چرا موتور هواپیماهای مسافربری دائما بزرگ‌تر می‌شوند؟

موتور هواپیماهای مسافربری

صنعت هوانوردی ممکن است شاهد خروج آخرین هواپیمای چهار موتوره از خط تولید در اوایل سال جاری میلادی بوده باشد، زمانی که بوئینگ یک فروند هواپیمای باری ۸-۷۴۷ را به اطلس ایر تحویل داد. طی چند دهه اخیر، تعداد هواپیماهای سه و چهار موتوره کاهش یافته، در حالی که اندازه موتور هواپیماهای مسافربری به طور محسوسی افزایش یافته‌است. موتورهای بزرگتر نیروی پیشران بیشتری تولید می‌کنند و از بهره‌وری بالاتری برخوردار هستند.

” بخوانید: بهترین هواپیماهای مسافربری چهار موتوره “

نسبت‌های گذردهی و بهره‌وری

نیروی پیشرانی که توسط مقدار سوخت معینی تولید می‌شود، تا حد زیادی بهره‌وری موتور هواپیما را تعیین می‌کند. بلافاصله پس از آغاز به کار موتورهای توربوفن، موتورسازانی همچون جنرال الکتریک، پرت‌اندویتنی و رولزرویس تلاش کردند تا نسبت گذردهی محصولات خود را افزایش دهند. نسبت گذردهی یک موتور، از نسبت مقدار هوای عبورکرده از هسته موتور بر مقدار هوایی که به دور هسته موتور می‌رود و توسط یک فن بزرگ که در جلو قرار گرفته از پشت موتور به بیرون رانده می‌شود، بدست می‌آید.

موتورهای توربوفن هوای فشرده را توسط سوخت موجود در هسته موتور مشتعل می‌کنند. انرژی حاصل از این احتراق برای به حرکت درآوردن محوری که پره‌های فن را در جلوی موتور می‌چرخاند، استفاده می‌شود، در حالی که هوای خروجی نیز برای تولید مقدار دیگری از نیروی پیشران خارج می‌شود. پره‌های فن دوار در جلوی موتور بیشترین نیروی پیشران موتور را تولید می‌کنند. هرچه این پره‌ها سریع‌تر و با بهره‌وری بیشتر بچرخند، نیروی تولیدی توسط موتور افزایش پیدا می‌کند.

مهندسی موتورهای بزرگ‌تر

مهندسان اندازه موتورها را افزایش داده‌اند تا پره فن‌های بزرگتر و نسبت‌های گذردهی بالاتری را در خود جای دهند و در عین حال سعی دارند هسته اموتورها را نسبتا کوچک نگه دارند. این امر موجب می‌شود هوای بیشتری از پره‌های بزرگ فن موتور عبور کند، بدون اینکه سوخت دچار احتراق شود. هوای کمتر در هسته موتور به این معنی است که سوخت کمتری برای ترکیب شدن با هوا موردنیاز است که منجر به صرفه‌جویی قابل‌توجهی در مصرف سوخت می‌شود.

یکی از مهم‌ترین چالش‌ها در افزایش اندازه موتور، اطمینان از استفاده از موادی است که می‌توانند در برابر سرعت‌های چرخشی بالاتر و نیروهای جانب به مرکز بزرگ‌تر مقاومت کنند. مهندسان و دانشمندان، آلیاژهای تیتانیوم و مواد کامپوزیتی با دوام بسیار بالا تولید کرده‌اند که می‌توانند نیروهای چرخشی بزرگ‌تری را که ناشی از پره‌های فن بلندتر است، تحمل کنند. در داخل موتور، چرخ‌دنده‌های بسیار پیچیده‌ برای اطمینان از اینکه محور متصل به کمپرسور، به پره‌های فنی که حالا از همیشه بزرگ‌تر هستند، خصوصا در تنظیمات توان بالا سرعت بیشتری نمی‌دهد، تعبیه شده‌است.

در حال حاضر، موتوری که از بالاترین نسبت گذردهی مربوط به موتور پرت‌اندویتنی PW1000G است که برای تامین نیروی پیشران خانواده ایرباس A320neo و همچنین A220 توسعه یافته‌است. به ازای هر کیلوگرم هوای ترکیب‌شده با سوخت در هسته، بیش از ۱۲ کیلوگرم هوای گذردهی هسته به‌عنوان نیروی پیشران خالص تولید می‌شود. در مقابل، بزرگترین موتور توربوفن ساخته‌شده تا به امروز،‌ موتور GE9X جنرال الکتریک است که نسبت گذردهی آن کمی کمتر از موتور پرت‌اندویتنی و به مقدار ۱۰ ثبت شده‌است. بنابر اعلام جنرال الکتریک، قطر فن این موتور ۳,۴ متر گزارش شده که تنها کمی کوچکتر از قطر ۳,۹۵ متری کل بدنه ایرباس A320 است.

موتورهای بزرگ‌تر کارآمدتر هستند، چرا که در مقایسه با موتورهایی با نسبت گذردهی پایین‌تر، نیروی پیشران بیشتری برای یک مقدار سوخت معین تولید می‌کنند. اولین موتورهای توربوفن نسبت گذردهی بسیار پایینی که یعنی هر مولکول هوا برای تولید نیروی پیشران با سوخت ترکیب می‌شد. از آن زمان مواد تقویت شده‌اند و مهندسان ماشین‌آلاتی بادوام‌تر،‌ ایمن‌تر و کارآمدتر طراحی کرده‌اند.

منبع:

simpleflying

#موتور هوایی #موتور توربوفن