انواع موتور های جت و طبقه بندی آن ها بر اساس نوع تکنولوژی

امروزه از لحاظ فنی موتورهای جت را بصورت کلی به دو دسته "موتور های غیر تنفسی" و "موتور های تنفسی" تقسیم می نمایند که هر کدام از این دو نیز به چند زیر مجموعه دیگر مشتق می شوند. 

 

موتور های جت

 

موتور های غیر تنفسی یا (None - Air Breathing Engines): 

به دسته ای از موتور های جت اطلاق می شود که در آن ها عمل مکش هوا از میحط پیرامون وجود ندارد، در واقع این موتور ها هوای مورد نیاز خود را درون محفظه هایی متصل به خود حمل می کنند (به تعبیری دیگر ایزوله هستند). نا گفته پیداست که محل استفاده این نوع در راکت ها (یا موشک ها) و یا به تعبیر کلی پرتابه های منحنی زن (بالستیک) و نیز برخی از موشک های تاکتیکی، محدود می شود. اما این گونه موتور ها هم خود به دو دسته سوخت جامد و سوخت مایع تقسیم می کنند که به دلیل تمرکز روی بحث اصلی از ارائه توضیح در این باره صرف نظر می کنیم. لازم به ذکر است که این موتور ها ، یکبار مصرف هستند. بسیاری از موتورسازان و دانشمندان سراسر جهان بر این باورند که ریشه این موتور ها را می توان در سال های دور و در کشور چین یافت، زمانی که قبایل و طوایف چینی به منظور مقابله با مغول ها با هم متحد شده و ابزاری را به منظور ایجاد نور در شب برای دفع شبیخون های مغولان ابداع کردند.

 

موتور های جت

 

موتور های تنفسی یا (Air Breathing Engines):

موتورهای تنفسی همان هایی هستند که در نیروگاه های سراسر جهان به منظور تولید و تامین انرژی الکتریکی به فعالیت مشغول اند در این موتورها فاکتور بسیار مهم بقاپذیری و چند بار مصرف بودن عنوان شده است که البته این بدان معنا نیست که سایر خصایص همانند پیوستگی دوران، میزان مصرف سوخت و آلودگی، توان و میزان بازدهی انرژی الکتریکی در آن ها بی اهمیت باشد... در رابطه با چگونگی خطور ایده ساخت این دسته از موتور ها به ذهن بشریت گفته می شود که مبنای آن توربین های بادی با به تعبیری آرمیچر (دینام) های بادی (همان آسیاب های بادی که در فیلم ها دیده ایم) بوده است.

یک موتور جت تنفسی

این دسته بصورت کلی به سه زیر دسته دیگر تقسیم می شود:

 موتور های جت پیستونی 

جت خالص 

جت توربینی 

موتور های جت

 

موتور های جت پیستونی یا (Piston Engines):

 در این موتور ها که ساختاری شبیه به موتور اتومبیل هم دارند با نصب یک یا چند پیستون در محفظه احتراق و پس از آن ، اتصال قسمت پایینی پیستون به قسمت تاب خودره شفت (میل لنگ) در امتداد فن یا ملخ ، دوران حاصل می شود. عمده هواپیما های ج ج 2 از این نوع بهره برده اند. همچنین به نظر می رسد نمونه های نوینی از آن ها در ساخت تانک ها، ترن ها و کشتی ها بکار می رود.

