هستند که این موتور ها بر روی هلیکوپتر ها استفاده میشوند این نوع موتور ها تمامی نیروی مکانیکی تولید شده توسط توربین تماما توسط گیر بکس به شفت انتقال یافته تمام نیروی رانش توسط ملخ تامین میشود
نوع دیگر موتور ها رمجت میباشد موتور های رمجت فاقد کمپرسور و تور بین میباشند و از هیچ قطعه چرخانی بهره نمیبرند این موتور ها از حالت سکون قابل استفاده نیستند و معمولا به عنوان موتور دوم استفاده میشوند و در سرعت بالای دو ماخ کارایی بهتری نسبت به توربوجت دارند و ورودی هوای این موتور ها واگرا است برای اینکه سرعت سیال هوا کاهش یافته و فشارش افزایش یابد تا برای اتاقک احتراق مناسب باشد
اسکرم جت به نوع دیگری از موتور های رمجت میگوبند که دارای سرعت بیشتری نسبت به رمجت هستند این موتور در پهباد X-43 استفاده شده
پالس جت نوع دیگری از رمجت است که قابلیت استفاده در حالت سکون را داراست پالس جت در ورودی دارای یک شیر شاتل است که با یک فنر در حالت باز قرار دارد زمانی که احتراق صورت میگیرد فشار بالا رفته و دریچه شیر بسته میشود گاز سیال که چاره ای جز خارج شدن از خروجی ندارد خارج میشود و سپس فشار افت کرده و دوباره دریچه باز میشود و این فرآیند همین طور ادامه دارد در موشک کروز V1 از این موتور استفاده شده
نوع دیگر موتور توربورمجت است که در این نوع موتور در اصل یک توربوجت بوده که یک رمجت بر روی آن سوار است یعنی تا سرعت حدود ۲ ماخ بصورت توربوجت کار کردخ و از آن سرعت به بالا تغییر کاربری داده و به رمجت تبدیل میشود مثلا موتور J-58 متعلق به SR-71 تا سرعت ۲ ماخ بصورت توربوجت کار کرده و از آن به بعد به صورت رمجت کار میکند یعنی با شش لوله کنار گذر مستقیم سیال را به اتاقک احتراق میبرد
نوع دیگر موتور توربو راکتی است که این نوع در اصل چیزی بین موتور توربوجت و موتور راکتی است در این موتور در اتاقک احتراق اکسیدکننده و سوخت واکنش نشان د اده و بعد از عبور از توربین با هوای کمپرسور مخلوط شده و سوخت به آن اضافه میشود و احتراق دوم(پس سوز) صورت میگیرد این موتور برای سرعت های بسیار بالا استفاده میشود
پراپ فن: پراپ فن در اصل موتور توبین گازی است که از لحاظ رانش چیزی بین توربوپراپ و توربوفن است تعداد تیغه های فن زیاد و مقاطع تیغه ها و شکل ظاهری آنها طوری است که در دور های بالا میتوانند امواج صوتی حاصل از سرعت بالای فن و تیغه ها بدون آنکه افت راندمان و لرزشی داشته باشندتحمل نمایند فن پراپ ها دارای دولایه ملخ هستند که برای خنثی کردن گشتاور بر خلاف جهت یکدیگر میچرخند.
در حقیقت، تمام موتورهای جت که توربین دارند، نوع پیشرفته تری از همان موتورهای توریبن گازی هستند که در زمانهای دورتر استفاده می شده است. از موتورهای توربین گازی بیشتر برای تولید برق نه تولید نیروی رانش استفاده می شود. 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.
.I hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260 رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا
تصویر

abdossamad2003

عضویت : پنج‌شنبه ۱۳۹۷/۹/۱ - ۲۰:۰۸


پست: 17

سپاس: 4

Re: نیروی پیشران هواپیما

پست توسط abdossamad2003 »

با تشکر
به طور خلاصه یک هواپیمای مسافربری مانند بوئینگ را مثال می زنم نیروی پیشران آن توسط مکش هوا (گرادیان فشار) است یا از طریق خروج گازها (مانند موشک) است؟

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesamiرهام حسامی

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1475

سپاس: 3154

جنسیت:

تماس:

Re: نیروی پیشران هواپیما

پست توسط rohamjpl »

نیروی محرکه جت توسط برخی موتورهای واکنشی که نیروی رانش توسط یک جت سیال سریع در حال حرکت مطابق با قوانین حرکت نیوتن ایجاد می شود. زمانی که عدد رینولدز زیاد باشد بسیار مؤثر است - یعنی جسمی که رانده می شود نسبتاً بزرگ است و از یک محیط با ویسکوزیته پایین عبور می کند.پیشرانه ماشینی است که نیروی رانش تولید می کند تا یک جسم را به جلو براند. در هواپیما، رانش معمولاً از طریق برخی اعمال قانون سوم کنش و واکنش نیوتن ایجاد می شود. یک گاز یا سیال عامل توسط موتور شتاب می گیرد و واکنش به این شتاب باعث ایجاد نیرویی بر موتور می شود.اصل کار موتور موشک به سه جزء اصلی تقسیم می شود و با نوع پیشران مورد استفاده کمی متفاوت است. اول احتراق یا گرمایش پیشرانه است که گاز خروجی را تولید می کند. سپس از یک نازل پیشران مافوق صوت عبور می‌کند که با استفاده از انرژی گرمایی خود گاز به شتاب دادن گاز خروجی به سرعت‌های بالا کمک می‌کند. سپس موتور در جهت مخالف، به عنوان واکنش به جریان اگزوز هل داده می شود.موتور جت از قطعات زیادی مانند فن، کمپرسور، محفظه احتراق، توربین، میکسر و نازل تشکیل شده است. موتور هوا را مکیده و در کمپرسور فشرده می کند. سپس هوای فشرده و گرم شده به محفظه احتراق فرستاده می شود و با سوخت مخلوط می شود و می سوزد. اگزوز به توربین فرستاده می شود تا نیروی رانش برای به حرکت درآوردن موتور ایجاد شود.تفاوت اصلی بین این دو نوع موتور این است که یک موشک اکسیژن مورد نیاز خود را برای احتراق حمل می کند. یک موتور جت برای احتراق به اکسیژن جو نیاز دارد و بنابراین نمی تواند در خلاء فضا کار کند.هم موتور جت و هم موتور موشک با بیرون راندن گازهای داغ مخالف جهت شتاب مورد نظر عمل می کنند. قانون سوم حرکت نیوتن می گوید که عمل گازهای داغ واکنشی را در جهت مخالف بر روی وسیله نقلیه موتور جت یا موشک ایجاد می کند. تکانه وارد شده به گازها دقیقاً مخالف حرکتی است که به وسیله نقلیه داده می شود.
تفاوت اصلی بین این دو نوع موتور این است که یک موشک اکسیژن مورد نیاز خود را برای احتراق حمل می کند. یک موتور جت برای احتراق به اکسیژن جو نیاز دارد و بنابراین نمی تواند در خلاء فضا کار کند.به شباهت‌های این دو اشاره کنم: هر دو سوخت می‌سوزانند و هر دو این توده سوخت را بیرون می‌کشند تا شتاب بگیرند.
موتور جت موتور جت به این صورت عمل می کند: هوا را از جلوی موتور می مکد. این هوا با سوخت داخل موتور سوزانده می شود. توده بزرگ گاز حاصل با سرعت زیاد به سمت عقب پرتاب می شود که هم هواپیما را به جلو می راند و هم هوای بیشتری به موتور مکیده می شود. در پرواز معمولی از موتورها برای به جلو راندن هواپیما استفاده می شود. "بالا بردن" واقعی از طریق بال ها با استفاده از جریان قوی باد به دست می آید. (این که چگونه بال ها هواپیما را بلند می کنند کمی بحث برانگیز است، سمت "برنولی" و سمت "نیوتن" وجود دارد ... اما این بحث دیگه هست که من تو هوپا توضیح دادم میتونید براحتی نگاه کنید
