(3 رأی، میانگین: 4,00 از 5)
در حال بررسی...موتورهای توربوپراپ
به بیان ساده، موتور توربوپراپ یک موتور توربین گازی هوایی است که یک پروانه را به حرکت درمی‌آورد. برخلاف موتور توربوفن که نیروی پیشران تولید می‌کند، موتورهای توربوپراپ تقریبا به طور کامل به پروانه خود برای ایجاد حرکت رو به جلو متکی هستند. بخش توربین موتور به سادگی برای چرخاندن پروانه استفاده می‌شود و این عمل چرخشی پروانه، باعث ایجاد نیروی پیشران مورد نیاز شده تا هواپیما رو به جلو حرکت کند.
مزیت یک موتور توربوپراپ در مقایسه با یک موتور پیستونی، توانمندی آن در تولید میزان بیشتری از قدرت و حفظ آن در ارتفاع پروازی بالاتر است. موتورهای توربوپراپ نیز در مقایسه با هواپیماهای موتور پیستونی ساده‌تر بوده و قابلیت اطمینان بالاتری دارند.
ساختار داخلی یک موتور توربوپراپ
اگر بتوان پروانه را نادیده گرفت، موتورهای توربوپراپ در ساختار داخلی بسیار شبیه به موتورهای توربوفن هستند. این موتور دارای چند طبقه کمپرسور، یک محفظه احتراق، چند طبقه توربین و در نهایت یک خروجی است. عملکرد موتور نیز مشابه موتور توربوفن است. هوا توسط ورودی موتور مکیده شده و به بخش کمپرسور هدایت می‌شود. در اینجا سرعت هوا کاهش یافته و فشار آن افزایش می‌یابد. هوا پس از کمپرسور، وارد محفظه احتراق شده و در آنجا با سوخت می‌سوزد که باعث افزایش سرعت و دمای آن می‌شود. سپس هوا به طبقات توربین منتقل می‌شود و اینجا است که تفاوت عمده بین موتور توربوفن و موتور توربوپراپ دیده می‌شود.
” بخوانید: موتورهای توربوفن و توربوپراپ؛ دوقلوهای غیرهمسان “
در موتور توربوفن، توربین‌ها انرژی جنبشی را به جریان اضافه می‌کنند و این جریان برای تولید نیروی پیشران از اگزاست خارج می‌شود. با این حال، در یک موتور توربوپراپ، توربین‌ها به یک محور پروانه متصل می‌شوند و بنابراین تقریبا تمام انرژی ایجادشده توسط توربین‌ها، برای چرخش پروانه مورد استفاده قرار می‌گیرد. در موتور توربوپراپ، سهم جت خروجی در تولید نیروی پیشران ناچیز و حدود ۵ درصد است.
تفاوت عمده دیگر این موتورها، وجود گیربکس کاهنده است. پروانه‌ها در دورهای بالاتر بسیار ناکارآمد می‌شوند و از این رو، چرخش آن با سرعت توربین در ده‌ها هزار دور در دقیقه، گزینه ایده‌آل نیست. در اینجا گیربکس کاهنده وارد می‌شود که بین پروانه و محور توربین پروانه قرار دارد. گیربکس دور پروانه را کاهش می‌دهد تا با سرعت قابل قبولی بچرخد. بیشتر پروانه‌های توربوپراپ در حدود ۲ تا ۳ هزار دور در دقیقه کار می‌کنند. این کاهش قابل‌توجهی است، به دلیل اینکه توربین موتور در حدود ۲۰ تا ۳۰ هزار دور در دقیقه می‌چرخد.
انواع موتورهای توربوپراپ
۱- موتور توربوپراپ محور ثابت
در موتورهای توربوپراپ محور ثابت، توربین پروانه به قسمت کمپرسور موتور یا ژنراتور گاز متصل می‌شود. با این سیستم، کنترل سرعت پروانه دشوارتر است، زیرا طبقات کمپرسور باید با سرعت خاصی چرخانده شوند تا از کارکرد مناسب موتور اطمینان حاصل شود.
۲- موتور توربوپراپ توربین آزاد
یک موتور توربوپراپ با توربین آزاد دارای یک توربین توان جداگانه است که هیچ ارتباط مکانیکی با ژنراتور گاز یا بخش کمپرسور ندارد. این توربین آزاد پروانه را می‌چرخاند و به آن توربین توان نیز گفته می‌شود. از آنجایی که هیچ اتصال مکانیکی وجود ندارد، توربین توان توسط گازهای حاصل از احتراق می‌چرخد.
مزایای یک موتور توربین آزاد این است که اول از همه در هنگام راه‌اندازی موتور به گشتاور کمتری نیاز است، به دلیل اینکه استارتر مجبور نیست توربین پروانه را بچرخاند. این باعث کاهش سایش استارتر می‌شود. مزیت دیگر این است که در چنین موتوری می‌توان از ترمز جداگانه برای پروانه استفاده کرد که به موجب آن می‌توان توربین توان را در حین فعال بودن هسته موتور متوقف کرد. این به موتور اجازه می‌دهد تا به عنوان یک واحد اضطراری توان (APU) نیز عمل کند. هواپیمای توربوپراپ منطقه‌ای ATR، از این ویژگی استفاده می‌کند و این مزیت به سامانه‌های هواپیما مانند تهویه مطبوع اجازه می‌دهد بدون چرخش پروانه کار کنند. همچنین در مراحل پروازی با نیاز کمتر به توان مانند فاز خزش (تاکسی)، می‌توان دور پروانه را با مقدار کمتری برای کاهش نویز کنترل کرد.