موتور های جت خالص یا (Pure jet / Pulse jet):

 به نظر می رسد از زمانی که موتور بخار ابداع شد و بر روی ترن ها و کشتی ها بکار گرفته شد وجود مولد نیرویی دیگر به عنوان پیشرانه کمکی در کنار آن ضروری می نمود همین موضوع باعث شد تا بعد ها و در قرن بیستم ایده موتور های پیورجت (پالس جت) مطرح شود، در این گونه از موتور ها هیچ گونه وسیله دوران کننده ای (چرخش کننده ای) وجود ندارد در واقع یک پبور جت از چند لوله با اندازه های بزرگ به کوچک بوجود می آید که در آن لوله اول محفظه ورود هوا و ترکیب آن با سوخت در ضمن ایجاد فشار است، پس از باروری سازی هوای ورودی با روش پاشش سوخت بصورت هم جهت، سوپاپ هایی که در ابتدای لوله دوم تعبیه شده اند باز شده و ترکیب موجود را به محفظه بعدی انتقال می دهند، در این مرحله در ابتدا به دلیل افزایش فضا در محفظه گویی افت فشار رخ می دهد اما بلافاصله با ایجاد جرقه هایی توسط شمع های تعبیه شده عمل احتراق ایجاد و گاز های متراکم و داغ که فشار آنان نیز افزایش چشمگیری داشته به دنبال راه خروج به سمت لوله سوم راه خود را می یابند اما در ورودی لوله سوم به دلیل کاهش قطر این قسمت گاز ها به دنبال خروج ، فشار زیادی را پدید می آورند که همین فشار عامل ایجاد پیشرانش است. دستگاه حرکتی جانداری دریایی به نام ناتیلوس بی شباهت به ساختار پیور جت ها نیست.

 

موتور های جت

 

موتورهای رم جت یا (Ramjet Engines): 

رمجت ها در واقع پالس جت هایی(پیور جت هایی) هستند که در آن ها سعی بر آن بوده تا با اصلاح شیوه ورود جریان هوا وارد شده به موتور (عمل مکش)، هوا در طول عبور از مراحل مختلف موتور حرکتی دورانی (چرخشی) داشته باشد. به این منظور قطعه ای مثلثی / لوزی شکل با نام اینربادی در ایتدای مسیر جریان هوا بکار رفته است.

موتور های اسکرم جت یا (Scramjet Engines): 

اسکرم جت های را می توان نسل جدید تر رم جت ها بر شمرد چراکه در آن ها با بهره گیری از قطعه ایی لوزی / بیضی شکل در سراسر مسیر سعی بر آن بوده تا بر فشار و تراکم مولکول های هوا افزوده شود. 

موتور های جت توربیتی یا (Turbine jet Engines): 

در نخستین سال های دهه 30 میلادی در قرن بیستم دو مهندس یکی از آلمان به نام هانس فون اُهین و دیگری از انگلستان به نام فرانک ویتل به دنبال اصلاح ساختار پیور جت، کمپرسور محوری ابداع شده توسط استولز را در آن ترکیب و بکار گرفتند، در نتیجه تلاش و تحقیقات این دو فرد قسمت دیگری به نام "اینلت" (قسمت گرد یا حرمی که در نمای خارجی از روبرو در ابتدا موتور دیده می شود) به موتور های جت افزوده شد، هدف از ایجاد اینلت را  درهدایت بهتر جربان هوا به منظور عبور بهتر از پره های کمپرسور باید جست و جو کرد. در نهایت بدین گونه موتور های جت توربینی هم متولد و سپس در گذز زمان نمو یافتند. جت های توربینی بحدی مورد استقبال قرار گرفتند که امروزه می توان کل جت را در آن ها معنی کرد، در زیر نمونه های پر استفاده این سری را معرفی خواهیم نمود. 

 

موتور های جت

توربوجت یا (Turbojet):

همان طور که از نامش هم پیداست، بصورت عمده حاصل تلاش های اُوهین و ویتل است، در واقع تنها تفاوت موجود در توربوجت ها را نسبت به ایده دانشمندان نامبرده می توان در اصلاح محفظه احتراق (کامباستور) و نیز قرارگیری بهتر توربین محوری بعد از آن به منظور بهبود امر خروج گاز های محترق شده در کامباستور مشاهده کرد.

