المحرك المشتعل

من طرف Silvestre الإثنين نوفمبر 03, 2014 2:57 pm

المحرك المشتعل
تاريخ إبتكار و تطوير محرك التوربو النفاث

لقد فتحت محركات الطائرات النفاثة في النصف الثاني من القرن العشرين آفاقا جديدة في مجال الطيران: فقد ساعدت على الطيران بسرعات تتجاوز سرعة الصوت، وخلق طائرات مع قدرات أعلى و أيضا جعلت من الممكن التحليق لمسافات طويلة. ويعتبر المحرك المروحي واحدا من أهم آليات القرن الماضي، على الرغم من مبدأ عمله البسيط.
التاريخ

أقلعت عن الارض أول طائرة ابتكرها الأخوين رايت بأنفسهم في عام 1903، كانت مجهزة بمحرك الاحتراق الداخلي مع المكابس. و قد ظل على مدى أربعين عاما هو المحرك الرئيسي المستخدم في الطائرات. ولكن خلال الحرب العالمية الثانية، أصبح من الواضح أن الطائرات المزودة بمحركات المكبس التقليدية اقتربت إلى نهايتها التكنولوجية سواء من حيث القوة أو السرعة. كان المحرك النفاث أحد البدائل.

وقد كان كونستانتين تشياكوفسكي هو أول من حوّل فكرة استخدام الدفع النفاث للتغلب على الجاذبية الأرضية إلى حقيقة عملية. مرة أخرى في عام 1903، عندما أطلق الأخوان رايت أول طائرة "فلاير 1"، وقد نشر آنذاك عالم روسي بحثا علميا يحمل عنوان "البحث في معدات الصاروخ الفضائي"، التي وضعت الأسس النظرية للدفع النفاث. نشرتها مجلة "الاستعراض العلمي" لقد أصبح بعدها في نظر الناس مجرد حالم و لم تؤخذ أفكاره على محمل الجد. استغرق تشياكوفسكي سنوات من العمل و حتى تغيير النظام السياسي، من أجل إثبات أنه على حق.

ومع ذلك ، شاء القدر أن تصبح دولة أخرى و هي ألمانيا البلد المنشأ للمحرك النفاث. لقد كان إنشاء المحرك النفاث في أواخر الثلاثينيات نوعا من الهواية لدى الشركات الألمانية. وتميزت في هذا المجال تقريبا جميع العلامات التجارية المعروفة حاليا: هنكل ، بي ام دبليو ، ودايملر بنز و حتى بورشه. حصدت شركة يونكرز الأمجاد الأساسية مع محركها النفاث المتسلسل 109-004 الأول في العالم، و تم به تزويد تعيين طائرة مي 262 النفاثة الأولى في العالم.

لم تصل الحلول الألمانية الرامية لمزيد من التطوير إلى أي مكان في العالم على الرغم من بدايتها الموفقة في إصدار الجيل الأول من الطائرات النفاثة، ولا حتى إلى الاتحاد السوفياتي.

لقد قام مصمم الطائرات الأسطوري آرخيب ليولكا في الاتحاد السوفياتي بتطوير المحركات التوربينية النفاثة المستخدمة في مجال الطيران، حيث حصل في نيسانأبريل عام 1940 على براءة اختراع لمخطط المحرك النفاث الخاص به، الذي لاقى اعترافا عالميا في وقت لاحق. لم يتلقى آرخيب ليولكا أي دعم من قيادة بلاده. فقد اقترحوا عليه منذ بداية الحرب العمل في مجال محركات دبابات. و لكن عندما بدأ الألمان إستخدام المحركات النفاثة، صدر أمر ينص على استئناف ليولكا العمل على تطوير المحرك النفاث محلي الصنع من طراز تي آر 1 على وجه السرعة.

بالفعل في شهر شباطفبراير عام 1947، كان أول اختبار للمحرك، و حلقت طائرة سو 11 النفاثة يوم 28 أيارمايو في رحلتها الأولى مع أول محرك محلي الصنع تي آر 1الذي قام بتطويره مكتب آيه إم التصميمي، و هو أحد الفروع الحالية لمؤسسة أوفا الإنتاجية لصناعة المحركات المدرجة في شركة المحركات المتحدة(أو دي كا).

مبدأ العمل
يعمل محرك التوربو النفاث على مبدأ المحرك الحراري التقليدي. يمكننا تعريف المحرك الحراري دون الخوض في تفاصيل قوانين الديناميكا الحرارية، بأنه آلة لتحويل الطاقة إلى عمل ميكانيكي. هذه الطاقة لديها ما يسمى جسم العمل الذي يستخدم الغاز أو البخار داخل غرفة الإحتراق الداخلي للآلة. تقوم الآلة عند تقليص جسم العمل بتوليد الطاقة، في حين، نحصل على العمل الميكانيكي المفيد أثناء توسعه لاحقا.

فمن هنا يمكننا القول أن العمل المنفق على ضغط الغاز يجب أن يكون دائما أقل من العمل الذي يولده الغاز أثناء التوسع. وإلا فلن ينتج أي جدوى من هذه العملية. وبالتالي، من المفترض تسخين الغاز قبل أو أثناء التوسع، كما كان من قبل ضغط بارد. نتيجة لذلك، ونظرا لتوسع طاقة التسخين سيؤدي إلى زيادة كبيرة و يمكن استخدام فائض الطاقة لإنتاج الأعمال الميكانيكية اللازمة. وهذا في الواقع مبدأ جميع المحركات النفاثة.

وبالتالي، يجب أن يحتوي أي محرك إحتراق حراري جهاز لضغط الغاز، و سخّان، وجهاز للتوسيع و التبريد. كل ذلك موجود في محركات التوربو النفاثة، بالإضافة إلى الضاغط، غرفة الاحتراق، التوربينات، و الهواء الجوي هو بمثابة غرفة التبريد.

جسم العمل – عندما يصل الهواء إلى الضاغط يدخل و ينضغط هناك. في الضاغط على المحور الدوار مثبتة عجلة التاج يوضع عليها ما يسمى "الريش الدوار". يقومون بدورهم بشفط الهواء الخارجي، و ضخه إلى داخل المحرك.

يدخل الهواء غرفة الاحتراق حيث يتم تسخينه وخلطه مع نواتج إحتراق (الكيروسين). تحيط غرفة إحتراق المحرك بالمحور الدوار بعد الضاغط على شكل حلقة مغلقة أو أنابيب منفصلة، والتي تسمى أنبوب اللهب. و يتم إيصال وقود الطائرات إلى أنابيب اللهب من خلال فتحات صغيرة خاصة.

يدخل جسم العمل الساخن من غرفة الاحتراق إلى التوربينات. وهو مشابه للضاغط ، لكنه يعمل، إذا جاز التعبير، في الاتجاه المعاكس . يقوم الغاز الساخن بتدويره على نفس مبدأ لعبة المروحة الهوائية للأطفال. مراحل عمل التوربينات ليست كثيرة إنما ثلاث أو أربع أطوار. هذه هي العقدة الأكثر تحميلا في المحرك. لدى المحرك النفاث سرعة عالية جدا تصل إلى 30 ألف دورة في الدقيقة. تصل درجة حرارة شعلة غرفة الاحتراق من 1100-1500 درجة مئوية. يتم توسيع الهواء، مما يؤدي إلى تحريك التوربينات و يعطيها جزءا من طاقتها .

بعد التوربينات – هناك الفوهة النفاثة، حيث يتسارع جسم العمل و يتدفق بسرعة أكبر من سرعة حركة الريح، و التي تخلق قوة الدفع في الطائرة .

أجيال المحركات النفاثة
على الرغم من عدم وجود تصنيف دقيق لأجيال المحركات النفاثة في الأساس، يمكننا وضع الخطوط العريضة لأنواع أساسية في مراحل مختلفة من تطور صناعة المحركات النفاثة.

فئة محركات الجيل الأول كانت المحركات الألمانية والإنكليزية خلال الحرب العالمية الثانية مثل محرك في كا 1 سوفياتي الصنع، والذي تم تثبيته على طائرات ميغ 15 الشهيرة و إيل 28، تو 14.

تختلف محركات التوربو النفاثة من الجيل الثاني احتمال وجود ضاغط محوري، و احتراق كمية الهواء القابل للتعديل. من بين الأمثلة المحرك السوفياتي آر 11 إف 2 إس لطائرات طراز ميغ 21 .

تتميز محركات، الجيل الثالث بزيادة نسبة الضغط، والذي تم تحقيقه من خلال زيادة مراحل الضاغط والتوربينات، و ظهور الالتفافية. و تعتبر هذه المحركات من الناحية الفنية هي الأكثر تطورا حتى يومنا هذا.

وقد أدى ظهور مواد جديدة ، إلى زيادة كبيرة في درجة حرارة تشغيل المحركات لخلق الجيل الرابع. بين هذه المحركات – المحرك محلي الصنع المبتكر آيه إل 31 من إنتاج شركة المحركات المتحدة لطائرات سوخوي سو 27 المقاتلة.
يبدأ اليوم في مصنع أوفا التابع لشركة المحركات المتحدة إنتاج محركات الجيل الخامس للطائرات. سيتم تثبيت الوحدات الجديدة على مقاتلات تي 50 (باك فا)، الذي يحل محل مقاتلات سوخوي سو 27. فإن محطة وحدات توليد الدفع الجديدة في تي 50 تتميز بسعة أكبر تجعل الطائرة أكثر قدرة على المناورة، و الأهم من ذلك سوف يفتح ذلك عهدا جديدا في صناعة الطيران المحلي.