سری مقالات تشریحی پرنده های مدل – بخش دهم

سری مقالات تشریحی پرنده های مدل – بخش نهم
آگوست 26, 2019

سری مقالات تشریحی پرنده های مدل – بخش دهم

درود بر شما، موتورهای خطی دو سیلندر نوعی موتور احتراق داخلی بوده که دو سیلندر بصورت خطی در روبروی یکدیگر و در دو سوی بدنه موتور و جایگاه میل لنگ، قرار گرفته اند. اینگونه ترتیب قرارگیری سیلندرها، بخاطر اینکه فضای کمتری را در برابر جریان هوا ایجاد می کنند، تولید پسای کمتری نموده ولیکن در نمونه هایی که دارای تعداد سیلندر به 4 می رسد، سیلندرهای ردیف عقبی ممکن است به علت اینکه کمتر در برابر جریان هوا نسبت به موتورهای ردیف جلو قرار می گیرند، بیشتر گرم شوند.

موتورهای احتراق داخلی مورد استفاده پرنده های مدل دارای انواع متنوع دیگری نیز هستند، مانند موتورهای ردیفی چند سیلندر، یا انواع دارای شمع های جرقه زن که با سوخت بنزین به فعالیت می پردازند و حتی انواعی که بوسیله کروزین عمل کرده و از نوع موتورهای دیزل می باشند. موتورهای دیزل بر اساس افزایش فشار درون سیلندر، دمای گاز درون آن به دمای شروع احتراق سوخت رسیده و عمل تولید نیرو صورت می گیرد. این نوع موتورهای دیزل مدل، دارای ابعاد کوچکتری نسبت به نمونه های احتراق التهابی بوده و همانگونه که ذکر گردید سوخت آنها متانول بوده و بخشی از گرمای مورد نیاز بوسیله فیلامان پلاتینی شمع التهابی تامین می شود. در موتورهای دیزل، جهت شروع احتراق به ایجاد کمپرسی بالا درون سیلندر نیاز است که این مقدار کمپرس را می توان بوسیله پیچی قابل تنظیم که اصطلاحا به آن T Screw گفته می شود و در سر سیلند موتور قرار دارد، تغییر داد.

موتور اصطلاحا دیزل پرنده مدل

این گونه از پیشران ها اغلب جهت مسابقات “مداومت پروازی پرنده” یا Endurance Competition مورد استفاده قرار می گیرند، چرا که مخلوط سوختی از کروزین، اتر و روغن جهت روان کاری، که به صورت کلی بنام سوخت کروزین (نفت سفید)، شناخته می شود، دارای توان تولید انرژی بالاتری بوده و این گونه موتورها را قادر به تولید گشتاوری بیشتر نسبت به نمونه های هم سایز موتورهای احتراق التهابی کرده و به همین دلیل می توانند جهت بکارگیری ملخ هایی با ابعاد بزرگتر، استفاده شوند.

پیشرانش های جت و راکت

نمونه های اولیه از پرنده های مدل مجهز به موتور جت، از ملخی با گام بالا (فن) استفاده می کردند که درون یک پوسته لوله ای شکل در بدنه پرنده جای می گرفت و ایجاد نیروی پیشرانش می کرد، بهره می بردند.

ترکیبی از نونه های اولیه موتور جت
پیشرانش مربوطه از نمایی دیگر

گام ملخ به مقدار پیشروی ملخ به سمت جلو در یک دور دوران کامل درون اتمسفر را گویند، این گام مانند فاصله ای است که یک پیچ با یک دور چرخیدن به درون ماده ای فرو می رود. هرچند همین گام ملخ دارای مطالب تخصصی و فنی بسیاری می باشد که در آینده و در سر مقالات تخصصی به آن خواهیم پرداخت. هر چه مقدار این گام کمتر باشد، این ملخ بیشتر مناسب سرعت پیمایش کم مانند زمان برخاست بوده و هر مقدار این گام بیشتر باشد، این ملخ بدرد سرعت پیمایش با سرعتی بیشتر می خورد، مانند پرواز در وضعیت کروز.