توبوفن یا (Turbofan):

 توربوفن ها را باید مدل اصلاح شده توبوجت ها دانست زیرا ظهور این دسته در نتیجه تلاش برای رفع عیوب مهمی از توربجت ها مانند مصرف بالای سوخت  صدای زیاد، مقاومت پایین در برابر پدیده فلم اوت و میزان بسیار بالای دمای گاز های خروجی به وقوع پیوست. به منظور رفع عیوب فوق الذکر ابتدا قبل از کمپرسور، توربین کم فشار قرار گرفته شد (با اندکی فاصله)، این عمل در واقع راهی برای افزایش میزان تراکم هوا و در نتیجه آن کاهش مصرف سوخت است. پس از مورد بالا یک فن بزرگ هم با فاصله ای مناسب قبل از توربین کم فشار تعبیه شد که بر اثر آن و به دلیل بیرون زدگی اندکی از نوک پره های فن از بدنه اصلی موتور پوسته دیگری با نام کنارگذر (بای پاس) ثانویه شبیه به دالانی خالی، با اندازه ای که بتواند فن را در ایتدای خود جای دهد روی پوسته اصلی تعبیه و سوار شد که این عامل هم کاهش دمای موتور و نیز کاهش آلودگی صوتی آن را در پی داشت.

 

موتور های جت

 

توربوپراپ یا (Turboprop): 

توربوجت را فرض کنید حال از جلو شفت (و مشخصا" اینلت) را طول داده و از پوسته موتور به جلو خارج کنید سپس شفت طوبل شده را به یک جعبه انتقال قدرت (گیرباکس) ثانویه متصل و فن بزرگی را هم که پراپلر خوانده می شود به همین جعبه اتصال دهید.  

توربوپراپ ها که گاها" با نام جت ملخی  از آن ها یاد می شود به دلیل بهره مندی از فن (پراپلر) ضمن مقاومت بسیار زیا در برابر پدیده فلم اوت توانایی پرواز در ارتفاع و سرعت های کم و نیز کاهش طول باند را به پرنده حامل خود بخشیده اند.

 توربوشفت یا (Turboshaft):

 اینبار از انتهای موتور میله شفت را طول داده و به گیرباکس موجود در آن قسمت متصل کنید.توربو شفت ها در بالگرد ها بکار می روند.

پراپ فن یا (Propfan):

 پراپ فن گونه دیگری از جت های فن دار است که در آن فن یا ملخ بصورت مستقیم روی شفت نصب می شود(بسته به نیاز در ابتدا موتور با انتهای آن) موضوع بسیار جالب در رابطه با پراپ فن چرخش دو فن سوار بر هم در خلاف جهت یکدیگر است.

 

موتور های جت

 

اجزای اصلی یک موتور جت:

کاملا" مشخص است که این همه ی یک موتور جت نیست، مطابق با تصویر بالا هیچ نشانی از اجزا بسیار مهمی چون یاتاقان، روتور، اسپول، گیر باکس و ... دیده نمی شود. اما مهم تر از قطعات مورد اشاره در سطر قبلی، قطعه ای است به نام "شفت" که خود شبیه به میله ای است، به نسبت بلند که گاها" در بعضی قسمت هایی از آن افزایش و کاهش قطر را می توان دید. اهمیت این جز به حدی است که می توان تمام موتور جت را در آن معنا کرد به واقع شفت بستری است که همه قسمت های گردان یک موتور روی آن سوار و بر اثر حرکت و دوران آن، خود نیز دوران و یا یه تعبیری دیگر کار می کنند. لازم به ذکر است که حداقل نیمی از آنچه که از یک موتور جت در هر وظیفه ای انتظار می رود وابسته به شفت و یا واضح تر بگویم نوع شفت و عملکرد آن است ، به همین منظور ضروری است عنوان کنم که با توجه به استرس بسیار زیادی که این قسمت از موتور در کنار حرارت زیاد تحمل می کند، مواد بکار رفته در تولید آن اهمیت صد چندان به خود می گیرد همین عامل باعث شده تا از گذشته تا کنون شاهد استفاده عمده از آلیاژ های خاصی ار استیل (فولاد) به عنوان ماتریکس در کنار مواد دیگری همچون کربن و بعضا نیکل و ایریدیم هم در تولید آن باشیم. 