توان تولیدشده توسط یک موتور توربوپراپ
در موتور توربوفن، مقدار قدرت تولیدشده، بر حسب نیرویی که نیروی پیشران ایجاد کرده، سنجیده می‌شود. یک موتور توربوپراپ، نیروی پیشران تولید نمی‌کند. قدرتی که موتورهای توربوپراپ تولید می‌کنند بر حسب اسب بخار ارزیابی می‌شود. این توان بر حسب اسب بخار به دو عامل دور در دقیقه پروانه و گشتاور روی آن بستگی دارد.
کارکرد پروانه هواپیما
در کابین یک هواپیمای توربوپراپ، خلبان دارای هر دو نشانگر گشتاور و چرخش پروانه است. این دو نشانه اصلی هستند که خلبانان برای کنترل موتور استفاده می‌کنند. در حین پرواز در یک زمان معین، دور پروانه به دلیل اینکه توسط واحد سرعت ثابت یا گاورنر کنترل می‌شود، ثابت باقی می‌ماند. به همین دلیل، اسب بخار تولیدشده توسط موتور توسط گشتاور کنترل می‌شود. بنابراین، خلبانان از گشتاور به عنوان کنترل اولیه قدرت استفاده می‌کنند. افزایش گشتاور برابر با افزایش قدرت و کاهش گشتاور برابر با کاهش قدرت است.
خلبانان چگونه با موتورهای توربوپراپ کار می‌کنند؟
یک هواپیما با موتور توربوپراپ دارای دو اهرم کنترل موتور، شامل یک اهرم قدرت و یک اهرم وضعیت است. اهرم قدرت را می‌توان برای افزایش یا کاهش قدرت با برنامه‌ریزی سوخت برای احتراق استفاده کرد، در حالی که اهرم وضعیت با تغییر زاویه پره آن، دور پروانه را کنترل می‌کند. در اکثر موتورهای توربوپراپ روزآمد، یک واحد کنترل الکترونیکی موتور وجود دارد. این واحد از موقعیت اهرم قدرت، موقعیت اهرم وضعیت و اطلاعات داده‌های هوا برای تامین سوخت بهینه برای موتور استفاده می‌کند.
هنگام پرواز، خلبان اهرم وضعیت برای رسیدن به دور موردنظر را تنظیم می‌کند. سپس این دور توسط واحد سرعت ثابت یا واحد کنترل پروانه ثابت نگه داشته می‌شود. اگر خلبان اهرم قدرت را به سمت جلو حرکت دهد، سوخت بیشتری برای احتراق اضافه می‌شود و موتور سعی می‌کند تا پروانه را با دور بالاتر بچرخاند. سپس این مورد توسط واحد سرعت ثابت تشخیص داده می‌شود که زاویه پره پروانه را افزایش داده و به نوبه خود دور را به مقدار مورد نیاز خلبان کاهش می‌دهد. به طور مشابه، هنگامی که اهرم قدرت برای کاهش قدرت به عقب کشیده می‌شود، دور پروانه کاهش می‌یابد. این روند دوباره توسط واحد کنترل پروانه تشخیص داده شده که زاویه پره پروانه را کاهش می‌دهد. بر این اساس، دور تنظیم‌شده توسط خلبان محقق می‌شود.
واحد کنترل پروانه فقط می‌تواند زاویه پروانه را تا حد معینی کنترل کند. اگر از این حد معین عبور کند، کنترل آن دیگر امکان‌پذیر نیست. در بیشتر موارد، واحد کنترل پروانه می‌تواند زاویه پره یا دور پروانه را در طول پرواز کنترل کند. هنگامی که اهرم قدرت به قدرت وضعیت درجا (idle) پرواز کشیده می‌شود، به حد مجاز واحد کنترل پروانه رسیده‌است. در زیر وضعیت درجا پرواز، اهرم قدرت، کنترل کامل زاویه پره پروانه را به دست می‌آورد. این محدوده بتا نامیده می‌شود. در زیر وضعیت درجا پرواز، حرکت اهرم قدرت، زاویه پره و زمان‌بندی سوخت را تغییر می‌دهد. عقب‌کشیدن اهرم، زاویه پره را کاهش می‌دهد و حرکت آن به جلو، باعث افزایش زاویه پره می‌شود. در بسیاری از موتورهای توربوپراپ، به عقب انداختن اهرم‌های قدرت در زیر وضعیت درجا پرواز در هوا ممنوع است، زیرا این امر باعث می‌شود پروانه در محدوده کنترل نشده‌ای قرار گیرد که در آنجا زاویه پره دیگر توسط واحد کنترل پروانه کنترل نمی‌شود. انجام این کار می‌تواند زاویه پره پروانه را تا حد سرعت بیش از حد کاهش دهد و به موتور آسیب برساند.
بنابراین، خلبان‌ها هرگز نباید اهرم‌های قدرت را به زیر اهرم‌های بازدارنده در وضعیت درجا بکشند. در موتورهای توربوپراپ، همراه با بازدارنده وضعیت درجا پرواز، یک بازدارنده درجای زمینی نیز وجود دارد. هنگامی که اهرم‌های قدرت در وضعیت درجای زمینی قرار دارند، زاویه پره پروانه کم است و پره‌ها بیشتر در معرض جریان هوا هستند. این امر باعث افزایش کشش و کمک به توقف هواپیما پس از فرود می‌شود. حرکت اهرم قدرت در محدوده پایین‌تر از وضعیت درجای زمینی به پروانه اجازه می‌دهد در جایی که زاویه پره تغییر می‌کند، به عقب برود، به طوری که نیروی پیشران منفی ایجاد شده که به ترمز هواپیما کمک می‌کند.
منبع:
