موتورهاي جت به چند دسته اساسي تقسيم مي شوند:
• توربوفن Turbo Fan
• توربوجت Turbo Jet
• توربوپراپ Turbo Prop
• پالس جت Pulse Jet
• پرشر جت Pressure Jet
• رم جت Ram Jet
• سکرام جت Scram Jet
در حقيقت، تمام موتورهاي جت که توربين دارند، نوع پيشرفته تري از همان موتورهاي توريبن گازي هستند که در زمان هاي دورتر استفاده مي شده است. از موتورهاي توربين گازي بيشتر براي توليد برق نه توليد نيروي رانش استفاده مي شود. موتورهاي جت کلاً بر پايه ي موارد زير کار مي کنند: هوا از مدخل وارد موتور جت شده و سپس با چرخاندن توربين نيروي لازم را براي مکش هوا براي سيکل بعدي آماده کرده و خود از مخرج خارج مي شود. در اين حالت فشار و سرعت هواي خروجي، بدون در نظر گرفتن اصطکاک، با سرعت و فشار هواي ورودي برابر است. سيکل کاري موتورهاي جت پيوسته است، اين بدين معناست که هنگامي که هوا وارد کمپرسور مي گردد، به سوي توربين عقب موتور رفته و آن را نيز همراه با خروج خود به حرکت در مي آورد، يعني نيروي لازم براي مکش در حقيقت به وسيله توربين انتهايي موتور توليد شده است و بدين گونه است که همزمان با ورود هوا به کمپرسور، توربين نيز به وسيله نيروي توليد شده توسط سيکل قبلي در حال چرخش است و نيروي آن صرف چرخاندن کمپرسور مي شود. در اين فرآيند، دوباره نيروي توليد شده توسط اين سيکل به توربين داده شده و توربين نيروي لازم جهت ادامه کار را فراهم مي آورد.

موتور توربوفن با ضريب کنار گذر پايين F-119 پرات اند ويتني

1- موتورهاي توربوفن يا Turbo Fan
موتورهاي توربوفن در حقيقت چيزي ميان موتورهاي توربوجت و توربو پراپ هستند. بازده موتورهاي توربوفن بسيار زياد است، و به همين علت هم در بسياري از هواپيماهاي مسافربري و ترابري در سرعت هاي ساب سونيک Sub Sonic از آن ها استفاده مي شود. در موتورهاي توربوفن، ابتدا هوا کمپرس شده سپس وارد اتاقک احتراق مي شود و بعد از انفجار از طريق شيپوره يا نازل خروجي خارج شده و در طي اين فرآيند، نيروي تراست لازم را جهت رانش هواپيما به جلو تامين مي نمايد. البته در موتورهاي توربوفن، مقادير ديگري از هوا از طريق کنارگذر نيز عبور داده مي شود که در نهايت به گازهاي خروجي داغ پيوسته و نيروي تراست را افزايش مي دهد. تفاوت موتورهاي توربوفن با توربوپراپ در اين است که موتورهاي توربوپراپ، فن يا ملخ ايجاد کننده تراستشان در خارج از پوسته موتور قرار گرفته اما در موتورهاي توربوفن، ملخ يا فن توليد کننده تراست کاملاً در درون پوسته موتور قرار گرفته است.

دياگرام يک موتور توربوفن با ضريب کنار گذر بالا

2- موتورهاي توربوجت يا Turbo Jet
موتورهاي توربو جت، بيشتر بر نيروي توليدي از گازهاي خروجي اتکا دارند و در هواپيماهايي بيشتر کاربرد دارند که با سرعت هاي مافوق صوت حرکت مي کنند. در موتورهاي توربوجت، ابتدا، هوا وارد کمپرسور شده و متراکم مي گردد. اما چون اين هوا با سرعت نسبتاً زيادي وارد موتور گرديده براي احتراق مناسب نمي باشد و بيشتر سوخت مصرف شده، بدون اشتعال حدر مي رود. به همين دليل هوا به قسمت ديفيوژر يا همان کاهنده سرعت فرستاده مي شود تا از سرعت آن کاسته شود. در ديفيوژر، ابتدا از سرعت هوا کاسته و بر دما و فشار آن افزوده مي شود. سپس اين هواي آماده براي احتراق، به اتاقک احتراق فرستاده مي شود. در اتاقک احتراق يا Combaustion Chamber، هوا ابتدا وارد لوله احتراق گشته، با سوخت مخلوط شده سپس منفجر مي گردد. قسمتي از نيروي حاصله از اين انفجار صرف گرداندن توربين شده و مابقي براي توليد نيروي رانش به کار مي رود. گاهي در هواپيماهاي توربوجت، بعد از شيپوره خروجي يا نازل، قسمتي به نام پس سوز يا After Burner قرار مي دهند که بر نيروي تراست مي افزايد.