در مقابل، موشک هم سوخت (که ممکن است جامد یا مایع باشد) و هم اکسیژن را حمل می کند. بنابراین هوا را از جلو مکش نمی کند. تنها کاری که انجام می دهد این است که سوخت را با اکسیژن می سوزاند و آن را با سرعت های بسیار بالا به عقب بیرون می کند. از این تکانه هم برای بلند کردن و هم برای به جلو راندن موشک استفاده می شود. هیچ بال برای بالا بردن وجود ندارد. هر بال برای اهداف فرمان است.
چگونه فشار در توربین محوری موتور جت به سرعت تبدیل می شود؟همانطور که هوای عبوری از موتور با سوزاندن سوخت در محفظه های احتراق گرم می شود، حجم آن به شدت افزایش می یابد. برای حفظ تداوم جریان جرم، آن گازهای داغ باید به سرعتی بیشتر از سرعت هوای ورودی به موتور شتاب بگیرند. بنابراین تمام بسته‌های گازی که در موتور جریان می‌یابند، تغییری در تکانه‌شان تجربه می‌کنند که نیاز به اعمال نیرو دارد و نیروی واکنشی که به موتور اعمال می‌شود، رانش آن است.
برای به حرکت درآوردن کمپرسور در سمت ورودی موتور، یک توربین در لوله اگزوز موتور در پشت محفظه های احتراق تعبیه شده است. مرحله اول توربین مقدار کمی انرژی از جریان عبوری از خود استخراج می کند که باعث کند شدن جریان می شود. مجدداً، برای حفظ تداوم جریان جرمی، مرحله بعدی توربین باید قطر کمی بزرگتر و پره های بزرگتر داشته باشد و نیروی کمی بیشتر از جریان (کمی کندتر) استخراج کند.
این بدان معناست که وقتی گاز داغ در تمام مراحل متوالی توربین جریان می یابد، سطح مقطع گلوگاه توربین باید به تدریج در هر مرحله بزرگتر شود، که باعث می شود بخش توربین موتور مانند یک نازل واگرا به نظر برسد.موتور جت به طور کلی یک نازل همگرا است: قطر ورودی بسیار بیشتر از قطر خروجی است. هوا با عبور از آن فشرده می شود و اختلاف فشار بین ورودی و خروجی هواپیما را به جلو می راند.
بیشتر هوا که وارد یک موتور جت مدرن می‌شود، فقط کمی توسط فن بزرگ چرخان فشرده می‌شود که از جلوی موتور قابل مشاهده است. از این هوا برای راندن هواپیما به جلو استفاده می شود. حتی می توانید این فن را مانند یک پروانه بزرگ در نظر بگیرید. تنها بخشی از هوای ورودی در یک سری مراحل اضافی کمپرسور بیشتر فشرده می شود و سپس از طریق محفظه احتراق هدایت می شود. هوای گرم متراکم خروجی از محفظه احتراق سپس در توربین از حالت فشرده خارج می شود، به طوری که بیشتر انرژی مکانیکی به توربین منتقل می شود. از توربین، انرژی به کمپرسور می رود و سپس هواپیما را به جلو می راند.
