موتور جت یک موتور واکنشی است که سیال را بر اساس قانون سوم نیوتن با سرعت بالا به حرکت در می آورد. این تعریف کلی از موتورهای جت دربرگیرنده توربو جت ها، توربو فن ها و راکت هاست. به طور عمومی بیشتر موتورهای جت از نوع موتورهای احتراق درونی (internal combustion) هستند ولی انواع غیر درونی وجود دارد. در استفاده های عمومی لفظ "موتور جت" به یک توربین گازی که از داخل احتراق پیدا می کند اتلاق می شود، موتوری که با یک متراکم کننده گردشی که از یک توربین نیرو می گیرد کار می کند. این موتورها اولین ساختاری بودند که در موتورهای جت به کار رفتند.

موتورهای جت بر عکس موتورهای پیستونی که در آنها نیروی محرکه از طریق یک پیستون که در یک سیلندر بالا و پایین می شود،تأمین می شود، با چرخش مداوم یک توربین و کمپرسور نیروی محرکه را تأمین می کنند. در نتیجه بازده بالاتر و صدای کمتری نسبت به موتورهای پیستونی تولید می کنند. موتورهای جت از سه قسمت اصلی تشکیل شده اند که عبارتند از کمپرسور،‌ محفظه ی احتراق و توربین .توربین در قسمت انتهایی موتور قرار دارد و نیروی محرکه کمپرسور را تأمین و از طریق یک یا چند میله(Shaft) به کمپرسور می رساند.

تاریخچه

موتور جت هواپیما که هواى داغ پرفشارى را تولید مى کرد توسط فرانک ویتل خلبان و مهندس هواپیماى انگلیسى اختراع شد و از این رو وى را پدر موتور جت مى نامند.

ویتل در سال 1907در شهر «کاونترى» به دنیا آمد. پدرش مکانیک بود. در سن 26 سالگى به عنوان خدمه پرواز در کران ول به نیروى هوایى سلطنتى انگلستان پیوست و در سال 1926با قبولى در معاینات پزشکى _ خلبانى به دانشکده نیروى هوایى سلطنتى راه یافت. او به عنوان یک خلبان بى پروا شهرتى بسزا به دست آورد و در سال 1928 تز فوق لیسانسش با عنوان «پیشرفت هاى آتى در طراحى هواپیما» که در آن راجع به امکان نفوذ راکت به هواپیما بحث شده بود را به رشته تحریر درآورد.

ویتل پس از فارغ التحصیلى از دانشکده نیروى هوایى سلطنتى، به اسکادران جنگى ملحق شد و در اوقات فراغتش به مطالعه درباره اصول طراحى موتور توربوجت مدرن مى پرداخت. یکى از اساتید پرواز که تحت تاثیر ایده او در زمینه هواپیماهاى ملخ دار قرار گرفته  بود، او را به نیروى هوایى و یک کارخانه خصوصى مهندسى توربین معرفى کرد. پس از مدتى همه به این نتیجه رسیدند که عقاید و نظریات ویتل غیرعملى است. او در سال 1930ایده موتور جت را به صورت انحصارى به ثبت رساند و در سال 1936 با تاسیس کارخانه خصوصى «پاور جت» به ساخت و آزمایش اختراعش پرداخت.

در سال 1937 اولین موتور جت خود را بر روى زمین آزمایش کرد. تا آن زمان او همچنان از سرمایه و حمایت اندکى برخوردار بود. در 27 آگوست ،1939 «هانیکل اچ اى 178» که توسط «هانس یوخیم پابست فون اوهاین» آلمانى طراحى شده بود اولین پرواز موتور جت در تاریخ را به انجام رساند. مدل موتور جت آلمانى به صورت مستقل از تلاش هاى ویتل تکمیل شده بود.

یک هفته پس از پرواز «اچ اى 178»، جنگ جهانى دوم در اروپا آغاز شد. پروژه ویتل، فضایى دوباره براى تحقیق و آزمایش یافت. نیروى هوایى سفارش ساخت موتور جت جدیدى را به شرکت «پاور جت» داد و از شرکت هواپیمایى گلاستر خواستار تولید هواپیمایى آزمایشى با مشخصات یکسان به نام E28/39 شد.

در 15 مه ،1941 هواپیماى جت گلاستر ویتل E28/39 با موتور جت تکمیل شده توسط شرکت توربین انگلستان که تا آن روز به عقاید ویتل بى توجه بود، به پرواز درآمد.

هواپیماى ویتل در پروازهاى آزمایشى اولیه به خلبانى «گرى سایر» به سرعت 370مایل در ساعت در ارتفاع 25 هزار پایى رسید که سریع تر از هر هواپیماى ملخه اى تا آن زمان بود.

