رس طبق تعریف انجمن مواد و آزمون آمریکا به کانی‌های طبیعی آگلومره شده شامل فیلوسیلیکات آلومینیوم آب‌دار گفته می‌شود که با افزودن رطوبت کافی ویژگی‌های پلاستیک پیدا می‌کنند و با خشک شدن صلب می‌شوند.^[1]

در طبقه‌بندی خاک‌ها، رس در گروه ریزدانه قرار می‌گیرد. ذرات رس معمولاً با اندازه‌ی کوچکتر از 0.002 میلیمتر تعریف می‌شوند. لیکن گاهی مواقع ممکن است ذراتی با اندازه‌ی 0.002 تا 0.005 میلیمتر نیز رس تعریف شوند. ذراتی که بر حسب اندازه، در طبقه‌ی رس‌ها قرار می‌گیرند، لزوماً شامل کانی‌های رس نمی‌شوند. رس‌ها در مکانیک خاک به ذراتی اطلاق می‌شود که اگر با مقدار محدودی آب مخلوط شوند، خاصیت خمیری از خود نشان می‌هند. خمیری بودن، خاصیت بتونه شکلی است که رس مخلوط با آب از خود نشان می‌دهد. بنابراین مناسب است که ذرات خاکی که فقط از نقطه نظر اندازه در رده‌ی رس‌ها قرار می‌گیرند (یعنی اندازه‌ی آن‌ها کوچکتر از 2 میکرون است) به جای رس، ذرات با اندازه‌ی رسی نامیده شوند.

گیاخاک

رنگ سیاه یا قهوه‌ای تیره از مشخصه‌های گیاخاک می‌باشد که این بخاطر فراوانی کربن آلی در ان است.

گیاخاک یا گیاه‌خاک (به انگلیسی:Humus) بخش آلی خاک است. گیاخاک باقیمانده? گیاهان واجساد جانوران پس از مرگ آنها است. به طوری که که دیگر نتوان نوع گیاه و جانور را تشخیص داد. گیاخاک سبب تیره رنگی خاک می‌شود. علاوه بر این، گیاخاک سبب ورود آب و هوا به خاک می‌شود و برخی از مواد مورد نیاز گیاهان را به آنها می‌رساند. روخاک معمولاً گیاخاک بیشتری نسبت به زیرخاک دارد. همچنین گیاخاک در خاکهای کشتزارها، باغها و باغچه‌ها زیاد و در خاکهای بیابانی بسیار کم است. گیاخاک، آب خاک و فضای خالی بین ذرات خاک را افزایش می‌دهد که برای رشد گیاهان بسیار مفید است.

خاک چیست؟

خاک مخلوط پیچیده ای از مواد معدنی، آلی و موجودات زنده است. خاک یکی از محصولات محیط است که دائماً در معرض تغییر و نمو قرار دارد. خاک همیشه و در همه حال توسعه می یابد حال یا به آهستگی در مناطق خشک و یا سریع در مناطق مرطوب.

در سالهای دور خاک بعنوان بخش بی ارزش پوسته زمین به شمار می رفت. تا اینکه در سال 1880 میلادی توسط دانشمندی روسی به نام “داکوچائف” بعنوان بخشی زنده و دارای ارزش مورد مطالعه قرار گرفت.

خاک مخلوط پیچیده ای از مواد معدنی، آلی و موجودات زنده است. خاک یکی از محصولات محیط است که دائماً در معرض تغییر و نمو قرار دارد. خاک همیشه و در همه حال توسعه می یابد حال یا به آهستگی در مناطق خشک و یا سریع در مناطق مرطوب.

خاک با یک تکه سنگ خرد شده و یا یک لایه جرم کثیف متفاوت است، خاصه مهم خاک این است که زنده است و موجودات زنده را می پروراند که مثال بارز آن گیاهان هستند. به دیگر بیان میتوان خاک را پوسته ای از زمین نامید که بدون آن زمین خواهد مرد.

پوسته زمین ( در اینجا خاک) بوسیله باد، آب یا فعالیتهای انسان فرسوده می شود و از دیگر سو توسط فرآیند هوا زدگی سنگها یا بعبارت درست تر مواد مادری مجدّداً احیا یا نو می شود. خاک با دیمانسیون سه بعدی تعریف می شود یعنی ارتفاع به علاوه مساحت.

هنگامی که در جاده ای شما در حال حرکت هستید به مقطع بریده تپه کنار جاده ( مقطع طبیعی ) نگاه کنید. می بینید که خاک روی آن، از لایه های مختلفی با رنگهای متفاوت تشکیل شده است. دقت کنید که به چه ترتیبی ضخامت لایه های منفرد از بالا به پائین تغییر می کند. چرا لایه های پائینی خاک تپه معمولاً ضخیم تر هستند؟ چرا لایه بالائی خاک تیره تر است؟ پاسخ همه این سئوالها به چگونگی تشکیل خاک بر می گردد.

به دیگر بیان میتوان خاک را پوسته ای از زمین نامید که بدون آن زمین خواهد مرد

تصویر از رایزو باکتریای خاک تهیه شده است.

