فهرست موضوعات
مقدمه
در هواپیماهای با بالهای ثابت که توسط یک یا چند موتور جت از جنس مواد مقاوم به سایش نظیر ورق استیل ضد سایش هدایت می‌شوند، دارای جنبه‌های خاصی از عملکرد مانند نیروی رانش هستند که مستقیماً به عملکرد ایمن هواپیما مربوط می‌شود. هرچند سایر جنبه‌های عملکرد موتور مانند سر و صدا و انتشار محصولات سوخت موتور بر محیط زیست تأثیر می‌گذارد. عناصر رانش، صدا و انتشار آلودگی یک موتور جت در مرحله برخاستن هواپیما از اهمیت حیاتی ویژه ای برخوردار هستند. موتورهای جت با ضریب اطمینان بالایی ساخته می شوند لذا استفاده از ورق استیل 321 در دهانه ورودی آن تاثیر چشمگیری در طول عمر آن دارد. موضوع اطمینان از عملکرد و ضریب اطمینان موتور جت به قدری است که قیمت ورق استیل 321 در معادلات ساخت موتور هیچ نقش و جایگاهی ندارد.
مشکلات موتور جت
عناصر رانش و مصرف سوخت و تغییرات آنها با ارتفاع، در مراحل صعود و کروز عملیات هواپیما از اهمیت حیاتی برخوردار است. رفتار یک موتور جت و تأثیر آن بر هواپیما و محیط و نیز طراحی و مواد مورد استفاده در ساخت آن در حوزه ها یا رشته های مهندسی مختلف طبقه بندی می شود. ساخت انواع ورق استیل ضدسایش نظیر ورق استیل 321 توسط مهندسان متالورژی با کیفیت مناسب و ضریب اطمینان بالا، نشان دهنده حضور موثر علم مواد در این صنعت می باشد. هر نوع صرفه جویی در ساخت موتور جت مثل حذف هزینه ناشی از قیمت ورق استیل 321 و جایگزینی آن با مواد بی کیفیت می تواند آسیبهای جدی بر روی زندگی انسان و طبیعت داشته باشد. مثلاً گازهای گلخانه ای ناشی از احتراق سوخت در موتور جت و یا ارتعاشات منتقل شده به بدنه هواپیما ناشی از لغزش موتور بی کیفیت، از مواردی است که طراحان را دچار مسائل ناخواسته می کند.
عملکرد ورودی موتور جت
درک اینکه چگونه یک جریان سوخت خاص مقدار معینی از رانش را در یک نقطه خاص در پوشش پرواز ایجاد می کند، عملکرد موتور جت نامیده می شود. عملکرد، موضوع یک رشته تخصصی در تیم های طراحی و توسعه موتورهای هوا است، همانطور که درک صدا و انتشار توسط متخصصان مربوط به گروه های دیگر است. وظیفه عملکرد اساسی برای یک توربوجت تک شفت، مطابقت با عملکرد کمپرسور، توربین و نازل پیشران است. به عنوان مثال، نحوه عملکرد کمپرسور با مقاومت های جریان پشت آن، که در محفظه احتراق، توربین، لوله اگزوز و نازل پیشران رخ می دهد، تعیین می شود. تطبیق ممکن است به عنوان طراحی، اندازه و دستکاری ویژگی های عملیاتی کمپرسور، توربین و نازل پیشران تعریف شود.
جریان هوا از طریق ورودی موتور جت و به وسیله کمپرسور به سمت منطقه فشار بالا هدایت می گردد. توان تولید شده توسط توربین برابر با توان جذب شده توسط کمپرسور است. علاوه بر این، مقاومت جریان مشاهده شده توسط کمپرسور توسط دو محدود کننده پایین دست، یعنی ناحیه نازل توربین و ناحیه خروجی نازل پیشران، تعیین می شود. سه اتصال فوق بین کمپرسور و توربین تنظیم و اصلاح می‌شوند. در ادامه به انواع ورودی موتور جت اشاره گردیده است.
ورودی های مافوق صوت
ورودی های مافوق صوت از امواج ضربه ای برای کاهش سرعت جریان هوا به شرایط مافوق صوت در ورودی کمپرسور استفاده می کنند. اساساً دو شکل امواج ضربه ای وجود دارد:
- امواج ضربه ای معمولی که عمود بر جهت جریان قرار دارند. امواج ضربه ای معمولی باعث افت شدید فشار می شوند. هرچه عدد ماخ ورودی مافوق صوت به یک موج ضربه ای معمولی بیشتر باشد، عدد ماخ خروجی مافوق صوت کمتر و شوک قوی تر است.
- امواج ضربه ای مخروطی (سه بعدی) و مورب (2D) به سمت عقب زاویه دارند، مانند موج کمان در کشتی یا قایق، و از یک اختلال جریان مانند مخروط یا سطح شیب دار تابش می کنند. برای یک عدد ماخ ورودی معین، آنها ضعیف تر از موج شوک معمولی معادل هستند و اگرچه جریان کند می شود، اما در سراسر مافوق صوت باقی می ماند. امواج ضربه ای مخروطی و مورب جریان را می چرخانند که در جهت جدید ادامه می یابد تا زمانی که در پایین دست با اختلال جریان دیگری مواجه شود.
رمپ ورودی
یک جایگزین برای ورودی مخروطی شامل زاویه دادن به ورودی است، به طوری که یکی از لبه های آن یک سطح شیب دار را تشکیل دهد. یک موج ضربه ای مورب در ابتدای رمپ تشکیل می شود. در قرن گذشته جت های سرّی ایالات متحده چندین گونه از این رویکرد را ارائه می کردند که معمولاً با سطح شیب دار در لبه عمودی بیرونی ورودی، که سپس به سمت داخل متمایل می شد، طراحی می گردید. نمونه های معمولی عبارتند از موتورهای جت F-105 Thunderchief و F-4 Phantom که این طرح در بازیابی فشار کمی پایین‌تر از ورودی مخروطی است، اما در سرعت‌های مافوق صوت پایین‌تر، تفاوت در بازیابی فشار قابل توجه نیست و اندازه کوچک‌تر و سادگی طراحی سطح شیبدار باعث می‌شود که آن را به گزینه ترجیحی برای بسیاری از هواپیماهای مافوق صوت تبدیل کند. بعداً این تکامل به‌گونه‌ای شد که سطح شیبدار در لبه افقی بالایی قرار داشت تا لبه عمودی بیرونی، با یک زاویه مشخص به سمت پایین و عقب طراحی گردد. این طراحی ساخت ورودی ها را ساده کرد و امکان استفاده از رمپ های متغیر را برای کنترل جریان هوا به داخل موتور فراهم کرد.
سیدرحیم کیاحسینی
