شرکت آشیانه ققنوس ایرانیان | علیرضا نوروزی | آموزش ساخت پهپاد | پهپاد
آموزش، طراحی، ساخت، تعمیر و پشتیبانی انواع پرنده های بدون سرنشین (غیرنظامی) www.phoenix-air.irشرکت آشیانه ققنوس ایرانیان | علیرضا نوروزی | آموزش ساخت پهپاد | پهپاد
آموزش، طراحی، ساخت، تعمیر و پشتیبانی انواع پرنده های بدون سرنشین (غیرنظامی) www.phoenix-air.irاویونیک
اویونیک
کلمه اویونیک از دو کلمه electronic و aviation تشکیل شده و به معنای الکترونیک هوایی است .
برقی که هواپیما استفاده میکند کلا به دو نوع تفسیم میشود نوع اول جریان برق مستقیم ۲۸ ولتی است
و برای مثال میتوان گفت استارتر های از نوع ژنراتوری با این نوع برق کار میکنند
و بعد از استارت موتور این ژنراتور خود وظیفه تولید برق را بر عهده میگیرد .
نوع دیگر جریان برق در هواپیما جریان متانوب ۱۱۵ ولتی با فرکانس ۴۰۰ مگاهرتز است .
مولد های جریان برق در هواپیما به صورت زیر میباشد:
ژنراتور و آلتروناتور ها این دو مولد جریان برق در هواپیما هستند و کارشان تبدیل نیروی مکانیکی به الکتریکی است
و ژنراتور ها و آلترناتور ها نیروی مکانیکی خود را از موتور دریافت میکنند
یعنی اینکه ژنراتور ها و آلترناتور ها توسط موتور پشتیبانی میشوند نیروی مکانیکی از موتور به واسطه گیربکس به آلترناتور و ژنراتور های میرسد
و توسط این دو نیروی مکانیکی به نیروی برق تبدیل میشود و با توجه به تغییر مقدار نیروی مکانیکی منتقل شده توسط گیربکس
که باعث تغییر فرکانس جریان برق تولیدی میشود بنابراین سیستمی تحت عنوان CSD نیروی مکانیکی منتقل شده از گیربکس را ثابت نگه میدارد
منبع دیگر جریان برق باتری های هواپیما هستند ،باتری های هواپیما از نوع آب اسیدی و نیکل کادمیوم هستند
که جریان برق ۲۴ ولتی را برای سیستم ها فراهم میکنند و توسط APU یا منبع خارجی شارژ میشوند خود سیستم APU
که د واقع یک موتور توربوشفت است که در زیر سکان عمودی قرار میگیرد
خود توانایی استارت زدن موتور و پشتیبانی از ژنراتور ها و آلترناتور ها و پمپ های هیدرولیکی و سیستم تهویه هوا را داراست
در سیستم هم اینونتور ها وظیفه تبدیل جریان برق از متناوب به مستقیم یا برعکس را بر عهده دارند .
سیستم FLY BY WIRE
در این سیستم بجای اینکه فرامین خلبان توسط سیستم های مکانیکی
مانند میل۶ های متحرک یا کابل ها یا بصورت سیستم های هیدرولیک به بالچه ها منتقل شود
در سیستم FBW فرامیل خلبان توسط کامپیوتر به سیگنال تبدیل شده و توسط سیم به کنترلر ها میرسد
و باعث کنترل هواپیما میشود چون در سیستم FBW بجای سیستم های هیدرولیکی و مکانیکی از سیم و سیستم دیجیتال استفاده شده
بنابراین وزن هواپیما کاهش چشم گیری پیدا میکند و از محاسن این سیستم میتوان به پایداری بیشتر هواپیما اشاره کرد
و با سیستم FBW هدایت هواپیما نیز هوشمند میشود
برای مثال اگر خلبان بخواهد زاویه حمله را بیش از حد افزایش دهد سیستم FBW این اجازه را نخواهد داد.
جعبه سیاه
جعبه سیاه بر خلاف اسمش به رنگ نارنجی با نوار های سفید است
تا در صورت سانحه راحتتر در اعماق دریا یا جای دیگر پیدا شود
و در زیر سکان عمودی قرار میگیرد تا در صورت سانحه صدمه کمتری ببیند
جعبه سیاه از دو قسمت FDR و CVR تشکیل شده .
قسمت CVR که COCKPIT VOICE RECORDER است وظیفه ضبط صدای خلبان و خدمه را بر عهده دارد
این سیستم با استفاده از میکروفن های درون کابین یا خود میکروفن خلبان و کمک خلبان صدای خلبان و کمک خلبان را ضبط میکند
و همچنین با میکروفن های دیگر صدای مهماندار هارا ضبط میکند و در حافظه ذخیره میکند .
قسمت دیگر جعبه سیاه FDR یا FLIGHT DATA RECORDER
است و این قسمت وظیفه ضبط کردن وضعیت سیستم ها همچون وضعیت سیستم هیدرولیک و موتور و….
و دیگر پارامتر ها همچون فشار و … و را بر عهده دارد .
در صورت سانحه اگر هواپیما درون دریا سقوط کند
سیستم UBL جعبه سیاه اقدام به فرستادن سیگنال با برد ۲ مایل در فرکانس VHF میکند تا جعبه سیاه راحتتر کشف شود .
