كيف يعمل محرك الطائرة
مقدمة
يعتبر المحرك من الأجزاء الرئيسية في الطائرة، ويعمل لتأمين القوة الدافعة، أي أنه يسحب الهواء ويقوم بدفعه بقوة للخلف وذلك حتى تتقدم الطائرة.
كيف يعمل محرك الطائرة
يعمل محرك الطائرة النفاث على دفع الطائرة للأمام، حيث يطبق القانون نيوتن الثالث الشهير على مبدأ عمل المحرك، والذي ينص على أن لكل قوة فعل قوة رد فعل، مساوية لها في المقدار ومعاكسة لها في الاتجاه.
حيث يكون المحرك مرتبط بإطارات الطائرة بواسطة وصلات، تجعل الطائرة تتحرك بسرعة مسببة اندفاع الطائرة للأمام، ومن المعروف أن الطائرة تحوي على جناحان كبيران حيث يقومان بتخفيف الضغط الكبير الذي ينتج عن وزن الطائرة.
الآن سوف أقوم بتوضيح فكرة عمل محرك الطائرة بشكل أوسع:
أنواع محركات الطائرة وفكرة عملها
محرك الطائرة نوعان، وهما:
المحرك المكبسي
وهو عبارة عن محرك احتراق داخلي، مثل الذي يعمل في السيارات، حيث يقوم هذا المحرك بإدارة مروحة مقدمة الطائرة، أو المراوح الموجودة على الأجنحة، حيث تقوم هذا المراوح بدفع الهواء بقوة إلى الخلف، ومن ثم تتقدم الطائرة إلى الامام.
المحرك التوربيني
يقوم هذا المحرك النفاث بشفط الهواء من المقدمة عن طريق المروحة، ثم يقوم بضغطه، وذلك عن طريق سحبه في سلسلة من مراوح بشفرات صغيرة تكون متمثلة بعمود، ومن ثم يخلط بوقود، ويتم إشعال هذا الخليط من الهواء، والوقود عن طريق شرارة كهربائية مؤدية إلى انفجار هذا الخليط بشدة؛ لتنتشر هذه الغازات المحترقة متجهة نحو التوربين.
ويتألف التوربين من مجموعة مراوح تدور، وعندما تقوم المراوح بالدوران تتحرك المراوح الموجودة بمقدمة الطائرة عن طريق عمود مربوط بالتوربين.
وبعد ذلك تتجه الغازات بشكل قوي إلى الخلف عبر فوهات العادم، وهذه القوة المرجعة إلى الخلف تقوم بدفع الطائرة والمحرك النفاث إلى الأمام، ثم يتدفق الهواء عن طريق المحرك، بعض الهواء يدخل إلى المحرك، والبعض الآخر ينتشر حول المحرك؛ وذلك لخفض صوت المحرك، وبعد ذلك يخلط هذا الهواء مع هواء حار، حتى يزيد من قوة الدفع.
أنواع المحركات النفاثة ومبدأ عمل كلاً منها
محرك احتراق داخلي
وفي هذا المحرك تتم عملية خلط الوقود فقط، ولا تتم عملية الاحتراق بالخارج كما هو الحال في محركات أخرى.
محرك توربيني يحوي دفاعة قناتية
وهو من أحد المحركات التور بينية النفاثة، لكنه يحوي دفاعة ذات مرحلة واحدة، أو أكثر تعمل بعدد مراحل توربيني ذات الضغط المنخفض في ممر حلقي، تقوم بدفع الهواء إلى الضاغط ذي الضغط المرتفع، وإلى الممر الحلقي؛ وذلك لتصريف العادم.
وتكون نسبة التخفيف التحويلي في هذا المحرك أكبر من المحرك التوربيني الغازي.
وتم تصميم المدخل في هذا المحرك؛ ليسهل التحكم بشكل مباشر، وحتى تكون لا تتأثر ريش الدفاعة بالسرعة الهوائية للطائرة.
ومن مميزات هذا المحرك: أنه يقوم بتوليد دفع أكبر من أي محرك نفاث أخر عند السرعات الهوائية المنخفضة.
المحرك التربيني التحويلي الغازي
محرك توربيني نفاث، يعتبر ضاغط جيد للضغط المنخفض.
مبدأ عمله: يقوم بنشر ما يخرجه من هواء حول ضاغط الضغط المرتفع، وقد يستخدم هذا الهواء في تشغيل محرك حارق، مما يؤدي إلى تقليل سرعة الغازات الخارجة، ومن ثم تتحسن الكفاية الدسرية،ويخف مستوى ضجيج المحرك في مرحلة الطيران.
المحرك التوربيني المروحي
محرك نفاث، مبدأ عمله: يقوم بشفط الهواء لداخله وتدار المروحة، وينتج عن هذا دفع قليل من المروحة، وآخر من النافورة الخلفية.
ويستخدم هذا المحرك في الطائرات صغيرة الحجم، ويعتبر محرك فعالا عند الارتفاعات المنخفضة، والسرعة العادية التي تبلغ 640 كم/ساعة.
ويزود هذا النوع من المحركات بمراوح قصيرة الطول وكثيرة العدد.