گام ملخ

این فن ذکر شده بطور کلی بوسیله یک موتور دوزمانه به گردش درآمده که جهت ایجاد عده دوران بالا، طراحی شده بود. از برند های معروف تولید کننده اینگونه پیشران ها می توان به Kress، Scozzi و Turbax اشاره کرد. حجم موتورهای مورد استفاده معمولا بین 4/0 تا 9/0 اینچ مکعب می باشد. امروزه این نوع قوای پیشرانش جای خود را به فن های نصب شده درون لوله ای داده که به Fan In Tube یا Ductfan یا به زبان ساده تر “فن هدایت شده”، معروف بوده که بوسیله موتورهای الکتریکی و با تولید حداقل لرزش و صدا، به ایجاد نیروی پیشران، می پردازند.

موتورهای توربینی
یکی از بزرگترین پیشرفت ها در عرصه پرنده های مدل، عرضه و استفاده از موتورهای توربین گازی در ابعاد کوچک می باشد. اینگونه پیشران ها یک نمونه ساده شده از موترهای توربوجت مورد استفاده در هواپیماهای تجاری بوده، اما در حقیقت دارای طراحی کاملا جدیدی می باشند، یعنی به نوعی یک موتور در ابعاد مقیاسی کوچک شده از نمونه های مورد استفاده در هواپیماهای ابعاد کامل نبوده، بلکه طراحی مخصوص به خود را دارا هستند. نمونه اولیه از این نوع پیشران، در 1980 توسط Gerald Jackman در انگلستان، معرفی گردید، اما در سالهای اخیر این نوع پیشران بصورت گسترده به بازار مصرف عرضه شده است. یک چنین موتوری نیازمند طراحی و ساخت بسیار دقیقی بوده (برخی طراحی ها جهت ایجاد این نوع پیشران، از از سازکار توربوشارژر مورد استفاده در خودروها، بهره برده است)، و به عنوان سوخت از سوخت جت A1 به همراه روغن سینتیک موتورهای توربینی و یا روغن سینتیک موتور موتورسیکلت، و یا نفت سفبد که به نام کروزین معروف است، استفاده می کند. این خصوصیات به همراه میزان رانش بالایی که اینگونه موتورها قادر به ایجاد هستند و سرعت بالایی که پرنده مجهز به آن، قادر به کسب می باشد، استفاده از آنها را به گونه ای محدود می کند، چرا که هم هزینه استفاده به شدت افزایش خواهد یافت و استفاده کننده می بایستی آموزش لازم را در خصوص موارد ایمنی و عملکردی این پیشرانها و پرنده های مجهز به آنها دیده باشند و گواهینامه لازم را دریافت کرده باشند.

نمونه موتورهای توربین گازی استفاده شده در پرنده های مدل

یک موتور جت بصورت کلی یک موتور عکس العملی یا اصطلاحا Reaction Engine بوده که نیروی رانش را در اثر بیرون راندن خیلی سریع حجمی از ماده و استفاده از عکس العمل حاصل از این بیرون راندن در اثر قانون سوم نیوتن، ایجاد می کند. این قانون بیان می کند که:

“جهت هر نیروی وارده، نیروی برابر و هم راستا ولی در جهت مخالف، وجود دارد”.

شایان ذکر است که موتورهای راکتی نیز از این قانون جهت ایجاد نیروی پیشران، استفاده می کنند. موتورهای جت که بر این اساس کار می کنند به موتورهای جت مکنده هوا یا Engine Air breathing Jet معروف می باشند که شامل توربوجتها، توربوفنها، رم جتها و پالس جتها، می باشند. اینها بصورت کلی دارای یک کمپرسور هوای دوار یا Rotating Air Compressor بوده که نیروی دورانی خود را از یک توربین دریافت می کند، و توربین نیز در اثر سوختن سوخت مورد نظر تزریق شده توسط رینگ احتراق و خروج سریع گاز ناشی از این احتراق از محفظه مربوطه و برخورد آن با تیغه های توربین، شفت ارتباطی مابین توربین و کمپرسور را به دوران انداخته، در نتیجه این دوران، کمپرسور هوای اتمسفر را به درون موتور کشانده و با سرعت بالای از نازل پیشران، خارج کرده و تولید قوای جلوبرندگی، می نماید.