سیستم ELT یا EMERGENCY LOCATOR TRANSMITER
سیستم ELT در زیر سکان عمودی قرار میگیرد تا در صورت سانحه آسیب کمتری ببیند
و وظیفه ارسال سیگنال اخطار در صورت سانحه هواپیما را بر عهده دارد تا در صورت سانحه بسرعت موقعیت سقوط هواپیما کشف شده
و عملیات امداد و نجات بدون فوت وقت انجام گیرد سیستم ELT چند نوع مختلف دارد
در یک نوع در صورت افتادن در آب شیرین بعد از ۵ دقیقه و در صورت افتادن در آب شور بعد از ۵ ثانیه اقدام به فرستادن سیگنال میکند
و سیگنال ارسالی هم بر روی فرکانس VHF است این نوع ELT مناسب برای هواپیما هایی است
که بیشتر بر روی آب پرواز میکنند و نوع دیگر ELT در صورتی شروع به ارسال سیگنال میکند
تا فشار ۵ الی ۷ جی در جهت محور طولی هواپیما وارد شود
و این نوع بیشتر برای هواپیما هایی مناسب است بر روی خشکی بیشتر پرواز میکنند .
نوع جدید ELT میتواند سیگنالی ارسال کند که توسط ماهواره ردیابی شود
و بدین شکل کشف موقعیت سقوط بسیار راحتتر است .
سیستم ارتباطی رادیویی
این سیستم دارای نوع های مختلف است
و برای هواپیما های مسافربری غیر نظامی بر روی باند VHF است
و برای هواپیما های نظامی ارتباط بر روی باند UHF است
و برای فواصل دور از نوع HF و نوع دیگر ارتباط ماهواره ای است .
سیستم ارتباط رادیویی از آنتن گیرنده و فرستنده
و پنل کنترل تشکیل شده و در سیستم ارتباط رادیویی در دو حالت گیرندگی و فرستندگی کار میکند
که در صورت فشار پنل PTT در حالت فرستندگی برای ارسال پیام صوتی قرار میگیرد .
در حالت گیرندگی گیرنده سیگنال را دریافت کرده و سیگنال صوتی را از فرکانس کریر حامل آن جدا کرده و تقویت میکند
و سپس بصورت صوتی در کابین پخش میکند که میزان ولوم آن از داخل کابین قابل تنظیم است
و در حالت فرستندگی هم سگنال صوتی بر روی فرکانس کریر حامل سوار شده
و تقویت میشود و توسط آنتن در فصا پخش میشود .
همانطور که گفته شد برای هواپیما های غیر نظامی مسافربری از فرکانس ۱۱۸ تا ۱۳۶ مگاهرتز در باند VHF استفاده میشود
و برای هواپیما های نظامی از باند UHF استفاده میشود
و از نوع HF با توجه به اینکه باند HF در صورت برخورد با لایه یونیسفر به زمین بازمیگردد
بنابراین از این نوع برای ارتباط در فواصل دور استفاده میشود
و ارتباط از نوع ماهواره ای برای ارتباط در فواصل بسیار دور میان قاره ای استفاده میشود .
سیستم SELCAL
با توجه به اینکه امروزه پرواز های هوایی افزایش یافته
و در صورت ارسال پیام رادیویی بر روی باند خاصی تمامی هواپیما ها و برج مراقبت که بر روی همان فرکانس کار میکنند
پیام را دریافت میکنند که این امر بسیار خسته کننده و غیر ضروری است
بنابراین سیستم سلکال بر روی سیستم های ارتباطی هواپیما نصب شده است
و تمامی هواپیما ها دارای چهار کد منحصر بفرد هستند و زمانی که پیام رادیویی ارسال میشود
کد بر روی فرکانس قرار میگیرد و زمانی که هواپیما این فرکانس را دریافت میکند
سیستم SELCAL سیگنال را چک میکند و در صورتی که کد سیگنال با کد هواپیما همخوانی داشت
پیام در کابین منتشر میشود و اگر پیام همخوانی نداشت منتشر نمیشود .
سیستم ACARS
این سیستم برای فرستادن پیام های کوتاه آن هم بصورت دیتا استفاده میشود
این سیستم با سنسور هایی که در قسمت های مختلف هواپیما مثل ارابه فرود ها قرار دارد
وضعیت هواپیما مثل حالت تیک آف یا لندینگ یا پیاده کردن مسافران را برای برج مراقبت بصورت دیتا ارسال میکند
و یا مسیر یا مقصد و میزان سوخت را برای برج بصورت دیتا ارسال میکند
و یا وضعیت موتور توسط همین سیستم به صورت دیتا به آشیانه فنی ارسال میشود .
سیستم ATC یا AIR TRAFFIC CONTROL (سیستم کنترل ترافیک)
این سیستم یک خط ارتباطی بین هواپیما و رادار زمینی است
که این سیستم دارای یک آنتن در بالای هولپیما و یک آنتن در پایین هواپیما و یک پنل کنترل است
هر پرواز دارای چهار کد است که خلبان آن را در پنل کابین وارد میکند که باعث میشود رادار زمینی با این کد هواپیما را بشناسد
که این نوع که تنها چهار کد را داراست MODE A میگویند و نوع بعدی علاوه بر چهار کد ارتفاع هواپیما را هم به رادار ارسال میکند
که به این نوع MODE C میگویند و نوع دیگر که پیشرفته ترین است علاوه بر چهار کد
و ارتفاع چهار کد ۲۴ بایتی را هم به رادار زمینی اعلام میکند که به این نوع MODE S میگویند .
