موتور جت را میتوان یکی از پیچیدهترین و در عین حال جذابترین دستاوردهای مهندسی در صنعت هوانوردی دانست؛ سامانهای که در ظاهر مجموعهای از قطعات فلزی و چرخان است، اما درون آن فرآیندی دقیق و پرسرعت برای تبدیل انرژی سوخت به نیروی رانش جریان دارد.
به گزارش فرارو، در میان انواع موتورهای جت، موتور توربوفن جایگاه ویژهای دارد و امروزه بخش بزرگی از هواپیماهای مسافربری مدرن از این نوع موتور استفاده میکنند. اما این موتور چگونه کار میکند و چگونه میتواند هواپیمایی با وزن چندین تن را در آسمان به حرکت درآورد؟
همه چیز از فن جلوی موتور شروع میشود
اگر به جلوی یک موتور توربوفن نگاه کنید، نخستین چیزی که توجه را جلب میکند فن بزرگ آن است. این فن حجم بسیار زیادی از هوا را به داخل موتور میکشد و در همان ابتدای مسیر، جریان هوا را به دو بخش تقسیم میکند.
بخشی از هوا وارد هسته اصلی موتور میشود و بخش دیگر از اطراف این هسته عبور میکند. همین جریان دوم که «هوای بایپس» نام دارد، یکی از ویژگیهای مهم موتورهای توربوفن محسوب میشود.
در واقع، برخلاف تصور سادهای که ممکن است از یک موتور جت داشته باشیم، تمام هوایی که وارد موتور میشود قرار نیست وارد محفظه احتراق شود.
هوایی که وارد قلب موتور میشود
هوایی که وارد هسته موتور شده است، ابتدا از مجموعهای از کمپرسورها عبور میکند. وظیفه این بخش، فشرده کردن هوا و افزایش فشار آن است.
با عبور هوا از مراحل مختلف کمپرسور، فشار و دمای آن افزایش پیدا میکند. سپس این هوای فشرده وارد محفظه احتراق میشود؛ جایی که سوخت به آن اضافه شده و مخلوط ایجادشده مشتعل میشود.
در این مرحله، انرژی شیمیایی سوخت به انرژی حرارتی تبدیل میشود و گازهایی بسیار داغ و پرفشار شکل میگیرند.
توربینها انرژی موتور را تأمین میکنند
گازهای داغ حاصل از احتراق با سرعت زیاد به سمت توربین حرکت میکنند. عبور این گازها از میان پرههای توربین باعث چرخش آن میشود.
اما توربین فقط برای تولید حرکت در خروجی موتور نیست. بخشی از انرژی آن برای چرخاندن کمپرسورها و فن جلوی موتور مورد استفاده قرار میگیرد.
به این ترتیب، بخشهای مختلف موتور به یکدیگر وابستهاند: فن هوا را وارد میکند، کمپرسور آن را فشرده میکند، محفظه احتراق انرژی آزاد میکند و توربین بخشی از این انرژی را برای ادامه کار مجموعه به کمپرسور و فن بازمیگرداند.
بایپس؛ بخش مهمی از نیروی رانش
در یک موتور توربوفن، همه هوا از هسته موتور عبور نمیکند. مقدار قابل توجهی از هوا از اطراف هسته عبور کرده و بدون ورود به محفظه احتراق، در نهایت به سمت خروجی موتور هدایت میشود.
به این جریان، جریان بایپس گفته میشود و نقش مهمی در تولید رانش دارد.
یکی از دلایل استفاده گسترده از توربوفن در هواپیماهای مسافربری همین ویژگی است. این موتورها در مقایسه با توربوجتهای قدیمی، برای پروازهای زیرصوت معمولاً بازده سوختی بهتری دارند و میتوانند صدای کمتری تولید کنند.
در انتهای موتور چه اتفاقی میافتد؟
در بخش عقب موتور، جریانهای مختلف دوباره به سمت خروجی هدایت میشوند. گازهای حاصل از عبور از هسته موتور و، بسته به طراحی، جریان هوای بایپس از قسمت عقب خارج میشوند.
اصل ایجاد رانش در اینجا نسبتاً ساده است: موتور حجم بزرگی از هوا را شتاب میدهد و به سمت عقب میفرستد؛ در نتیجه نیرویی در جهت مخالف ایجاد میشود که هواپیما را به جلو میراند.
این همان مفهوم سادهای است که پشت عملکرد موتور جت قرار دارد، اما اجرای آن به مجموعهای بسیار پیچیده از قطعات و سامانههای مهندسی نیاز دارد.
یک فرایند ساده در ظاهر، پیچیده در عمل
در یک موتور توربوفن، فن، کمپرسورها، محفظه احتراق، توربینها و سامانههای کنترلی باید با دقت بسیار بالا و در شرایطی سخت با یکدیگر هماهنگ باشند.
پرهها با سرعت بسیار زیاد میچرخند، دمای برخی بخشهای موتور به مقادیر بسیار بالا میرسد و کوچکترین خطا در طراحی یا عملکرد میتواند پیامدهای جدی داشته باشد.
بنابراین وقتی یک هواپیمای مسافربری را در حال برخاستن میبینیم، پشت آن حرکت ظاهراً ساده، یکی از پیچیدهترین سامانههای مهندسی جهان در حال کار است؛ سامانهای که با مکیدن هوا، فشرده کردن آن، سوزاندن سوخت و شتاب دادن دوباره جریان هوا، انرژی را به نیروی رانش تبدیل میکند و هواپیما را از زمین جدا میسازد.