تصویری از اجزای داخلی موتور مینی جت

سوخت جت دارای انواع مختلفی می باشد که Jet A-1 یک نمونه از آن می باشد که بهترین گزینه جهت استفاده در موتورهای توربینی مدل بوده و دارای  مشخصاتی شامل منفی 47 درجه سلسیوس دمای یخ زدگی، نقطه احتراق بالاتر از 38 درجه سلسیوس و دمای احتراق خودکار 210 درجه سلسیوس، می باشد. از موارد شایان ذکر در خصوص این نوع سوخت، افزودنی ضد استاتیک بوده که به نحوی از ایجاد الکتریسیته ساکن در سوخت، جلوگیری کرده و خطر جرقه و آتش سوزی را به حداقل می رساند. البته تهیه و گیر آوردن این نوع سوخت جهت استفاده در پرنده های مدل، به همین سادگی ها نیز نمی باشد؛ چرا که نگه داری و انتقال آن دارای قوانین خاص خود است.

از دیگر انواع موتور جت که در برخی از پرنده های مدل مورد استفاده قرار می گیرند، انواع پالس جت، می باشند. نحوه عملکرد این نوع پیشرانش مشابه نیروی پیشران مورد استفاده در بمبهای پرنده V-1 آلمانی در جنگ جهانی دوم می باشد. موتور های پالس جت، دسته ای از پیشران ها بوده که عمل احتراق درون آنها بصورت پالسی رخ می دهد. این موتورها را می توان بوسیله حداقل قطعات متحرک و یا بدون قطعات متحرک، ساخته و مورد استفاده قرار گیرند. همچنین این پیشران ها جهت عملکرد می توانند بصورت ثابت ایستا در جایگاهی قرار گرفته و با بازدهی بالا نیروی پیشرانش ایجاد کنند (بر خلاف موتورهای رم جت که نیازمند حرکت با سرعتی بخصوص جهت ایجاد پیشرانش هستند).

بمب پرنده V-1
V-1

موتورهای پالس جت نسبت به خیلی از پیشران های دیگر، دارای وزن بسیار کمتری بوده ولی نسبت تراکم کمتر و در نتیجه تکانش ویژه کمتری دارند. نسبت تراکم  یا Compression Ratio به تناسب بین حجم محفظه احتراق و حجم کلی موتور می گویند. بطور کلی یک نسبت تراکم بالا مقبول می باشد چرا که موتور می تواند مقدار انرژی بیشتری را از حجم مشخصی از مخلوط هوا و سوخت، استخراج کند، اگرچه این نسبت هم متناسب با طراحی هر موتور یک مقدار حداکثری دارد که اگر به هر نحو از آن فراتر رود مشکلاتی را بوجود خواهد آورد که امیدوارم در آینده در سری مقالاتی جامع و تخصصی در خصوص تک تک پیشران ها، خدمتتان توضیح دهم.

تکانش ویژه یا Specific Impulse، بیانگر بازدهی یک موتور راکتی در استفاده از سوخت پیشران و کارایی یک موتور جت در استفاده از سوخت مورد نظر، می باشد. این معیاری است از تکانش کل یا ایجاد تغییرات در ممان تقسیم بر هر واحد از سوخت مصرف شده بوده و معادل ابعادی نیروی جلو برندگی حاصل، تقسیم بر جرم جریان سوخت یا وزن سیال استفاده شده، می باشد.

به صورت کلی دو نوع موتور پالس جت وجود دارد، هر دو نوع از تشدید عمل احتراق و مهار محصولات این احتراق جهت شکل دهی به جریان خروجی پالسی شکلی استفاده می کنند که موجب آن ایجاد یک نیروی پیشران منقطع می باشد. این دو نوع از موتورهای پالس جت را با نامهای دارای دریچه یا سوپاپ که به Valved Pulsejets معروف هستند و موتورهای پالس جت بدون دریچه یا Valveless Pulsejet می شناسند.