سیستم TCSA
این سیستم برای جلوگیری از برخورد هواپیما ها با یکدیگر است
که این سیستم مکمل سیستم ATC از نوع MODE S است
که این سیستم هم دارای دو آنتن و پنل کنترل مشترک با سیستم ATC است و بصورت مکمل با این سیستم کار میکند .
سیستم GPWS
این سیستم برای جلوگیری از برخورد هواپیما به زمین کوه ها یا عوارض و ناهمواری های زمین است
که در صورتی که هواپیما بصورت شدیدی کاهش ارتفاع دهد این سیستم GPWS هشدار pull up! رو اعلام میکند
و در صورتی که ارتفاع هواپیما پایین باشد ولی ارابه های فرود باز نباشد یا فلپ ها به سمت پایین نباشد سیستم GPWS اقدام به هشدار میکند .
نوع جدید تر GPWS نسخه EGPWS است که این نوع همانند سیستم ترکام در حافظه خود نقشه ناهمواری ها و کوه ها را ذخیره کرده
و با ماهواره هم ارتباط برقرار میکند تا موقعیت هواپیما مشخص شود.
ارتفاع سنج رادیویی
ارتفاع سنج رادیویی نسبت به ارتفاع سنجی که با فشار کار میکند دقت بسیار بالاتری دارد
در صورتی که ارتفاع سنج فشاری ارتفاع را نسبت به دریا نشان میدهد
ولی ارتفاع سنج رادیویی اختلاف ارتفاع را نسبت به کوه ها و ناهمواری ها را هم میتواند نشان دهد .
ارتفاع سنج رادیویی با ارسال امواج رادیویی VHF به زمین و دیافت و تجزیه و تحلیل آن ارتفاع را محاسبه میکند .
سیستم RAAS
این یک سیستم هدایت ماهواره ای برای دریافت اطلاعات باند و خزشگاه ها است .
سیستم پرواز خودکار Auto Pilot
این سیستم یکی از پیچیده ترین سامانه های هواپیماست
امروزه در جدید ترین نسخه های حتی قابلیت این را دارد تا هواپیما را از مبدا به مقصد رسانده و فرود خدکار انجام دهد
این سیستم دارای یک کامپیوتر مرکزی است که نقش مغز سیستم را دارد
و با توجه به ژیروسکوب ها و سنسور هایی که در قسمت های مختلف هواپیما قرار گرفته
اطلاعت برای کامپیوتر مرکزی ارسال شده و کامپیوتر مرکزی سرووموتور ها را راه انداخته و هواپیما را هدایت میکند
و امروزه با کمک سیستم ILS که با امواج دریافتی از فرودگاه کار میکند
میتواند هواپیما را بصورت امن فرود آوردو سیستم AUTO THROTTLE هم برای کنترل خودکار قدرت موتور بکار میرود
و در نوع جدید موتور های مجهز به سیستم کنترل دیجیتال THRUST BY WIRE هم شده اند
و سیستم پرواز خودکار از انواع دو کاناله یعنی سیستم دارای دو کامپیوتر پردازنده و دو سیستم سرووموتور و مجموعه ژیروسکوب ها هستند
و گاهی اوقات سیستم های چهار کاناله بر روی هواپیما به کار میروند .
سیستم ناوبری
ناوبری هواپیما با توجه به دو آلات دقیق COMPASS که یک قطب نمای مغناطیسی است
و آلات دقیق افق نما که موقیعت افقی هواپیما را مشخص میکند انجام میگیرد .
نوع دیگر ناوبری از نوع اینرسی است یعنی با کمک شتاب سنج ها و ژیروسکوب ها ناوبری انجام میگیرد
ژیروسکوب یک قطعه ای است شبیه به چرخ که حول محور دواری میپرخد
و بیشتر وزن آن روی رینگش است که این قطعه نشان میدهد
که هواپیما چقدر از مسیر منحرف شده تا دوباره و با سیستم های کنترل به مسیر بازگردد .
نوع دیگر سیستم ناوبری رادیویی است که با امواج دریافتی از ایستگاه های زمینی جهت ایستگاه
و در نتیجه جهت ایستگاه و جهت ناوبری مشخص میشود
و نوع دیگری تحت انواع VOR مستقیما امواج رادیویی را از فرودگاه دریافت میکند
که جهت ناوبری را با همین امواج مشخص میکند و با کمک همین سیستم VOR سیستم ILS فرود خودکار هم کار میکند
و مسافت تا فرودگاه هم اندازه گیری میشود.نوع دیگر ناوبری با کمک ماهواره یا GPS است.
نمایشگر سر بالا یا HUD
نمایشگر سربالا برای زمانی به کار میرود که خلبان زملنی که به روبه روی خود نگاه میکند
همزمان اطلاعات پروازی را بر روی HUD ببیند این سیستم از یک پرژکتور پردازنده
و شیشه منعکس کننده اطلاعات تشکیل شده در نمونه های جدید اطلاعات بجای HUD بر روی هلمت کلاه خلبان به نمایش در می آیند.
هشدار دهنده ها :
هشدار دهنده های راداری یا RWR:
هشدار دهنده های راداری یا RWR شامل یک آنتن گیرنده فرستنده و پردازشگر و دیسپلی است
که این سامانه با تغییر فرکانس نشان میدهد که هواپیما کشف شده
یا قفل راداری بر روی آن صورت گرفته یا به سمت آن موشک شلیک شده است .
هشدار دهنده های نزدیک شونده موشک یا MAW
این نوع هشدار دهنده ها نزدیک شدن موشک را هشدار میدهند و به سه نوع فروسرخ فرابنفش و داپلر است .
هشدار دهنده های لیزری
این نوع هشدار دهنده ها قفل لیزری بر روی هواپیما را هشدار میدهند .
جاسوسی الکترونیکی ELINT
در این جاسوسی امواج راداری دشمن توسط آنتن ها دریافت شده و توسط پردازشگر پردازش شده
و سپس مشخص میکند که رادار دشمن از چه فرکانسی استفاده میکند
و در کجا پوشش قوی و در کجا پوشش ضعیف دارد و قدرت جنگ الکترونیک آن چقدر است.
جنگ الکترونیک :
اخلالگر های الکترونیکی در دو حالت دفاعی و تهاجمی استفاده میشود
و در حالت تدافعی برای فریب دادن موشک های مهاجم استفاده میشود که موشک مهاجم در داخل کره ای نمیتواند هواپیما را پیدا کند
یا ارتباط موشک با رادار قطع شده و منحرف میشود .
نوع دیگر تهاجم الکترونیکی است که در این حالت اخلالگر که یا بصورت غلاف یا سیستم بر روی هواپیما نصب میشود
امواج راداری دشمن را دریافت کرده و با تولید همان امواج آن را به سمت رادار دشمن منعکس میکند
که در این شرایط رادار با امواج های زیاد کاذبی روبه رو میشود و دچار اخلال میشود
به عمل جنگ الکترونیک اصطلاحا ECM و ضد جنگ الکترونیک ECCM و پشتیبانی الکترونیکی ESM میگویند .
اخلالگر لیزری
اخلالگر لیزری با منعکس کردن پرتو لیزری باعث اخلال بر روی کاونده فروسرخ موشک مهاجم میشود و آن را کور میکند.
رادار :
رادار همان چشمان هواپیما است در هواپیما های مسافربری رادار ها برای ناوبری و کشف ابر های حاوی قطعات یخ و خطرناک به کار میرود
ولی در قسمت نظامی کاربرد های دیگری مانند کشف و رهگیر و قفل بر روی هاداف را دارند
رادار ها از دهه ۱۹۵۰ بر روی جنگنده ها نصب شدند و نسخه های اولیه تنها قابلیت مسافت یابی داشتند
و نسل بعدی رادار ها از سیستم لامپ خلا استفاده میکردند لامپ خلا یک یکسو کننده جریان برق است
که محفظه ای بزرگ حاوی خلا است که با سرعت بالا الکترون هارا از کاتد به آند هدایت کند
لامپ خلا از یک جهت جریان برق را هدایت میکند و از یک جهت تقویت میکند
و اجازه برگشت از همان جهت را نمی دهد بنابراین در صنایع الکترونیک کاربرد دارد
نسل بعدی رادار ها بجای لامپ خلا از قطعات نیمه هادی بهره میبردند که به این رادار ها نوع پالس میگویند
و نوع جدیدتر رادار های پالس داپلر هستند که بر اساس فرمول داپلر کار میکنند
و کار این نوع رادار ها بر اساس ارسال و دریافت پالس های راداری و تجزیه و تحلیل آن است
و این نوع رادار ها از ترانزیستور استفاده میکنند و قابلیت تفکیک بالایی نسبت به رادار های پالس دارند
رادار های امروزه
و امروزه رادار های آرایه فازی ابداع شده اند که این نوع رادار ها از چندین و چند ماژول یا گیرنده و فرستنده تشکیل شده اند
که هر کدام امواج را میفرستند و دریافت میکنند و هر کدام کار یک رادار را انجام میدهند
و هر کدام زیر یک ثانیه چند میلیون بتر تغییر فاز میدهند و هرگز از یک نوع الگو تابش استفاده نمی کند
بنابراین این نوع رادار پنهان کار بوده و اخلال بر روی آن سخت تر است
و رادار های آرایه فازی از دو نوع فعال و غیر فعال نوع فعال تمامی ماژول ها از منبع مخصوص خودشان تغزیه میشود
و میتوان تعیین کرد چند ماژول آسمان و چند ماژول زمین را اسکن کنند
ولی در غیر فعال تمامی ماژول ها به یک منبع متصل هستند و ماژول ها قابل تنظیم نیستند.
معرفی انواع موتور نصب شده بر روی هواگرد ها و سیکل کاری آنها و معرفی قطعات و قسمت های مختلف آن
در کل موتور های نصب شده بر روی هواگرد ها به دو دسته تقسیم میشوند پیستونی و توربین گازی :
موتور های پیستونی که در در پی احتراق درون سیلندر و حرکت پیستون
و انتقال نیروی مکانیکی حاصل از حرکت پیستون به پره ها
و ایجاد نیروی تراست این نوع موتور ها نسبت به توربین گازی پیچیدگی کمتر و قیمت ارزان تر دارند .
