تفاوت دو نوع موتور توربوفن؛ موتورهای رانش مستقیم و دنده‌ای

بررسی دو نوع موتور توربوفن

موتورهای هوایی با فشرده‌سازی هوای ورودی از طریق عبور از طبقات کمپرسور کار می‌کنند. دمای هوا با فشار افزایش می‌یابد. هوای فشرده با دمای بالا و با سوخت تحت‌فشار ترکیب شده و در محفظه احتراق مشتعل می‌شود. گازهای داغ منبسط می‌شوند و قبل از خروج از اگزاست از طبقات توربین عبور می‌کنند.

نسبت گذردهی موتور، نسبت بین جریان اولیه (نرخ جریان جرمی هوای ورودی به هسته موتور) و جریان ثانویه (نرخ جریان جرمی کنارگذر موتور) است. در موتورها با نسبت گذردهی پایین، هوای بیشتری وارد هسته می‌شود تا نیروی پیشران بیشتری تولید کند. موتورها با نسبت گذردهی پایین معمولا در هواپیماهای مافوق صوت به دلیل نیاز به توان بالا مورداستفاده قرار می‌گیرند. چنین موتورهایی نسبتا مصرف سوخت کمتری دارند ولی بسیار پر سر و صدا هستند.

موتورها با نسبت گذردهی بالا برای سرعت‌های زیر صوت ایده‌آل هستند. این موتورها به حدود ۱۰ درصد از هوای ورودی، اجازه ورود به هسته را می‌دهند، در حالی که ۹۰ درصد بقیه به کنارگذر منتقل می‌شود. چنین موتورهایی بسیار کم صداتر و کم مصرف‌تر هستند.

پیکربندی موتور توربوفن

موتورهای توربوفن بر اساس الزامات توانی طراحی و پیکربندی می‌شوند. یکی از عناصر اولیه توربوفن، یک شفت است. شفت ترکیبی واحد از کمپرسور، توربین و محور است که با یک سرعت می‌چرخند. موتورهای توربوفن ممکن است دارای طراحی تک شفته، دو شفته یا سه شفته باشند.

موتورهای توربوفن رانش مستقیم

در یک موتور توربوفن دو شفته معمولی، یک محور، فن، کمپرسور و توربین کم‌فشار را به هم متصل می‌کند. محور دوم، کمپرسور و توربین پرفشار را به هم متصل می‌کند.

این دو محور با سرعت‌های مختلف به صورت متحدالمرکز کار می‌کنند و بهره‌وری کلی موتور را افزایش می‌دهند. محور کم‌فشار یک موتور معمولی برای یک هواپیمای باریک‌پیکر ممکن است در ۳۵۰۰ دور در دقیقه کار کند. از سوی دیگر، یک محور پرفشار در حدود ۱۰ هزار دور در دقیقه کار می‌کند.

موتورهای توربوفن دنده‌ای

طراحی موتورهای توربوفن دنده‌ای برای موتورهایی با نسبت گذردهی بسیار بالا کارآمد است. این امر به این دلیل است که چنین موتورهایی به دلیل توانایی آنها در استفاده از حداقل هوا برای انبساط، از نظر مصرف سوخت ویژه کارآمدتر هستند. در سیستم کم‌فشار، سرعت نوک فن نسبت به سرعت پره‌های توربین کم‌فشار افزایش می‌یابد.

طراحی توربوفن دنده‌ای امکان مدیریت سرعت نوک فن را بسته به الزامات نیروی پیشران می‌دهد. یک جعبه‌دنده کاهشی بین فن و محور کم‌فشار در بخش کم‌فشار نصب شده‌است. این جعبه‌دنده سرعت نوک فن را زیر سطح مافوق صوت حفظ می‌کند و در عین حال، بهر‌وری کلی سوخت را در سطح قابل قبولی نگه می‌دارد.

موتور PW1000G محصول پرت‌اندویتنی، یک موتور توربوفن دنده‌ای با نسبت گذردهی بالا است که نیروی پیشران طیف وسیعی از هواپیماهای باریک‌پیکر را تامین می‌کند. موتور PW1100G نصب‌شده بر روی ایرباس A320neo، موتور PW1200G نصب‌شده بر روی میتسوبیشی MRJ و موتور PW1500G نصب‌شده بر روی ایرباس A220 انواع مختلفی از موتورهای توربوفن دنده‌ای بشمار می‌روند. بنابر ادعای پرت‌اندویتنی، این موتور ۱۶ درصد مصرف سوخت کمتری نسبت به نسل قبلی دارد و تا ۷۵ درصد کم‌صداتر است.