هذا المحرك، تم إدخال تعديلات عليه؛ حتى يصبح أكثر فاعلية في السرعات المرتفعة.
المحرك التوربيني النفاث
حيث يعمل هذا المحرك بشفط الهواء إلى الداخل، ويتألف من: الضاغط، غرف الاحتراق، توربينية غازية تولد دفع بشكل مسبق عن طريق الغازات الساخنة التي تسير عبر المدخل المخروطي العادم، وتخرج من ممر الدسر، ويأخذ الدفع الشكل النافوري، ثم ينشأ دفع مقدم ناتج عن قوة وسرعة إفلات الغازات العادم من مؤخرة الطائرة.
المحرك النبضي النافوري
الذي يقوم بشفط الهواء إلى داخله، ويتألف من: غرفة احتراق يعبر إليها الهواء عن طريق صمامات تفتح وتغلق بتأثير الضغط داخل الغرفة.
ويتكون أيضا من نافورة التي تولد دفع؛ بسبب غازاتها الساخنة المندفعة منها، ويأخذ الاندفاع الشكل النافوري، ويتألف من سلسلة متوالية من النبضات الدفعية.
المحرك التضاغطي النفاث
يتكون هذا المحرك من غرفة احتراق، والماسورة النافورية، ومستنشر.
بعد أن يقوم المحرك بشفط الهواء إلى داخله، يتولد الدفع، من خلال نفث الهواء الساخن خلفا.
هذا النوع من المحركات أدائه غير كافي، إلا إذا تجاوزت سرعة عن 2450 كم/ساعة.
المحرك التوربيني ذو الدفع المتضاد
وهو نوع من المحركات والتي يكون فيها سريان الهواء بداخل التوربينة والضاغط باتجاه متضادين.
المحرك التوربيني الغازي
وهو المحرك الذي يتم فيه تسخين عامل التشغيل بالاحتراق الداخلي، ثم ينتشر خلال مرحلة توربينية.
محرك عمود الإدارة التوربيني
وهو شبيه للمحرك المرحوي التوربيني، لكن هذا المحرك لا يدير المروحة الطائرة، ويستخدم هذا المحرك في طائرات الهليكوبتر، ولكن سرعة المروحة مستقلة تماما عن سرعة المحرك، وهذا الذي يجعل المروحة ثابتة أثناء الطيران ومهما تغيرت سرعة المحرك.
تم إضافة عازل ومُصفى أتربة إلى المحرك عند مدخل الهواء، حتى لا يتسبب بإعاقة المحرك؛ بسبب أن هذه الطائرات تطير على ارتفاعات منخفض.
المحرك التوربيني المركب
وهو عبارة عن محرك غازي تتم فيه عمليات الانضغاط على مراحل عبر عدد من المراحل المرتبة ميكانيكيا، وكل قسم يدير تربينة مستقلة.
المحرك ثنائي القسم
عبارة عن محرك نفاث يتكون من ضاغط محوري ينقسم إلى قسمين، وكل واحد منها يُدار عن طريق توربينية منفصلة.
ومن مميزاته: أنه يعطي مرونة أكبر في التشغيل، ويسمح بالإنضغاط المرتفع.
المحرك الدائري
وهو من أنواع المحركات ذات الاحتراق الداخلي، حيث تكون الأسطوانات موجودة حول العمود المرفقي بشكل دائري.
المحرك المستقيم
وهو أيضا نوع من أنواع محركات ذات الاحتراق الداخلي، لكنه ترددي، يحتوي على صف واحد، أو أكثر من الأسطوانات المتتالية من الأمام إلى الخلف.
المحرك المنكوس
وهو محرك اختراق داخلي، حيث تتواجد الأسطوانات فيه أسفل العمود المرفقي.
بعض التنبيهات الهامة
المقصود باسطوانة اللهب: الجزء الذي على شكل الأسطوانة من غرفة الاحتراق، وفيه تتولد درجات الحرارة المرتفعة.
الاشتعال: وهي عملية بدء الاحتراق في مرحلة تشغيل المحرك، و تنتج بسبب:
- الاشتعال الذاتي: وهو الاشتعال الوقود من تلقاء نفسه عندما يدخل دخول الأسطوانة، واختلاطه بالهواء الساخن في محرك الاحتراق الداخلي.
- التوربينة: وهي قسم من المحرك النفاث، والذي بداخله تتم إدارة غازات الاحتراق الساخنة صف من الريش المثبتة على في القرص، حتى تتم تشغيل التوربينة لمرحلة واحد أو كثر.
- حارق: وهي عبارة عن نبضية ذات ثقب ثابت، أو متحرك؛ وذلك لرش بعض من الوقود السائل في غرفة والقيام بحرقه.
حرارة الانضغاط
وهي الحرارة الناتجة من انضغاط الغازات، و تنتج بسبب:
- دفع: وهي القوة الداسرة والتي تولده وحدات القدرة في الطائرة؛ لإحداث حركة في جسم الطائرة، أو لتغيير حركتها، أي أنها القوى الهوائية التي يولدها المحرك النفاث.