موتور های توربین گازی نوع دیگری از موتور های نصب شده بر روی هواگرد ها میباشد
که معروف ترین آنها موتور توربوجت است در موتور های توربوجت زمانی که سیال هوا از ورودی موتور وارد کمپرسور میشوند
خود ورودی هوا به دو نوع مختلف تقسیم میشوند :
همگرا و واگرا در کانال های همگرا مجرا اول بزرگ بوده و سپس کوچک میشود
بر اساس قانون برنولی که فشار و سرعت رابطه عکس دارند در ورودی های همگرا سرعت افزایش و فشار کاهش می یابد
عموما این نوع ورودی ها در هواپیما های فراصوت استفاده میشوند .
نوع دیگر ورودی های هوا واگرا میباشد که بر عکس همگرا میباشد
در این نوع ورودی ها مجرای اول کوچک بوده و در انتهای ورودی بزرگ است
در این نوع ورودی ها سرعت سیال هوا کاهش یافته و فشار آن زیاد میشود
این نوع ورودی هوا در هواپیما های مادون صوت استفاده میشود.
بعد از وارد شدن سیال هوا به کمپرسور کار کمپرسور افزایش فشار هوا است
گاهی اوقات هوا در کمپرسور فشارش ۴۰ برابر میشود تا برای اتاقک احتراق مناسب تر باشد
بعد از کمپرسور سیال فشرده شده ی هوا وارد اتاقک احتراق میشود
که در اینجا با سوخت مخلوط شده و احتراق صورت میگیرد و بعد از این فر آیند سیال هوا وارد توربین شده
و توربین وظیفه اش این است که نیروی حرارتی سیال هوا را به نیروی مکانیکی تبدیل کرده
و با استفاده از یک شفت این نیروی مکانیکی را به کمپرسور منتقل کرده و کمپرسور را بچرخاند
بعد از اینکه سیال هوا از توربین عبور کرد به Jet pipe یا اصطلاحا اگزوز میرسد
که این jet pipe در اصل یک کانال واگرا میباشد و در نهایت سیال هوا با خروج از اگزوز و عبور از خروجی
و نازل و بر اساس قانون سوم نیوتن که هر عملی عکس عملی برابر آن و در خلاف جهت آن دارد باعث ایجاد نیروی تراست ورانش میشود .
نوع دیگر موتور های توربوفن میباشند که هسته این موتور ها همان موتور توربوجت میباشد
ولی دو by pass (کانال جریان) هوا ازکناره های موتور به آن اضافه شده
که با استفاده از آن جریان هوا با جریان داغ خروجی مخلوط میشود موتور های توربوفن دارای یه فن در جلوی کمپرسور میباشند
این نوع موتور ها دارای راندمان بیشتری نسبت به توربوجت میباشند .
نوع دیگر موتور های توربو پراپ هستند این نوع موتور در اصل همان توربوفن است
ولی به جای فن درون موتور دارای ملخ خارج از موتور میباشند
در این نوع موتور ها ۹۰ در صد رانش توسط ملخ ها و ۱۰ درصد باقی توسط گاز های خروجی تامین میشود .
نوع دیگر موتور های توربوشفت هستند که این موتور ها بر روی هلیکوپتر ها استفاده میشوند
این نوع موتور ها تمامی نیروی مکانیکی تولید شده
توسط توربین تماما توسط گیر بکس به شفت انتقال یافته تمام نیروی رانش توسط ملخ تامین میشود .
نوع دیگر موتور ها رمجت میباشد موتور های رمجت فاقد کمپرسور و تور بین میباشند
و از هیچ قطعه چرخانی بهره نمیبرند این موتور ها از حالت سکون قابل استفاده نیستند
و معمولا به عنوان موتور دوم استفاده میشوند
و در سرعت بالای دو ماخ کارایی بهتری نسبت به توربوجت دارند
و ورودی هوای این موتور ها واگرا است برای اینکه سرعت سیال هوا کاهش یافته
و فشارش افزایش یابد تا برای اتاقک احتراق مناسب باشد .
اسکرم جت به نوع دیگری از موتور های رمجت میگویند
که دارای سرعت بیشتری نسبت به رمجت هستند این موتور در پهباد X-43 استفاده شده.
پالس جت نوع دیگری از رمجت است که قابلیت استفاده در حالت سکون را داراست
پالس جت در ورودی دارای یک شیر شاتل است که با یک فنر در حالت باز قرار دارد زمانی که احتراق صورت میگیرد
فشار بالا رفته و دریچه شیر بسته میشود گاز سیال که چاره ای جز خارج شدن از خروجی ندارد خارج میشود
و سپس فشار افت کرده و دوباره دریچه باز میشود و این فرآیند همین طور ادامه دارد در موشک کروز V1 از این موتور استفاده شده.
نوع دیگر موتور توربورمجت است که در این نوع موتور در اصل یک توربوجت بوده
که یک رمجت بر روی آن سوار است یعنی تا سرعت حدود ۲ ماخ بصورت توربوجت کار کرده
و از آن سرعت به بالا تغییر کاربری داده و به رمجت تبدیل میشود
مثلا موتور J-58 متعلق به SR-71 تا سرعت ۲ ماخ بصورت توربوجت کار کرده
و از آن به بعد به صورت رمجت کار میکند یعنی با شش لوله کنار گذر مستقیم سیال را به اتاقک احتراق میبرد.