یک نمونه از موتور پالس جت نصب شده بر روی پهپاد

انواع دارای دریچه، از یک دریچه یا سوپاپ مکانیکی جهت کنترل جریان گاز خروجی در حال انبساط استفاده کرده، گازهای داغ را مجبور به خروج از قسمت عقبی موتور از بخش Tailpipe نموده و به هوای تازه و سوخت بیشتر اجازه ورود از بخش دهانه ورودی موتور با استفاده از ایجاد یک خلاء جزئی ایجاد شده در اثر تخلیه گازها از انتهای موتور، در کسری از ثانیه بعد از هر انفجار درون موتور، به درون موتور یافته و این چرخه تا زمان کارکرد موتور ادامه خواهد داشت. بگونه ای، پیشران در بین هر پالس از ایجاد نیروی جلوبرندگی، اقدام به مکث سوخت و هوا جهت کارکرد مداوم، می نماید. این نوع از موتور پالس جت در بخش ورودی خود دارای یک سوپاپ یا دریچه یک طرفه هستند. این دریچه از فرار گازهای حاصل از انفجار مخلوط سوخت و هوا، از بخش ورودی موتور جلوگیری می کند، اگرچه در مواقعی که موتور بصورت ایستا بر روی استندی نصب شده باشد و یا بر روی پرنده ای با سرعت پیمایش اندک در حال فعایت باشد، قدری نشتی یا اصطلاحا Blowback از ناحیه ورودی موتور وجود دارد، چرا که این دریچه ذکر شده نمی تواند به اندازه کافی سریع عمل کند تا از فرار کامل گاز حاصل از احتراق درون محفظه احتراق، از بخش ورودی موتور، جلوگیری به عمل آورد.

موتور پالس جد دارای سوپاپ ورودی

در بخش دهانه ورودی موتور، یک سوپاپ یا شیر به نام Reed Valve وجود دارد که به نوعی، یک سری ورقهای فولادی بوده که خم شدن آنها در یک جهت محدود شده و در جهت دیگری می توانند زاویه گرفته و مسیر عبور سیال را باز کنند و در خلاف جهت، از عبور سیال جلوگیری به عمل آورند.

شمایی جانبی از یک دریچه ذکر شده

موتورهای پالس جت بدون سوپاپ، دارای قطعات متحرک نبوده و تنها هندسه خاص آنها سیال خارج شده از درون موتور را کنترل می کند. در اینگونه پیشران ها، گاز خارج شده از موتور از هر دو بخش ورودی و خروجی موتور، می تواند خارج شود ولیکن اکثریت قوای پیشران حاصل از بخشی حاصل می شود که دارای مقطع وسیع تری بوده که در بخش خروجی موتور نصب گشته است. مقدار حجم بیشتری از گاز که از مقطع وسیع تر خروجی، موتور را ترک می کند دارای انرژی پتانسیل بیشتری نسبت به جریان خروجی از بخش ورودی موتور بوده، لذا این امر یک خلاء نسبی را در کسری از ثانیه بعد از هر انفجار ایجاد کرده، جریان سیال به سمت ورودی را در جهت و مسیر درست به سمت خروجی مکش و هدایت کرده، در نتیجه باعث ورود مخلوط سوخت و هوایی بیشتر به درون موتور جهت پالس تولید نیروی بعدی، می شود. این عمل در عرض یک ثانیه، بارها رخ می دهد. اصول کارکرد این گونه پیشران مانند نمونه مجهز به سوپاپ می باشد، منتها در این نوع دومی هندسه خاص موتور، خود عمل سوپاپ را انجام می دهد. سوخت، مانند گاز یا ذراتی بسیار ریز مایع به شکل اسپری یا ترکیب شده با هوا و یا تزریق مستقیم به درون محفظه احتراق، به موتور وارد می شود. شروع بکار موتور نیازمند وارد کردن هوا و استفاده از عامل ایجاد جرقه، مانند شمع جرقه زنی، جهت احتراق مخلوط سوخت و هوا، می باشد. این گونه موتورها، به محض راه اندازی، در صورت بر قرار ماندن جریان سوخت و هوا به درون موتور، عمل احتراق و تولید نیروی پیشرانش، بصورت مداوم، ادامه می یابد.

پالس جت بدون دریچه

ادامه دارد….
پاینده و سرافراز باشید.
سید مهران موسوی پور

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *