در حال بررسی...موتورهای توربوفن و توربوپراپ
موتورهای توربوفن و توربوپراپ در اصل ترمودینامیکی با هم یکسان، اما در عملکرد و کاربرد متفاوت هستند. موتورهای توربینی، بر اساس اصول فشرده‌سازی، احتراق و انبساط کار می‌کنند. هوای ورودی از یک سری طبقات کمپرسور (پره‌های ثابت و متحرک) که هوا در آنجا فشرده شده، عبور می‌کند. در نتیجه سرعت هوا کاهش یافته و فشار و دمای هوا افزایش پیدا می‌کند.
هوای فشرده با سوخت تحت فشار مخلوط شده و در محفظه احتراق مشتعل می‌شود. گازهای داغ منبسط می‌شوند و قبل از خروج از اگزاست از یک سری طبقات توربین (پره‌های ثابت و متحرک) عبور می‌کنند. در طول این فرآیند، سرعت خروج از سرعت جریان آزاد به میزان قابل‌توجهی بیشتر است که نیروی پیشران ایجاد می‌کند و موتور و هواپیما را به جلو می‌راند.
موتور توربوپراپ
موتور توربوپراپ شامل یک پروانه است که از طریق یک سری چرخ‌دنده به محور متصل می‌شود. همانطور که خروجی توربین محور را می‌چرخاند، یک سری چرخ‌دنده قبل از چرخاندن پروانه، سرعت چرخش را کاهش می‌دهند. در نتیجه، پروانه نیروی پیشران لازم را برای حرکت هواپیما به جلو فراهم می‌کند. این نکته قابل‌توجه است که پروانه تقریبا تمام نیروی پیشران موردنیاز برای پرواز را ایجاد می‌کند.
موتورهای توربوپراپ در سرعت‌های زیر صوت ۴۶۰ کیلومتر در ساعت تا ۷۴۰ کیلومتر در ساعت بسیار کارآمد هستند. آنها در سرعت‌های بالاتر، به ویژه سرعت‌های مافوق صوت، به دلیل محدودیت‌های سرعت چرخشی پروانه، کارایی خود را از دست می‌دهند. این بزرگترین دلیلی است برای اینکه معمولا از موتورهای توربوپراپ در هواپیماهای کوچکتر استفاده می‌شود.
یک موتور توربوپراپ به دلیل وجود پروانه با قابلیت کنترل کمتر، دارای اشکالات طراحی و آیرودینامیکی است. علاوه بر این، در صورت خرابی یک موتور در اواسط پرواز، می‌تواند باعث ایجاد مقدار زیادی نیروی پسای آیرودینامیکی و گشتاور غلتشی بسیار بیشتر در موتور دیگر شود.
موتور توربوفن
یک موتور توربوفن به طور کلی دارای یک محور کم‌فشار است که فن، کمپرسور کم‌فشار و توربین کم‌فشار را به هم متصل می‌کند. محور پرفشار دوم، کمپرسور پرفشار و توربین پرفشار را به هم وصل می‌کند. این دو محور با سرعت‌های مختلف به صورت متحدالمرکز کار می‌کنند و بهره‌وری کلی موتور را افزایش می‌دهند.
موتور توربوفن تنها بخش کوچکی از هوای ورودی را هدایت می‌کند تا فشرده شده و با سوخت برای احتراق مخلوط شود. بخش بزرگتر هوای ورودی بصورت کنارگذر هدایت می‌شود و نیروی پیشران بیشتری را تولید می‌کند. نسبت بین دبی جرمی هوای ورودی به هسته موتور (جریان اولیه) به دبی هوای کنارگذر (جریان ثانویه) به عنوان نسبت گذردهی شناخته می‌شود.
موتورها با نسبت گذردهی پایین اجازه می‌دهند هوای بیشتری وارد هسته شود و نیروی پیشران بیشتری تولید کند. چنین موتورهایی نسبتا مصرف سوخت کمتری دارند و سر و صدای بیشتری دارند. این موتورها معمولا در هواپیماهای مافوق صوت که نیاز به قدرت بالاتری دارند، استفاده می‌شوند.
از طرف دیگر، موتورهایی با نسبت گذردهی بالا برای سرعت‌های زیر صوت بالا ایده‌آل هستند. در چنین موتورهایی، تقریبا ۲۰ درصد از هوای ورودی وارد هسته موتور شده، در حالی که ۸۰ درصد بصورت کنارگذر عبور می‌کند و به طور کل به نیروی پیشران موتور اضافه می‌شود. این موتورها بسیار کم صداتر و کم مصرف‌تر بوده، از این رو برای جت‌های تجاری ایده‌آل هستند.
موتور رولزرویس ترنت XWB که نیروی پیشران ایرباس A350 را تامین می‌کند، دارای گذردهی ۹.۶ است. تقریباً ۱۰ درصد از هوا فشرده شده و برای احتراق استفاده می‌شود، در حالی که ۹۰ درصد باقی‌مانده از طریق جریان کنارگذر به سمت عقب حرکت می‌کند. موتورهای توربوفن به دلیل ساختار فن دارای پوشش، عملکرد آیرودینامیک بهتری ارائه می‌دهند. علاوه بر این، از دست دادن یک موتور در حین پرواز، باعث حداقل اثرات با ریسک بالای گشتاور روی موتور دیگر می‌شود.
منبع:
#موتور توربوفن #موتور توربوپراپ #موتور هوایی