نوع دیگر موتور توربو راکتی است که این نوع در اصل چیزی بین موتور توربوجت و موتور راکتی است
در این موتور در اتاقک احتراق اکسیدکننده و سوخت واکنش نشان داده
و بعد از عبور از توربین با هوای کمپرسور مخلوط شده و سوخت به آن اضافه میشود
و احتراق دوم(پس سوز) صورت میگیرد این موتور برای سرعت های بسیار بالا استفاده میشود.
پراپ فن :
در اصل موتور توبین گازی است که از لحاظ رانش چیزی بین توربوپراپ و توربوفن است
تعداد تیغه های فن زیاد و مقاطع تیغه ها و شکل ظاهری آنها طوری است
که در دور های بالا میتوانند امواج صوتی حاصل از سرعت بالای فن و تیغه ها بدون آنکه افت راندمان و لرزشی داشته باشند
تحمل نمایند فن پراپ ها دارای دولایه ملخ هستند
که برای خنثی کردن گشتاور بر خلاف جهت یکدیگر میچرخند.موتور Nk-12متعلق به Tu-95 فن پراپ است.
سیکل کاری موتور ، راندمان، تاثیرات :
سیکل کاری موتور های توربوجت از نوع درون سوز میباشد
و همان طور که در بخش اول اشاره کردیم در موتور های توربوجت سیال هوا بعد از گذشتن از ورودی هوا وارد کمپرسور شده
و فشرده میشود بعد از این وارد اتاقک احتراق شده و با سوخت مخلوط میشود و احتراق صورت میگیرد
و در مرحله بعدی سیال هوای داغ وارد توربین شده و انرژی گرمایی آن به انرژی مکانیکی تبدیل شده
و باعث چرخیدن کمپرسور میشود و بعد از این فرآیند سیال از لوله اگزوز (Jet pipe ) عبور کرده
و با خارج شدن از نازل طبق قانون سوم نیوتن رانش ایجاد میکند و این شد سیکل کاری موتور تربوجت .
در ادامه قصد دارم به رفتار سیال هوا در بخش های مختلف موتور بپردازم سیال هوا با ورود به ورودی هوا فشار
و سرعتش تغیرر میکند که این بستگی دارد ورودی هوا واگرا باشد یا همگرا که در بخش اول توضیح داده شده
بعد از عبور از ورودی هوا زمانی که سیال هوا به کمپرسور میرسد سرعتش ثابت است
ولی فسار و دمای آن افزایش میابد و در اتاقک احتراق دمای سیال افزایش یافته
و به ۲۰۰۰ درج سانتیگراد میرسد وسرعت در اول کاهش یافته و بعد افزایش میابد
و با ورود سیال به توربین فشار کاهش یافته سرعت افزایش میابد و دما افت میکند
وبا ورود سیال به Jet pipe با توجه به اینگه لوله اگزور در اصل یک لوله واگرا است
سرعت کاهش یافته و فشار افزایش میابد و دما هم بالا میرود
در نهایت با خروج سیال از نازل دما به شدت افت کرده و فشار هم کاهش میابد و سرعت بالا میرود .
عوامل موثر بر رانش:
از عوامل موثر بر رانش میتوان به فشار اشاره کرد
با افزایش فشار رانش نیز افزایش میابد عامل دیگر میزان حجم ورودی هوا است
که هرچه بیشتر شود رانش افزایش میابد آیتم دیگر سرعت ورودی و خروجی هوا است
هر چه سرعت ورودی هوا کاهش یابد رانش افزایش میابد به همین علت است
که در حالت سکون رانش بسیار بالاست ولی در کل بخواهیم رابطه سرعت هواپیما با رانش آن را بررسی کنیم
باید بگویم با افزایش سرعت هواپیما رانش کاهش میابد
که این به عامل افزایش سرعت هوای ورودی که خود باعث کاهش رانش میشود
عامل این قضیه است ولی از یه سرعتی به بالا افزایش سرعت رانش هم افزایش میابد
و دلیلش این است که از این سرعت به بالا میزان حجم هوای ورودی(که خود عامل افزایش رانش است) افزایش یافته
و به افزایش سرعت ورودی هوا(که عامل کاهش رانش) غلبه میکند و باعث افزایش رانش از حد سرعت به بالاتر میشود .
عامل دیگر میزان چگالی هواست که با افزایش چگالی رانش افزایش میابد
و با کاهش ارتفاع و کاهش رطوبت هم رانش افزایش میابد عامل دیگر دسته تراتل در کابین میباشد
که خلبان به فشار دادن تراتل به سمت جلو FCU میزان سوخت بیشتری به اتاقک احتراق تزریق شده
و احتراق بیشتر انجام شده و سرعت و دمای سیال افزایش میابد و با سرعت بیشتری به پره های توربین برخورد کرده
و توربین هم با سرعت بیشتری میچرخد و کمپرسور را با سرعت بیشتری میچرخاند
بنابراین سیال هوای بیشتری(حجم بیشتر) به درون موتور میکشد که باعث افزایش رانش میشود .
رانش یا همان نیروی تراست با خروج گاز داغ از نازل خروجی موتور و بر اساس قانون سوم نیوتن ایجاد میشود .
رانش طبق فرمول :
F=W÷g×(V2 _V1)×A (P2_P1
F=نیروی رانش .
W= وزن سیال هوا ورودی.
G=شتاب ثقل زمین.
V2=سرعت هوای خروجی.
V1= سرعت هوای ورودی.
A= مساحت سطح ورودی .
P2=فشار هوای خروجی .
P1= فشار هوای ورودی .