چرا این رویه غیر مستقیم؟ خوب، استفاده مستقیم از گاز داغ برای به حرکت درآوردن هواپیما منجر به یک سیستم ناکارآمد با اختلاف فشار بالا بین ورودی و خروجی می شود.در این اسلاید نشان می‌دهیم که چگونه فشار جریان در یک موتور توربوجت معمولی تغییر می‌کند. فشار رنگی با رنگ آبی نشان دهنده کمترین فشار و سفید بالاترین فشار است. هوا از طریق ورودی سمت چپ نقشه کامپیوتر به توربوجت وارد می شود. در پشت ورودی، هوا وارد کمپرسور می شود. کمپرسور مانند بسیاری از ردیف‌های ایرفویل عمل می‌کند و هر ردیف افزایش کمی در فشار ایجاد می‌کند. در خروجی کمپرسور فشار هوا بسیار بیشتر از جریان آزاد است. در مشعل مقدار کمی سوخت با هوا ترکیب شده و با فشار تقریبا ثابت مشتعل می شود. با خروج از مشعل، اگزوز داغ از داخل توربین عبور می کند. انرژی برای چرخاندن کمپرسور توسط توربین از جریان استخراج می شود که توسط یک شفت مرکزی به توربین متصل می شود. در طی این فرآیند مقداری فشار در اگزوز داغ از دست می‌رود، اما فشار وارد شده به نازل همچنان بیشتر از جریان آزاد است. سپس نازل فشار و دمای بالا را به سرعت بالا تبدیل می کند. از آنجایی که سرعت خروجی بیشتر از سرعت جریان آزاد است، رانش همانطور که توسط معادله رانش توضیح داده شده ایجاد می شود.
نسبت فشار موتور (EPR) نسبت فشار کل موتور جت است که به صورت نسبت فشار کل در خروجی نازل پیشران تقسیم بر فشار کل در ورودی کمپرسور اندازه‌گیری می‌شود.
$EPR = pt8 / pt2 = (pt3 / pt2) * (pt4 / pt3) * (pt5 / pt4) * (pt8 / pt5)$
EPR = نسبت فشار کمپرسور * نسبت فشار مشعل * نسبت فشار توربین * نسبت فشار نازل
برای طراحی موتور معین، می‌توانیم نسبت فشار هر جزء را همانطور که روی هر یک از اجزا داده شده است، تعیین کنیم تراست $Fn= \displaystyle \oint V_x\rho\vec V\cdot\vec n \ dA + \displaystyle \oint(P-P_{\infty})\vec n_x \ dA - \displaystyle \oint \vec \tau_x \ dA$در این اسلاید نشان می‌دهیم که چگونه فشار جریان در یک موتور توربوجت معمولی تغییر می‌کند. فشار رنگی با رنگ آبی نشان دهنده کمترین فشار و سفید بالاترین فشار است. هوا از طریق ورودی سمت چپ نقشه کامپیوتر به توربوجت وارد می شود. در پشت ورودی، هوا وارد کمپرسور می شود. کمپرسور مانند بسیاری از ردیف‌های ایرفویل عمل می‌کند و هر ردیف افزایش کمی در فشار ایجاد می‌کند. در خروجی کمپرسور فشار هوا بسیار بیشتر از جریان آزاد است. در مشعل مقدار کمی سوخت با هوا ترکیب شده و با فشار تقریبا ثابت مشتعل می شود. با خروج از مشعل، اگزوز داغ از داخل توربین عبور می کند. انرژی برای چرخاندن کمپرسور توسط توربین از جریان استخراج می شود که توسط یک شفت مرکزی به توربین متصل می شود. در طی این فرآیند مقداری فشار در اگزوز داغ از دست می‌رود، اما فشار وارد شده به نازل همچنان بیشتر از جریان آزاد است. سپس نازل فشار و دمای بالا را به سرعت بالا تبدیل می کند. از آنجایی که سرعت خروجی بیشتر از سرعت جریان آزاد است، رانش همانطور که توسط معادله رانش توضیح داده شده ایجاد می شود.تصویر
نسبت فشار موتور (EPR) به عنوان نسبت فشار کل موتور تعریف می شود. با استفاده از سیستم شماره گذاری ایستگاه ما، EPR نسبت فشار کل نازل (pt8) به فشار کل سطح کمپرسور (pt2) است. EPR را می توان به راحتی روی یک موتور در حال کار اندازه گیری کرد و روی صفحه کابین خلبان به خلبان نمایش داد. به همین دلیل است که نسبت از نظر شرایط جریان آزاد تعریف نشده است. (تلفات کل فشار در ورودی در EPR وجود ندارد.) اما اگر EPR، تلفات ورودی و نسبت دمای موتور (ETR) مربوطه را بدانیم، به راحتی می‌توانیم نیروی رانش موتور را با استفاده از اطلاعات عملکرد نازل تعیین کنیم. و معادله رانش EPR به سادگی حاصل نسبت فشار در تمام اجزای موتور است.
بیشترین فشار در موتور موشک کجاست؟
در یک موتور موشک در حال کار، افت فشار در امتداد محور محفظه احتراق وجود دارد، افتی که از نظر فیزیکی برای تسریع جریان جرم فزاینده محصولات احتراق به سمت نازل ضروری است. فشار استاتیک در جایی که جریان گاز صفر است، یعنی در جلوی موتور، بیشترین فشار را دارد.
و گرادیان فشار هم گرادیان فشار چیست؟ واحد گرادیان فشار چیست
یک روش ساده برای فکر کردن روی شیب های فشار $\vec{\nabla} P$pressure P این است که به نیرو در واحد حجم فکر کنید. از لحاظ ابعادی یکسان هستند [$N m^{-3}$. دلیل اینکه شما در مکانیک سیالات با آن روبرو هستید ، مطالعه پویایی موضعی سیال مانند معادله اولر یا به طور کلی معادله ناویر استوکس است. یک گرادیان فشار به شما می گوید (به معادله اولر نگاه کنید) مشتق جهت سرعت مایع یا نحوه حرکت یک عنصر سیال از فشار بالاتر به فشار پایین - این قانون نیوتن برای مایعات است. اختلاف فشار دقیقاً یکسان با شیب فشار نیست اما آنها با هم مرتبط هستند. یک تغییر فشار اساسی در امتداد یک عنصر خط بی نهایت کوچک $\vec{dl}$ است
$dP = \vec{\nabla}P \cdot \vec{dl}$یعنی $\vec{\nabla}P = \frac{\partial{p}}{\partial{x}}\hat{x} + \frac{\partial{p}}{\partial{y}}\hat{y} + \frac{\partial{p}}{\partial{z}}\hat{z}$این واحد $Pascal/m$ را دارد ، یعنی اگر 1 متر در جهت شیب فشار حرکت کنید ، فشار با${\nabla}P$ افزایش می یابد.فشار معمولاً در واحدهایی بنام Pascal اندازه گیری می شود (سایر نقاط تور ، جو اتمسفر یا mmHg یا psi یا N / m2 و غیره). گرادیان فشار به سادگی به معنای میزان تغییر فشار از طریق یک منطقه معین است. فشار دیفرانسیل تفاوت فشارهای اعمال شده در دو نقطه است و در psi یا Newton / m اندازه گیری می شود.
شما می توانید شیب فشار را به عنوان "جریان محرک نیرو" در نظر بگیرید$F = ΔP / R$شیب فشار فقط مربوط به مایعات نیست .
و به وضوح گرادیان فشار دارای واحدهای Pa / m خواهد بود (توجه داشته باشید این در یک بعد است و در این حالت ما از Pascal استفاده می کنیم) که فقط فشار نیست.قانون و شیب فشار پاسکال.قانون پاسکال به طور خاص به فشار هیدرواستاتیک اشاره دارد ، یعنی فشار در یک نقطه از مایع ، ناشی از وزن ستون مایع بالای آن نقطه.فرض کنید فشار اتمسفر $p_0$ باشد ، تراکم سیال ρ و عمق نقطه (فاصله از سطح سیال) h باشد ، وزن W ستون برابر است:$W=\rho g hA,$
با A مقطع ستون. از آنجا که فشار به عنوان نیرو در واحد سطح مشخص می شود ، بنابراین:$p=p_0+\frac{W}{A}=p_0+\rho gh$