 

موتور های جت

 

شفت موتور میکروجت جی 66

برای درک بهتر اگر از روبرو نظارگر موتور جت باشیم به خوبی شاهد جسمی دایره ای شکل خواهیم بود که شفت دقیقا" در مرکز این دایره قرار می گیرد. (به شفت محور هم گفته می شود) گفتنی است موتور های مختلف متناسب با اهدف طراحی شان به دلیل افزایش کارایی و بهبود عملکرد در سینه خود دارای 1 یا 2 و یا 3 شفت می باشند که وظیفه ایجاد ارتباط بین این قسمت ها (در موتورهای چند شفتی) بر عهده قطعاتی به نام های "آی ام سی" و "آی سی سی" است. همچنین میزان دوران (چرخش) شفت ها که با واحد آر پی ام محاسبه می شود اصلی ترین عامل در ایجاد تراست محسوب شده و در موتور های چند شفتی بین شفت های اول با دوم و یا در موتور های سه شفتی با سوم  این عدد متفاوت و عمدتا" از جلو به عقب رو به افزایش / کاهش است.

موتور جت به تفکیک اجزا ... اسپول (قرقره) و برینگ (یاتاقان):

پس از شفت (محور) نوبت به اسپول (به معنای قرقره) می رسد، همان گونه که از نام آن نیز پیداست این قطعه، استوانه ای است با مرکزی تو خالی که در قسمت خالی مرکزی آن شفت قرار می گیرد درست شبیه به قرقره خیاطی، در واقع اسپول ها از خود حرکتی ندارند و دوران شفت باعث حرکت آن ها حول نقطه مرکزی شان می شود. اسپول ها را می توان بستر نهایی نصب تجهیزات دوران کننده ای مثل روتور، توربین و کمپرسور دانست بدین گونه که تمامی اجزا نام برده همزمان در گونه های کوچکتر بصورت مستقیم و بدون واسطه و در گونه های بزرگتر با واسطه روی اسپول نصب می شوند و حرکت خود را از آن می گیرند. از همین رو اسپول ها، ممکن است به دلایلی همانند شکل سطح زیرین (شفت) و یا ایجاد شکل کله قندی برای کمپرسور به منظور کاهش فضا و در نتیجه افزایش تراکم و ... در قسمت میانی خود دچار کاهش یا افزایش قطر شوند که این مهم در صورت بهرمندی از بستر (انتقالی) زیرین مناسب تاثیری بر عملکرد آن ها نخواهد گذاشت. موتور های مختلف بسته به نوع طراحیشان می توانند از یک، دو و یا سه اسپول به منظور عملکرد بهتر بهرمند باشند همچنین در موتور هایی با چند اسپول، این قطعات را بصورت کم فشار و پر فشار هم طبقه بندی می کنند. 

 

موتور های جت

 

اجزاء یک یاتاقان:

در نمای ایتدایی و لایه باز یاتاقان دیسکی تو خالی و بدون تحرک است که تعدادی ساچمه و یا چرخ ریز از طرفین آن بیرون زده، این ساچمه ها بر خلاف دیسک محافظ خود (قفسه نگهدارنده) بسته به نوع و هدف طراحی و ساخت آن ها حرکت 2 بعدی و یا 3 بعدی دارند که همین موضوع عامل انتقال نیروی حرکتی بین دو جسم متصل به سطح بالا و زیرین این واسطه (یاتاقان) محسوب می شود. (در واقع نیروی حرکتی توسط این ساچمه ها که به با واسطه قرار دادن کنس های داخلی و خارجی هر دو جسم فوقانی و تحتانی متصل اند انتقال داده می شود) برای تجسم بهتر، یاتاقان ها بدون در نظر گرفتن کنس های داخلی و خارجی معمولا" شکلی شبیه به دایره زنگی دارند. اهمیت استفاده از یاتاقان ها در ایجاد حرکت بدون استرس (لرزش و ...) و یکنواخت ناشی می شود (توجه داشته باشید که سیکل کاری موتور جت باید در شرابط ثابت و یکنواخت انجام شود)