برای محاسبه اسب بخار هم از فرمول زیر استفاده میکنیم:
HTP= (F×V)÷375
(از عوامل موثر در رانش دما هم هست که رابطه عکس دارد هر چه دما کاهش یابد رانش افزایش میابد)
راندمان :
راندمان حرارتی:
راندمان حرارتی به میزان تبدیل نیروی حرارتی به نیروی جنبشی میگویند
که از فرمول تقسیم نیروی جنبشی بر نیروی حرارتی ضرب در ۱۰۰ .
راندمان رانشی:
به تبدیل نیروی جنبشی به کار انجام شده راندمان رانشی میگویند
که از فرمول تقسیم کار انجام شده بر روی انرژی جنبشی ضرب در ۱۰۰ بدست میآید .
راندمان کلی :
به تبدیل نیروی حرارتی به کار انجام شده میگویند که از فرمول تقسیم کار انجام شده بر روی نیروی حرارتی ضرب در ۱۰۰ بدست می آید.
وزن ویژه:
به نسبت وزن موتور به یک پوند رانش .
رانش ویژه:
هوای ورودی نسبت به یک پوند رانش .
مصرف سوخت ویژه:
به سوخت مصرفی نسبت به یک پوند رانش .
انواع ورودی هوا(Intake ):
همانطور که در بخش اول این مقاله مفصل توضیح دادم
در کل ورودی های هوا به دو صورت کلی همگرا و واگرا تقسیم میشود
که توضیحات کامل در اول همین مقاله داده شده .
نوع اول Pitot intake است که این نوع ورودی برای هوپیما های مادون صوت طراحی شده
این مدل ورودی با بدنه فاصله دارد که لایه مرزی گردابه ای وارد موتور نشود
و باعث استال نشود هر چند استثنا هم وجود دارد
مثلا ورودی هوای جنگنده نسل پنجمی لایتنینگ ۲ به بدنه چسبیده است
ولی طوری طراحی شده که جریان گردابه ای لایه مرزی را به خطی تبدیل میکند که خطر استال ندارد.
نوع بعدی ورودی ها variable troat area میباشد که برای هواپیما های فراصوتی استفاده میشود
که این نوع یک ورودی از نوع همگرا -واگرا است که طوری طراحی شده
که در هر دو مرحله سرعت را کاهش داده تا به سرعت زیر صوت برسد
وباعث choke نشود (اصطلاح چاک را زمانی میگویند که هوای رسیده به کمپرسور فراصوتی باشد
که در این صورت راندمان به شدت افت کرده و مطلوب نیست) و فشار و دما هم افزایش یابد.
نوع دیگر ورودی هوا External/internal comression intake میباشد:
در این نوع یه مخروط که به آن conic میگویند در ورودی هوا قرار میگیرد
(همانند Mig 21 و انگلیس الکترونیک لایتنینگ و ورودی هوای موتور j58 متعلق به sr71 )
این conic باعث ایجاد یه ورودی همگرا-واگرا میشود که در هر دو مرحله سرعت را کاهش و دما وفشار را افزایش میدهد.
انواع کمپرسور :
کمپرسور ها به سه دسته تقسیم میشوند نوع اول گریز از مرکز نوع دوم خط محوری نوع سوم ترکیبی:
کمپرسور گریز از مرکز این کمپرسور از قطعه ای بنام impeller که ایمپلر در اصل یک دیسک است
که پره ها بر روی آن بصورت شعاعی قرار گرفته اند در بین این تیغه ها کانال هایی بصورت واگرا وجود دارند
که باعث کاهش سرعت و افزایش فشار میشوند در پشت ایمپلر قطعه ای بنام دیفیوزر وجود دارد
که این قطعه یه رینگ دوجداره است که بین جدار های آن کانال های واگرایی وجود دارد
که باعث کاهش سرعت و افزایش فشار و دما میشود به هر یک دیفیوزر و یک ایمپلر یک stage میگویند
از مزایای کمپرسور گریز از مرکز میتوان به راحتی آن راطراحی کرد و این نوع کمپرسور دیر تر FOD میکند
(اصطلاحFOD به از بین رفتن پره های کمپرسور میگویند) ولی از معایب آن میتوان به راندمان کم آن اشاره کرد
که بیشتر برای برای هواپیما های کوچک مناسب است و در هواپیما های بزرگ کاربرد ندارد .
کمپرسور های گریز مرکز به انواع یک طبقه و یک ورودی .
دو طبقه و یک ورودی و دو طبقه و دو ورودی تقسیم میشوند:
اتاقک احتراق
همانطور که از نامش پیداست کارش ایجاد احتراق در مخلوط هوا و سوخت است.
اتاقک احتراق همانند یک استوانه مشبک شده یا دو لوله در هم فرو رفته است
که لوله داخلی برای احتراق و لوله بیرونی برای خنک کردن لوله داخلی با استفاده از هوای فشرده شده کمپرسور است
جریان سیال بعد از رسیدن به به اتاقک احتراق توسط تیغه ها با زاویه خاصی وارد اتاقک احتراق میشود
ودر ورودی اتاقک که قسمت احتراق است سیال هوا بصورت گردباد در آمده
و با سوخت مخلوط میشود و در اینجا دمای سیال تا ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد هم میرسد
و بعد با هوای فشرده شده کمپرسور مخلوط شده م از اتاقک احتراق خارج میشود
اتاقک احتراق ها به انواع تک اتاقک احتراق و چند پوسته .