همچنان که شرکت هواپیمایى گلاستر در زمینه هواپیماهایى با موتور توربو جت براى جنگ تحقیق مى کردند، ویتل آمریکایى ها را در تکمیل موفقیت آمیز اولین نمونه موتور جت یارى مى داد.

کتاب وى با نام «جت، داستان یک پیشرو» در سال 1953 منتشر شد. او در سال 1977 استاد تحقیق آکادمى فنون و علوم هوایى آمریکا در آناپولیس مرى لند شد. وى در سال 1996در شهر مرى لند ایالت کلمبیا چشم از جهان فروبست.

موتور های جت

در بخش پیشین هر موتور جت مجموعه ای از پره های متحرک وجود دارند که آنها را مکنده Fan مینامند.تیغه پره های مکنده رامعمولا از جنس تیتانیوم میسازند.کار این بخش به درون کشیدن جریانی از هواست که آن را پس از سرعت دادن به بخش دوم یعنی متراکم ساز یا کمپرسورCompressor هدایت میکند.کمپرسور که آن هم از پره های متعدد نصب شده روی یک محور دوار ساخته شده است هوا را فشرده میکندو به قسمت های درونی تر خود میراند.این فرایند به بالا رفتن فشار هوا و افزایش انرژی پتانسیل آن میانجامد.هوای متراکم از کمپرسور به محفظه احتراقCombuster وارد میشود ودر آنجا با سوخت موتور مخلوط میگردد.گازهای داغ از محفظه احتراق وارد توربینTurbine میشوند و آن را به گردش در می آورند.گازهای داغ پس از عبور از توربین به روزنه خروجی میرسند و با فشار زیاد به بیرون فوران میکنند.در واقع در این محل است که نیروی پیشران برای کنده شدن هواپیما از زمین و سپس سرعت گرفتن آن حین پرواز پدید میآید

قسمتهای مختلف موتور جت:Nozzle -Mixer -Fuel jet-Rotary Compressor -Rotary Shaft -

انواع موتور جت:

Turbojetتوربوجت-Turbopropتوربوپراپ-Turbofanتوربوفن-Turboshaftتوربوشافت-Ramjetرم جت-

جت آب:

یکی از انواع موتورهای جت است که با بیرون فرستادن جریان آب از پشت قایق باعث حرکت قایق می شود.

مزایا: توانایی کارکرد در آبهای کم عمق ،قدرت بالا و میزان خسارت زیست محیطی کم .

محدودیتها: بازده کمتر نسبت به موتورهای پروانه ای و آسیب پذیری نسبت به ورود اشیاء خارجی .

ترمو جت :

ترمو جت نوعی موتور جت هوازی ابتدایی است که به جای توربین و کمپرسور(در موتورهای توربین گازی) دارای یک موتور پیستونی به عنوان سوپر شارژر(فشارنده ی هوا) در ورودی هوای خود است. هوا پس از اینکه توسط موتور پیستونی فشرده شد، وارد محفظه احتراق شده و با سوخت مخلوط و سپس مشتعل می شود و بدون عبور از توربین از نازل آن خارج می شود

مزایا : سرعت گاز خروجی از موتورهای ملخی وموتورهای توربین گازی بیشتر است ودر سرعتهای بالا پیشران بیشتری تولید می کند

معایب :وزن بالا ، بازدهی وقدرت کم ، این موتور جزو نسلهای اولیه موتورهای جت است واز فناوری پایینی برخوردار است و دیگر ساخته نمی شود .

پالس جت :

این نوع موتور جت همان طور که از اسمش پیداست به جای فشرده سازی و سوزاندن پیوسته هوا و سوخـــــــــــت به طـور متناوب این کار را انجام میدهد. در برخی از انواع آن برای این کار از سوپاپ استفاده میشود

مزایا: طراحی بسیار ساده به طوریکه معمولا از آنها در هواپیماها مدل استفاده می شود

معایب: پر سر و صدا، کم بازده (به علت نسبت تراکم پایین) و در مقیاسهای بزرگ کارایی مناسبی ندارد و در نوع سوپاپ دار ، سوپاپها زود خراب می شوند

توربو جت :

توربو جت یک واژه کلی برای توصیف موتورهای توربین گازی است، که به طور کلی از سه قسمت کمپرسور (فشارنده هوای ورودی)،محفظه احتراق وتوربین(برای چرخاندن کمپرسورویا شفت)تشکیل می شوند.در کل منظور از توربوجت نوعی از موتور جت بدون شفت اضافی (مقصود شفتی است که برای انتقال نیرو به جایی غیر از کمپرسور مورد استفاده قرار بگیرد) وضریب کنار گذر صفر است.