موتور جت به تفکیک اجزا ... روتور و استاتور:

روتور ها همان طور که از نامشان نیز پیداست قطعات متحرک موتور هستند در واقع می توان آخرین قطعات دوران کننده موتور را روتور ها دانست، این قطعات در گونه های کوچکی همچون میکروجت و مینی جت ضمن تولید به روش تراشکاری، مستقیم و بدون واسطه بروی شفت قرار می گیرند اما این موضوع در رابطه با موتور ها بزرگتر صدق نمی کند به همین منظور دقیقا" بر خلاف نمونه های فوق الذکر، روتور ها را در نمونه های بزرگتر بصورت چند تکه تهیه و اسمبل (مونتاژ) می شوند. از هیمن رو در ابتدا قطعه اصلی به نام دیسک را با روش هایی مانند قالب گیری و تراشکاری عمدتا" از فلز تیتانیوم بوجود می آورند. بعد از تهیه دیسک روتور از آلیاژ خاصی از تیتانیوم با اندازه و شکل مشخص شیارهایی را با هدف محل قرار گیری پره ها (توربین یا کمپروسور) در اطراف آن پدید می آورند سپس مطابق با اندازه این شیار ها و نوع طراحی مورد نظر، پره ها را با استفاده از روش های قالب گیری و ریخته گری (خود به دو نوع) معمولا" از استیل (فولاد) و مواد کریستالی و نیز گاهی اوقات از تیتانیوم به تولید رسانده و با دست در شیارهای اطراف دیسک به ترتیب از آخرین به اولین بر اساس شماره در نظر گرفته شده برای هر پره نصب می کنند (همانند تصویر زیر) توضیح این که طراحی پره ها به دلیل استفاده از روش سه بعدی امری بسیار سخت و پیچیده بوده و عمدتا" توسط رایانه و با استفاده از نرم افزار هایی مانند کَتیا (Catia) انجام می شود.   استاتور به معنی ثابت از کلمه پارسی ایستا به همین معنی مشتق شده، اجزایی از موتور جت هستند که مابین پره های روتورها(در کمپرسور و توربین) و دقیقا" روی " اسپیسر ها " البته با اندکی فاصله قرار گرفته و هیچ گونه حرکتی از خود ندارند، هدف از استفاده از استاتور ها را می توان کنترل و هدایت رفتار جریانات هوای ورودی و عبور کرده از پره های هر مرحله از کمپسور یا توربین به مرحله دیگر دانست.  

 

موتور های جت

 

موتور جت به تفکیک اجزا ... توربین و کمپرسور:

توربین ها و کمپرسور ها را بصورت کلی از قرار دادن تعداد مشخصی روتور و استاتور به همراه ملحقات آن ها در کنار هم و بر روی بستر رابط، یک مجموعه در ابتدا (کمپرسور) و دیگری معمولا"در انتها (توربین)، بوجود می آورند. اما همین روتور ها به منظور اتصال به یکدیگر نیازمند قطعه دیگری هستند که اسپیسر نامیده می شود، باید عنوان داشت که اسپیسر قطعه ای از جنس استیل (فولاد) است که وظیفه حفاظت و اتصال دیسک های روتور را بر عهده دارد در تصویر زیر اسپیسر مشهود است.  اسپیسرها حد فاصل دو روتور قرار گرفته و خود را واسطه ای جهت اتصال دو روتور به هم می کنند به همین دلیل روتورها متصل شده همه با هم به حرکت در می آیند. نا گفته نماند که به منظور اتصال اسپیسرها به دیسک روتور سوراخ هایی بر روی دیسک تعبیه شده است که با چفت شدن این سوراخ ها با سوراخ های اسپیسر در نهایت به منظور اتصال از نوعی پین تو خالی آلومینیومی استفاده می شود، دلیل استفاده از این پین، روغن کاری بهتر یاتاقان ها حین تعمیرات و درنتیجه سهولت در امر اورهال است. همچنین لازم است بدانید که در موتورهای جت معمولا" از دو نوع کمپرسور استفاده می شود که اولی کمپرسور سانتریفیوژی (گریز از مرکز) بوده و در نمونه های اولیه و قدیمی تر و نیز نمونه هایی از توربوشفت های فعلی بیشتر به چشم می خورد (استفاده از این نوع باعث کاهش وزن موتور می شود اما از کارایی آن نیز می کاهد) و دوم کمپرسور جریان محوری است که حاصل تلاش فرانتس استولز بوده و در موتور های امروزی به وفور دیده می شود.

 

موتور های جت

 

در خصوص وظایف این جز باید گفت که در موتور جت توربین ها مسئول مکش و جهت دهی به جریان سیال خارج و یا داخل شده موتور هستند در حالی که در کمپرسور جریان ورودی کند شده و بر تراکم آن افزوده می شود به همین منظور مراحل توربین باز و با تغییر اندازه اندک دیده می شوند اما مراحل و پره کمپرسور ها معمولا" به حالت کله قندی (مخروطی) از جلو به عقب کوچک و کوچکتر می شوند (به دلیل افزایش تراکم).  توربین و کمپروسور در موتور جت از نظر ساختار و نیز شکل کلی بسیار به هم شبیه بوده و قطعا" تا به حال دوستان عزیزی که پیگیر این تاپیک بوده یا بطور کلی مشغول به تحقیق آماتوری راجب موتورهای جت هستند حین برخورد با تصاویر گرافیکی و یا نمای برش خورده موتورهای جت در رابطه با تفاوت و وظایف این دو جز به دلایلی که در بند اول همین پارگراف ذکر گردید دچار تشکیک و اغتشاش خاطر شده اند. 

 

موتور های جت

 

در ابتدا به خاطر داشته باشید که کمپرسورها خود نوعی دیگری از توربین ها هستند و ممکن است در منابع مختلف گاها" با عنوان توربین فشار ضعیف هم از آن ها یاد شود از همین رو ضروری است که بدانیم ، نوع توربین ها در موتور جت از گونه "توربین های واکنشی (عکس العملی)" می باشد بر همین اساس باید عنوان داشت که در این گونه از توربین ها سیال عامل (در اینجا هوا) حین گذر از پره های هر مرحله از توربین بصورت پیوسته و پشت سر هم دچار افت در فشار می شود که این عمل نوعی آنتالپی کاهش یافته است ، خود این آنتالپی نیز به انرژی جنبشی و یا گشتاور تبدیل می شود درحالی که در کمپرسور این گونه نیست. شاید ساده تر باشد این گونه بگوییم که یک سیال شتاب گیرنده با عبور از بین دو پره همگرا در ردیف های روتور و استاتور توربین افزایش سرعت پیدا می کند در حالی که در یک کمپرسور محوری سیال کند شونده و یا منتشر شونده است ، فشار آن با عبور از بین پره های واگرای متوالی افزایش یافته و به تبع آن از سرعتش کاسته خواهد شد.  همچنین از نظر ظاهری در سطح مقطع پره های این دو جز تفاوت آشکاری دیده می شود. در یک کمپرسور پره ها از مقاطع باریک بال ایروفویل بوجود می آیند. در حالیکه در توربین ها مقاطع پره فقط از کنار هم قرار گرفتن تعدادی کمان های دایره ای تشکیل می شوند.

 

 

 

اطلاعات تکميلي