تک اتاقک احتراق و دو پوسته . و چند اتاقک احتراق و چند پوسته تقسیم میشود
موتور های چند اتاقک احتراقه تنها در دو اتاقک دارای شمع هستند
و سیالی که احتراق بر روی آن انجام شده توسط لوله به دیگر اتاقک ها انتقال میابد
کلا اتاقک احتراق ها دارای دو شمع هستند که یکی در موقعیت ساعت ۴ و دیگری ۸ قرار میگیرد
موتور های کوچک و سبک دارای یک مجرای پاشش سوخت و موتور های بزرگ دارای دو مجرای پاشش سوخت هستند
شمع ها نیروی الکتریکی ۱۱۵ ولتی خود را برای جرقه از آلترناتور ها دریافت میکنند .
مجرا های پاشش یوخت باید سوخت را کاملا به صورت پودر در اتاقک پخش کنند
که بسرعت تبخیر شده و با هوا کاملا مخلوط شده که در صورت جرقه کاملا بسوزد
اگر مجرا پاشش سوخت(انژکتور) سوخت را به صورت پودر نپاشاند
یعنی بزرگتر باشد و تبخیر کامل نشود در این صورت به صورت کاملا نخواهد
سوخت و دوده میزند و دود ساهی از خود بجا میگذارد دقیقا همان مشکلی که موتور های J-79 و RD-33 دارند
و اگر مجرا های پاشش سوخت سوخت را با زاویه نامناسب بپاشانند در این صورت دمای دیواره بیش از حد بالا خواهد رفت.
توربین :
وظیفه توربین تبدیل انرژی حرارتی سیال به انرژی مکانیکی
و انتقال آن به کمپرسور توسط یک شفت و چرخاندن کمپرسور است.
توربین ها همانند کمپرسور های محور خطی هستند از یه دیسک که تیغه ها بر روی لبه ی آن نصب شده اند
و در بین این تیغه ها کانال های هایی بصورات همگرا است که سرعت سیال را افزایش داده
و فشار و دمای آن را کاهش میدهد دقیقا بر عکس کمپرسور ،توربین ها با توجه به اینکه با گاز های خیلی داغ سر و کار دارند
از آلیاژ های مقاوم کبالت و نیکل ساخته شده اند در توربین تیغه ها بر روی لبه ی دیسک هستند
و از طریق برینگ به شفت متصل هستند و شفت نیردی مکانیکی حاصله را به کمپرسور رسانده و آن را میچرخاند.
در کمپرسور هر چقدر به استیج های جلو بریم فشار بیشتر میشود
ولی در توربین بر عکس هر چه استیج های جلویی میرویم فشار کاهش میابد
یعنی در کمپرسور آخرین استیج پرفشار است
و در توربین اولین استیج.در اول توربین NVG ها یا همان تیغه های ثابت هستند
و بعد از آن تیغه های متحرکت و بر هر یک تیغه ثابت و چرخان یک STAGE میگویند.
اگزوز یا Jet Pipe:
سیال هوا بعد از عبور از توربین به Jet pipe میرسد
ورودی jet pipe بصورت مخروط بوده تا جریان هوا متلاطم نشود
و دورن jet pipe با توجه به اینکه در معرض گاز های داغ قرار دارد از آلیاژ های مقاوم و مواد نسوز ساخته شده
و در کل jet pipe بصورت یک کانال واگرا است که فشار و دما افزایش و سرعت کاهش میابد
گاهی اوقات در Jet pipe مجرای پاشش سوخت قرار میدهند
که با پاشش سوخت احتراق دوم صودت گرفته که به آن پس سوز میگویند
پس یوز ۵۰ در صد رانش و ۱۵۰ درصد مصرف سوخت را افزایش میدهد
و فشار فراوانی به موتور وارد میشود پس سوز برای تیک آف و رسیدن به سرعت صوت و موارد ضروری استفاده میشود
با توجه به اینکه به صرفه نیست ولی برای رسیدن به سرعت صوت لازم است
و چاره ای نیست هر چند امروز موتور PW F-119 متعلق به سوپر جنگنده F-22 به این جنگنده قابلیت ابر کروز بخشیده
یعنی بدون پس سوز قابلیت رسیدن به سرعت صوت دارد
(رپتور بدون پس سوز به 1.82 ماخ میرسد) که در این صورت نیازی به پس سوز نیست
که فشار کمتری هم به موتور وارد میشود و عمر عملیاتی آن بیشتر میشود
و نسبت به حالت پس سوز مصرف سوخت بسیار کمتری دارد .
خروجی و نازل :
نازل به قسمتی میگویند که گاز های داغ از آن خارج شده و طبق قانون سوم نیوتن باعث رانش میشود.
حتما دیده اید که زمانی که یک جنگنده پس سوز میگیرد خروجی های موتور بزرگتر میشوند
این امر با استفاده از فشار سوخت به سیلندرهای عملگر انجام میگیرد
دلیلش این است چون زمان پس سوز فشار گاز های خروجی به شدت افزایش یافته و ممکن است فشار به داخل موتور زده
و باعث استال شود ولی در حالت غیر پس سوز خروجی تنگ تر شده
و باعث میشود که گاز ها به حداکثر سرعت خود برسند و رانش مطلوبی فراهم کنند .