مزایا : نسبت به توربوفن وتوربوپراپ و ... طراحی ساده تری دارد همچنین در سرعتهای مافوق صوت بازده بالایی دارد (تقریباً از ماخ دو به بالا)

معایب : طراحی پایه وکلی این نوع موتور در سرعتهای زیر صوت بسیار ناکارآمد ، کم بازده ، پر مصرف و نسبتاً پر صدا می باشد .

موتور توربو جت با کمپرسور محوری

موتور توربو جت با کمپرسور گریز از مر کز

توربو فن :

ساختار موتور توربوفن مانند موتور توربوجت است با این تفاوت که مرحله(یا مراحل) اول کمپرسور آن بسیار بزرگتر است.این مساله باعث می شود که هوای ورودی به موتور به شدت افزایش پیدا کند.اما درصد زیادی از هوای ورودی به موتور بدون وارد شدن به محفظه احتراق و مخلوط شدن با سوخت و احتراق از انتهای موتور خارج می شود

به نسبت هوایی که بدون عبور از محفظه احتراق از موتور خارج می شود به کل هوای ورودی ضریب کنار گذر (bypass) می گویند. با این کار سرعت گازهای داغ خروجی از نازل کاهش و دبی جرمی(میزان جرم عبوری از موتور در واحد زمان) موتور افزایش می یابد

مزایا: بازده و برد بیشتر نسبت به توربوجت در سرعتهای زیر صوت و دمای پایین گازهای خروجی (به علت مخلوط شدن گازهای ناشی از احتراق با هوای سرد کنار گذر)

معایب: این موتورها بسیار پیچیده تر از توربوجت هستند.(دارای مجراهای بیشتر و معمولاً دارای شفت های چندگانه). قطر بدنه ی موتورهای توربوفن بسیار زیاد است و در مجموع موتورهای بزرگ و سنگینی هستند و نیاز به پره های بزرگ و سنگین دارند، بیشتر در معرض ورود اشیای خارجی قرار دارد و در مقابل یخ زدگی آسیب پذیر می باشد. دارای سرعت محدود است(زیر صوت) چون در برابر عبور از امواج ضربه ای ناشی از رسیدن به سرعت صوت، بسیار آسیب پذیر است و نمی تواند از سرعت صوت عبور کند .

موتور توربو فن باضریب کتنار گذر بالا


موتور توربو فن با ضریب کنار گذر پایین

پراپ فن :

شبیه موتور توربو فن است با این تفاوت که فن آن در بیرون مجرای موتور قرار دارد

مزایا: بازده سوخت بیشتر (اصولاً هدف از طراحی این موتورهای پیچیده وگرانقیمت افزایش بازده وکاهش مصرف سوخت بود) ونسبت به موتور توربوفن کم صداتروهمچنین توانایی کارکرد در محدوده سرعت بزرگتر از توربو فن، این موتور به علت کم مصرف بودن در دهه 1980محبوب شد(به علت قیمت بالای نفت)

معایب: برخی از نمونه های آن بر خلاف انتظار از توربو فن پر صداتر بودندواز انواع دیگر موتور جت پیچیده ترو گرانتر بودند، همین مساله باعث شد تا تولید وتوسعه آنها متوقف شود .

توربوپراپ(توربو شفت) :

از جریان جت برای تولید پیشران استفاده نمی کند، بلکه تقریباً ازتمام انرژی آن برای چرخاندن توربین وبه دنبال آن شفت استفده می کنند. در موتورهای توربو پراپ نیروی شفت برای چرخاندن ملخ هواپیما به کار می رود.از موتورهای توربو شفت میتوان برای چرخاندن ملخ هلیکوپتر یا به عنوان یک موتور توربین گازی برای تولید نیرو جهت استفاده در واحد تولید قدرت انواع ماشین آلات استفاده کرد.به عنوان مثال برای چرخاندن فن یک تونل باد یا استفاده جای موتور دیزلی در بعضی تانکها(مثلاً تانک آبرامزm-1-a-1 آمریکایی از یک موتور توربین گازی به نام atg-1500 با توان 1500 اسب بخار استفاده می کند یا در مدل جدید تر m-1-a-2 از موتور توربین گازی lv100-5 محصول مشترک هانی ول وجنرال الکتریک استفاده می کند.)

افزودن ملخ به موتور واستفاده از تمام انرژی گازهای خروجی برای چرخاندن آن باعث افزایش دبی جرمی موتور ودر پی آن افزایش بازده در سرعتهای پایین می شود(مثل موتور توربوفن)

مزایا: در سرعتهای زیر صوت(تقریباً بین 100تا 250 متر بر ثانیه) بسیار کارآمد وپر بازده است

معایب: محدوده سرعت آن کوچک است،کمی پر سر وصدا ودارای سیستم انتقال قدرت پیچیده