بنابراین قانون پاسکال می گوید که در یک سیال ایستا ، فشار فقط به فشار بالای سیال $p_0$ و عمق بستگی دارداستخراج فرمول برای گرادیان فشار یک جریان مایع را از طریق یک نمونه هسته متمایل به طول Δl در نظر بگیرید ، با یک سرعت جریان ثابت ، q ، در یک اختلاف فشار Δp حفظ می شود. جریان را با یک زاویه θ بالاتر از افقی می توان با نسخه زیر معادله دارسی توصیف کرد:$q = -A\frac{k}{\mu}\frac{d(p + \rho g z)}{dl}$جایی که z ارتفاع در میدان گرانش است. از آنجا که $z = l \sin \theta$ ، با l به عنوان جهت جریان ، معادله ای که برای گرادیان فشار نوشته شده است ، می شود:$\frac{dp}{dl} = - \left(\frac{q \mu}{Ak} + \rho g \sin \theta\right)$و$q = -A\frac{k}{\mu}\frac{d(p + \rho g z)}{dl}$در نهایت $\frac{d(p+\rho g l \sin \theta)}{dl} = \frac{dp}{dl}+\frac{d\rho g l \sin\theta}{dl} = \frac{dp}{dl} + \rho g \sin \theta \frac{dl}{dl}.$
این اصطلاح گرادیان فشار بر روی کل حجم است که به یک انتگرال سطح تبدیل شده و از قضیه گاوس استفاده می شود.$\frac{\text{d}\boldsymbol{u}}{\text{d} t} =
\frac{\partial\boldsymbol{u}}{\partial t} + \boldsymbol{u}\cdot\boldsymbol{\nabla}\boldsymbol{u} = -\frac{1}{\rho} \boldsymbol{\nabla}p + \boldsymbol{f}_{\text{body}}.$
منشأ شیب فشار در انتگرال ناویر-استوکس$\frac{\partial}{\partial t}\int_V\rho\mathbf u\,dV=-\oint_S\left(\rho\mathbf u\cdot d\mathbf{S}\right)\mathbf{u}-\oint_Sp\,d\mathbf{S}+\int_V\rho\mathbf{f}_{body}\,dV+\mathbf{F}_{surf}$تحت فرضیه های مکانیک پیوستار ، می توان هر زیر دامنه V از پیوستار را جدا کرد و به طور کلی فرض می کند که تحت تأثیر
یک میدان از نیروهای سطح در واحد سطح (کشش ها) ، نشان داده شده $\mathbf{t}$ ، که یک میدان سطحی است که در مرز خود تعریف شده است ویک رشته از نیروهای سیال (در واحد حجم) در قسمت داخلی آن مشخص شده است.بنابراین ، می توان فرض کرد که حفظ حرکت خطی برای سیال اعمال می شود (قانون دوم نیوتن را تعمیم می دهد $\frac{\mathrm{d} \mathbf{P}}{\mathrm{d} t} = \mathbf{F}_{\text{body}} + \mathbf{F}_{\text{surface}} \tag{roham}$که در آن حرکت کلی خطی در V به صورت تعریف شده است$\mathbf{P} = \int_V { \rho \mathbf{u} \, \mathrm{d}V}$و جایی که می توان کل نیروهای سطح و Fluidرا محاسبه کرد$\mathbf{F}_{\text{body}} = \int_V { \mathbf{f}_{\text{body}} \, \mathrm{d}V}, \quad \mathbf{F}_{\text{surface}} = \oint_S { \mathbf{t} \, \mathrm{d}S}$
توجه کنید تفاوت فشار مکانیکی و ترمودینامیکی چیست؟این امر درمورد قانون ایده آل گاز $p = \rho RT$ به چه معناست؟ آیا می توان از آن برای حرکت جریان استفاده کرد؟ فشار معادله به چه چیزی اشاره دارد. مکانیکی یا ترمودینامیکی؟ در یک جریان معین می توانیم فشار را در هر نقطه اندازه گیری کنیم ، مثلاً با استفاده از یک لوله پیتوته به حالت رکود و فشار استاتیک برسیم. سوال من این است که ، آیا فشار استاتیکی که اندازه گیری می کنیم (که طبق تعریف مقدار $F/A$ (نیرو / سطح) است متفاوت از فشار ترمودینامیکی است؟ فشار در $P = \rho RT$ باید به فشار ترمودینامیکی اشاره داشته باشدجریان های فشرده از معادله گاز ایده آل برای ایجاد ارتباط بین متغیرهای غیرقابل تراکم $p, \mathbf{V}$ و مجموعه کامل متغیرهای قابل فشردن استفاده می کنند $p, \mathbf{V}, \rho, T$. بنابراین به نظر می رسد این دو فشار برابر هستند؟در ترمودینامیک ، فشار به روشهای مختلفی تعریف می شود.$dU = TdS - PdV + \mu dN$جایی که U انرژی است ، T دما است ، S آنتروپی است ، P فشار است ، V حجم است ، μ پتانسیل شیمیایی است و N تعداد ذرات است) می توانیم فشار را ببینیم:$P = -\left( \dfrac{dU}{dV} \right)_{\text{constant } S,N} = T \left( \dfrac{dS}{dV} \right)_{\text{constant } U,N} = \mu \left( \dfrac{dN}{dV} \right)_{\text{constant } S,U}.$
با این حال ، اگر از انرژی آزاد هلمهولتز استفاده کنیم ، هویت بیشتری برای فشار وجود دارد (به همان روش مشتق شده است):$F = U - TS \to dF = -S dT - PdV + \mu dN.$در مکانیک $P = FA ،$این تفاوت به این واقعیت مربوط می شود که وقتی تنش طبیعی روی هر یک از عناصر سیال دیفرانسیل را با استفاده از قانون سازنده نیوتنی جمع می کنید ، چیزی متفاوت از فشار ترمودینامیکی به دست می آورید بنابراین قانون اساسی برای یک مایع (یا هر پیوستار) همان چیزی است که تنش را به فشار متصل می کند. برای سیال نیوتنی ، $\tau_{ij} = -p\delta_{ij}+\mu(u_{i,j}+u_{j,i}) + \delta_{ij}\lambda u_{k,k}$جایی که μ ویسکوزیته دینامیکی است و λ ویسکوزیته انبوه است$\tau_{ii}=-3(p-u_{i,i}(\frac{2}{3}\mu+\lambda))$یعنی $p_{mech} = p_{therm}-u_{i,i}(\frac{2}{3}\mu+\lambda)$استوکس $\frac{2}{3}\mu+\lambda=0$حال$p = \dfrac {F}{A} = \dfrac {F x}{A x} = \dfrac {Work}{Volume} = \dfrac{Energy}{Volume}.$خوب بررسی معادله برنولی در مورد این واقعیت است که این فقط برای مایعات غیرقابل فشرده معتبر است به شرح زیر$\dfrac{p(static)}{\gamma} + \dfrac{1}{2} \rho v^2 (dynamic~pressure) + Z (related ~to ~hydrostatic ~pressure) = Cte,$و$\gamma = \rho g$فشار استاتیک: فشار در هر نقطه از یک مایع (فشار پذیر یا غیر قابل فشردن)فشار هیدرواستاتیک: فشار در هر نقطه از یک سیال غیر متحرک (ایستا)> غیر قابل تراکم است. به عنوان مثال ، در یک مایع باروتروپیک ، فشار استاتیک و فشار هیدرواستاتیک یکسان هستند.فشار پیزومتریک (سر) یا هیدرولیک:$h= Z + \dfrac{p(static)}{\gamma}$برای مایعات غیرقابل انعطاف.فشار رکود: فشاری که مایعات هنگام اجبار به توقف حرکت اعمال می کند:$p_0 = p (static pressure) + \dfrac{1}{2} \rho v^2 (dynamic~ pressure)$و$p(mech) = p (static) + \dfrac{1}{2} \rho v^2$فشار ترمودینامیکی: تعریف این فشار بستگی به غیر قابل فشردگی جریان (فاقد واگرایی) یا فشرده شدن دارد.$p(mech) = p(thermo)$
قابل فشردن$p(mech) = p(thermo) + \nabla \cdot v * A,$که در آن A اصطلاحی مربوط به خواص مواد جریان مانند مدول حجیم و برشی است.I hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260 رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا
تصویر

ارسال پست