تصور هر شخص از خاک بر اساس استفاده ای است که از آن می کند.

یک مهندس عمران، از خاک بعنوان زیر بنا و مهد ساختمان، جاده و بزرگراه نگاه می کند.

یک مهندس معدن، خاک را پوششی می بیند که باید آنرا بردارد تا به معادن و کانی های گرانبها دست پیدا کند.

یک طراح فضای سبز به خاک بعنوان منبعی برای ساخت یک پارک یا باغ زیبا می نگرد.

و بالاخره، مهندسین کشاورزی و منابع طبیعی به خاک بعنوان منبعی برای تولید محصولات کشاورزی و جنگل نگاه می کنند.

ما می توانیم و باید علوم متداول مثل شیمی، فیزیک و بیولوژی را در مطالعات خاک بکار ببریم. همانطوری که بسیاری از دانشمندان در طول سالیان متمادی اینکار را انجام داده اند. ولی تحقیقات اخیر نشان دهنده این است که باید تحقیقات خود را تنوع ببخشیم و تغییراتی در آن بوجود آوریم. چالش پیش روی ما نگاه به کل سیستم طبیعی همراه با پیشرفت علوم در سایر زمینه ها و روابط متقابل بین آنهاست.

آیا میتوان روی موجودات زنده خاک بدون توجه به محیط زیست مطالعه نمود؟ آیا میتوان یک ذره از خاک را بدون در نظر گرفتن ذرات کنار آن در یک خاکدانه مطالعه نمود؟ مشخصاً، دانش بیشتری را باید بدست آوریم. اگر چشمان خود را بیشتر باز کنیم تا از ماورای حصاری که علوم متداول یاد شده برای ما ترسیم نموده اند و با زاویه ای دیگر به مسائل بنگریم. دانشمندان خاک (خاکشناسی) در زمینه های شیمی، فیزیک و بیولوژی در اندیشه چنین کاری خواهند بود، به شرطی‌که وقتی به خصوصیات فیزیکی، شیمیائی و بیولوژیکی خاک فکر می کنند، پویایی و روابط متقابل آنرا از یاد نبرند…

?? خصوصیات فیزیکی، شیمیائی و بیولوژیکی

? خصوصیات فیزیکی

خاک‌ها مرکب از سه فاز یا حالت جامد، مایع و گاز هستند. مطالعه فیزیکی این سه فاز، فیزیک خاک نام دارد و مشتمل بر موارد زیر میباشد:

- دانسیته و تخلخل

- بافت

- ساختمان

- رنگ

- نگهداری و حرکت آب در خاک

هر چند بیشتر این خصوصیات خاک از مواد مادری آن به ارث می رسند ولی بعضی تلاشهای انسانی می توانند برخی از این خصوصیات را تغییر دهند بطوریکه حاصلخیزی خاک تامین شود. ساختمان مدوری که در شکل دیده می شود یک نمونه از خاکی است که نمک های سدیمی زیادی دارد. محصولاتی که در چنین خاکهائی رشد می کنند مشکلات فراوان نفوذپذیری ریشه های گیاهی را خواهند داشت.

? خصوصیات شیمیائی

مطالعات مربوط به خواص شیمیائی خاک به خصوصیات شیمیائی خاک که بستگی به ترکیب معدنی، مواد آلی و محیط دارد، می پردازد.

همانطور که می دانیم، واکنش‌های شیمیائی هنگامی رخ می دهند که مواد یا ترکیب و یا تجزیه شوند بطوریکه با مواد اولیه از نظر ماهوی تفاوت دارند. واکنش ها در حین انجام یا انرژی از دست می دهند یا انرژی خواه هستند. مواد جدید وقتی بوجود می آیند که پیوندهای بین اتمها یا یونها تشکیل می شود، پیوندهائی شکسته می شوند و یا وقتی اتمها آرایش جدیدی به خود می گیرند. یونها اتمهائی هستند که بواسطه از دست دادن یا گرفتن الکترون ها باردار شده اند، مثبت یا منفی. یونهای با بار مخالف همدیگر را جذب می کنند،در حالیکه یونهای با بار یکسان همدیگر را دفع می کنند. یک مثال ساده ترکیب اکسیژن و هیدروژن و تشکیل آب است.

فهم شیمی خاک در فهم تشکیل خاک و حاصلخیزی نقش مهمی دارد. چگونگی شکسته شدن سنگها و کانی ها و تبدیل آنها به ترکیبات جدید برای درک چگونگی هوا دیدگی و فرسایش خاک ضروری است. نیزچگونگی تبدیل و تشکیل مواد معدنی خاکها منجر به حاصلخیزی بهتر و روشهای برتر آزمایشهای خاک منجر می شود. تصویر، یک مقطع نازک از مواد مادری خاک را زیر یک میکروسکوپ پلاریزان نشان می دهد.

در این تصویر، به ترتیب پیچیده و اندازه کانی ها و ساختمانهای متخلخل توجه کنید . هر کانی دارای قابلیت حلالیت و همچنین مقاومت به هوادیدگی منحصر بفرد می باشد . در کانی های مشابه ، ذرات کوچکتر سریعتر حل می شوند به علت اینکه دارای سطح تماس ( در واحد جرم ) بیشتری هستند و این سطح در معرض فرایند هوا دیدگی می باشند.