دياگرام کار موتور هاي توربوجت، توربوپراپ و توربوفن

After Burner يا قسمت پس سوز چگونه کار مي کند؟
هنگامي که گازهاي خروجي از موتور خارج مي شوند، هنوز مقداري اکسيژن و سوخت مصرف نشده دارند که در قسمت پس سوز، با مشتعل ساختن دوباره گازهاي خروجي و افزايش 4 برابر سوخت معمولي به اين مخلوط، به طور قابل توجهي بر نيروي تراست مي افزايند. البته استفاده از پس سوز فقط در شرايط اضطراري و شرايط جنگي مجاز است در غير اين صورت مجاز نيست. تنها هواپيماي مسافربري با پس سوز، هواپيماي کنکورد Concorde ساخت مشترک آلمان، انگليس و فرانسه است که به علت ايجاد آلودگي صوتي زياد و مصرف سوخت بالا، بازنشست شد.
3- موتورهاي توربوپراپ يا Turbo Prop:
موتورهاي توربو پراپ، در حقيقت از نيروي ملخ براي توليد تراست استفاده مي کنند و تنها وجه جت بودن آنها، توليد نيروي لازم براي اين چرخش توسط موتور جت است. طرز کار موتورهاي توربوپراپ عيناً مانند موتورهاي جت توربيني ديگر است و تنها وجه تمايز آنها اين است که نيروي توليد توسط توربين بيشتر صرف چرخاندن ملخ مي شود تا کمپرسور، به همين دليل براي توليد نيروي بيشتر، تغييراتي هم در توربين موتورهاي توربوپراپ داده مي شود.
4- موتورهاي پالس جت يا Pulse Jet:
موتورهاي پالس جت داراي توربين، کمپرسور، يا شفت نمي باشند و تنها قطعه متحرک البته در نوع دريچه دار، دريچه آن مي باشد. در اين گونه موتورها، ابتدا توده بزرگي از انفجار در داخل موتور صورت مي پذيرد که سبب بسته ماندن دريچه مي شود. چون تنها راه فرار هوا از موتور قسمت انتهاي آن مي باشد هوا به طرف آنجا هجوم مي آورد.در نتيجه تر ک هوا، خلا يا حالت مکشي به وجود آمده که باعث باز شدن دريچه و ورود هواي تازه مي شود. در اين حالت، مقداري هواي محترق شده از خروج بازمانده و صرف تراکم و انفجار گاز تازه وارد مي گردد و سيکل به همين ترتيب ادامه پيدا مي کند.در نوع بدون دريچه، از يک خم براي ايفاي نقش دريچه استفاده مي شود که با انفجار گازها و بدليل وجود اين خم، کاهش فشار صورت گرفته و مقداري از گازهاي خروجي باز مي گردند به همين ترتيب سيکل ادامه داده مي شود.
5- موتورهاي پرشر جت يا Pressure Jet:
از اين گونه موتورها در حال حاضر استفاده اي نمي شود و شرح کارکرد آنها در اينجا اضافي است.
6- موتورهاي رم جت يا Ram Jet:
موتورهاي رم جت، هيچ قطعه ي متحرکي ندارند و در نگاه اول، مانند يک لوله توخالي به نظر مي رسند که بيشتر در سرعت هاي مافوق صوت به کار مي روند. موتورهاي رم جت نيز مانند پالس جت، داراي توربين، کمپرسور يا ... نمي باشند استفاده از آنها به عنوان موتور دوم معمول است که بيشتر در موشکها به کار مي روند. در اين گونه موتورها، براي روشن شدن موتور ابتدا بايد سرعت هوا به مقدار لازم برسد در صورت رخداد چنين حالتي، موتور جت به طور خودکار خود را روشن مي کند. در موتور رم جت، هوا با سرعت زياد وارد موتور شده و به علت سرعت بيش از حد، در قسمت ديفيوژر به خوبي کمپرس و متراکم شده و دما و فشار آن بسيار بالا مي رود. در اين حالت مخلوط هوا و سوخت منفجر گشته و با خروج از موتور، نيروي تراست بسيار زيادي را آزاد مي کنند. اين موتورها قدرت بسيار زيادي را دارا مي باشند اما براي شروع پرواز و برخاست مناسب نمي باشند.

نماي يک موتور توربوجت چند محوره

7- موتورهاي سکرم جت يا Scram Jet:
نام اين موتورها از دو واژه Super Sonic و Combustion گرفته شده که به معناي انفجار در سرعت مافوق صوت است. اين گونه موتور ها در سرعت هاي هايپر سونيک Hyper Sonic به کار مي روند و طرز کار آنها بسيار مشابه موتورهاي رم جت با تغييراتي مي باشد. اين نکته قابل توجه است که مشتعل ساختن مولکول هاي هوا در حالي که هوا با سرعت بالاي 4 ماخ وارد موتور مي گردد، مانند روشن کردن کبريت در گردباد تورنادو است! و از همين جا مي توان درک کرد که چه تکنولوژي عظيمي در اين لوله توخالي به کار گماشته شده است. شايان ذکر است که اولين هواپيماي داراي موتور سکرم جت، هواپيماي X-43 است که سرعت آن بالاي 7 ماخ مي باشد.
اجزاي اصلي موتورهاي جت:
1- کمپرسور:
کمپرسورها وظيفه متراکم کردن هواي ورودي را بر عهده دارند. کمپرسورها بر دو نوع هستند: 1- کمپرسورهاي محوري 2- کمپرسورهاي شعاعي يا گريز از مرکز. کمپرسورهاي محوري که در اکثر موتورهاي جت امروزي استفاده مي شود، از چند طبقه فن يا پنکه به تعداد مشخص (دو يا بيشتر) تشکيل شده است که هرچه به سمت درون بيشتر پيش برويم، از زاويه پره هاي فن ها کاسته مي شود و هم چنين توسط همين تيغه ها يا پره ها، به سيال جهت حرکت داده شده و با کاهش زاويه پره ها، به فشار سيال يا هوا افزوده و از سرعتش کم شده و در نتيجه متراکم مي گردد. اما در کمپرسورهاي شعاعي يا گريز از مرکز، که بيشتر در موتورهاي گازي ساده يا قديمي کاربرد داشته است، در اصل هوا به يک مانع برخورد کرده و سپس توسط پره هاي آن به قسمت ديفيوژر يا کاهنده سرعت منحرف مي شود که اين فرآيند با ازدياد فشار همراه است، در نتيجه هوا متراکم مي گردد.

کمپرسور محوري چند مرحله اي يک موتور توربوجت

2- سيستم احتراق:
سيستم احتراق، شامل سوخت پاش، جرقه زن و اتاقک و لوله احتراق مي گردد. فرآيند انفجار در درون لوله هاي احتراق صورت مي پذيرد که اين عمل با وارد شدن هوا به اتاقک و مخلوط شدن آن با سوخت سپس انفجار آن به وسيله شمع جرقه زن انجام مي شود. انژکتور Injector وسيله است که با استفاده از نيروي موتور، سوخت را به پودر تبديل مي کند و حکمت اين کار در بهتر مشتعل شدن در صورت تبديل به پودر نهفته است. البته سوخت قبل از ورود به انژکتور، مقداري گرم شده تا براي احتراق آماده تر باشد. ابتدا انژکتور سوخت را روي هواي متراکم مي پاشد و سپس اين مخلوط آماده انفجار است که به وسيله شمع جرقه زن، اين عمل صورت مي گيرد.

محفظه احتراق Can-Type يک موتور توربوجت

3- سيستم توربين:
در اينجا، ابتدا هواي منفجر شده به پره هاي توربين برخورد کرده و نيروي لازم جهت گرداندن کمپرسور و مکش هوا براي سيکل بعدي توليد مي شود که اين نيرو به وسيله شفتي به کمپرسور انتقال داده شده و باعث حرکت آن مي شود. قبل از توربين، استاتور توربين وجود دارد که براي تنظيم جهت حرکت سيال هوا براي ورود به قسمت توربين به کار مي رود. توربين ها نيز به دو دسته محوري و شعاعي تقسيم مي شوند که نوع محوري چند طبقه است. چون دماي کارکرد توربين بسيار بالا مي باشد، در ساخت آن از آلياژهاي مخصوصي استفاده مي شود.
4- سيستم خروج گازهاي داغ:
اين سيستم، در حقيقت توليد تراست واقعي را براي رانش هواپيما به جلو مي کند و سهم اصلي را در توليد و توضيع فشار دارد. در مدل هاي متحرک، زاويه پره هاي شيپوره انتهايي موتور براي ميزان کردن فشار قابل تنظيم است. گفتني است سيستم پس سوز يا After Burner بعد از اين بخش نصب مي شود. به اين قسمت، نازل Nozzle هم گفته مي شود.
5- سيستم کشش برگردان يا Thrust Reversation System:
در سيستم کشش برگردان، به وسيله دريچه هايي، نيروي تراست موتور برعکس مي شود، بدين صورت که خلبان در هنگام فرود نيروي برگردان را فعال ساخته و از آن به عنوان ترمز استفاده مي کند، يعني نيروي موتور در جهت عکس اعمال مي شود. البته توضيح خود اين سيستم و کليه سيستم هاي ديگر هر يک مي تواند به اندازه يک کتاب توضيحات تکميلي نياز داشته باشد اما در اينجا به ذکر همين نکات کوتاه و جزئي و اجمالي بسنده مي شود. در صورت اظهار علاقه خوانندگان به چگونگي کار کرد اين موتور ها مقالات بيشتر را در اين زمينه شاهد خواهيد بود. لازم به ذکر است که ساخت موتورهاي جت به صورت خانگي هم امکان پذير است و هم اکنون رواج بسياري در بين جوانان علاقه مند به اين علم دارد و يک چنين موتورهاي جت دست سازي به طور گسترده اي در هواپيماهاي مدل قدرتمند به کار گرفته مي شوند.
منبع: www.metallurgyis.ir
/خ