? خصوصیات بیولوژیکی

بیولوژی خاک مطالعه موجودات زنده در خاک است . تعداد زیادی باکتری ، قارچ ، اکتینو مایست ، کرمها ، حشرات ، پستانداران و جوندگان کوچک در خاک زندگی می کنند . بسیاری از این موجودات زنده به تامین حاصلخیزی خاک بواسطه تجزیه باقیمانده های گیاهی و جانوری که منجر به گردش مجدد عناصر غذایی می شود کمک می کنند . تاثیر متقابل بین موجودات مختلف یک موضوع بسیار جالب در علم خاک است . یک مثال از این تاثیر متقابل همیاری باکتری با ریشه گیاهان است که در تصویر نشان داده شده است .اغلب این همیاری به فواید دو طرفه منجر میشود.

علم بلور شناسی : به طور کلی بررسی جامدات متبلور و چگونگی تشکیل و رشد آن ها ، ساختمان درونی ، شکل ظاهری و خواص شیمیایی و فیزیکی مربوط به آن ها علم بلور شناسی می گویند .

قبل از اینکه بخواهیم به تشریح کلمه ی بلور بپردازیم شما باید با چند اصطلاح  در این زمینه آشنا شوید .

همگن (یکنواخت یا هموژن): بلور ها مواد همگن هستند . یعنی دارای ساختمان مادی فیزیکی یکنواختی می باشند . به این صورت که در یک بلور خواص فیزیکی از قبیل رسانایی گرمایی و الکتریکی  و سختی در یک جهت و جهت های موازی با آن یکسان است .

همانطور که می دانید فرمول شیمیایی یک کانی ثابت است .

بر عکس مواد همگن ، در ناهمگن ها(هتروژن) خصوصیاتی که در بالا ذکر شد در جهت های یکسان و مساوی نایکنواخت است .

ایزتروپ : در صورتی که خواصی مثل رسانایی الکتریکی نه فقط در یک جهت بلکه در تمامی جهات به صورت یکسان و مشابه باشد ، آن جسم را ایزوتروپ می گویند . مثل شیشه

اگر هدایت الکتریکی در جهات مختلف جسم متفاوت باشد جسم آنیزتروپ است .

بلور ها معمولا آنیزتروپ هستند . وجود سطح های مختلف در بلور ها که نتیجه ی رشد آزادانه ی بلورها است دلیل محکمی برای آنیزتروپ بودن بلورهاست . چون اگر بلور ها ایزوتروپ بودند رشد بلورها در تمامی جهات یکسان می بود و شکل کره ظاهر می شد

بنابراین در بلورها که همگن و آنیزتروپ می باشند خواص فیزیکی و شیمیایی در جهت های موازی با هم یکسان است .

و اینک یک تعریف کلی از بلور :

به مواد همگن ، جامد و معمولاً آنیزتروپ که دارای ساختمان مادی و فیزکی یکنواختی می باشد بلور می گویند .

تشکیل بلورها و رشد آن ها :

بلور ها معمولاً از مواد مذاب ، مایعات و بخارها جدا می شوند . در حالت های فوق مایع ، محلول ، ماده مذاب ، اتم ها و یون ها به طور نامنظم پراکنده شده اند ولی با تغییرات دما ، فشار و غلظت ، اتم ها و یون ها با آرایش منظمی کنار یکدیگر قرار می گیرند و بلورها را می سازند . به عنوان مثال در تشکیل نمک طعام از محلول آب و نمک ، تبخیر و سرعت ان در بالا رفتن غلظت نمک نقش موثری دارد ؛ به گونه ای که رفته رفته غلظت نمک بالا رفته و به نقطه ای می رسد که آب قادر به نگه داری تمامی نمک به صورت محلول نیست و بلور ها کم کم شروع به تشکیل می کنند . البته اندازه ی این بلورها به سرعت تبخیر بستگی دارد . هر چه سرعت تبخیر بیشتر باشد بلور های ریزتری از نمک طعام تشکیل می شوند و هر چه سرعت تبخیر پایین تر و تبخیر به کندی صورت گیرد یک یا چند بلور درشت با شکا مشخص و غالبا جهت یافته تشکیل می گردد . مثل ماگمایی که درون زمین به کندی سرد می شود .

بلورهای درشتر ماگمایی که به سطح زمین رسیده و به سرعت سرد می شوند و در نتیجه بلورهای دانه ریز را تشکیل می دهند .

در صورتی که اتم ها و مولکول ها پراکنده در بخار در اثر سرد شدن و کاهش دما به یکدیگر نزدیک تر شوند و با نظم خاصی کنار یکدیگر قرار بگیرند ، تشکیل بلور آن ها نمونه ای از شکل گرفتن بلور از بخار است . مثل تشکیل برف از بخار آب موجود در اتمسفر

سیستم های بلوری :

در حالت کلی 6 سیستم بلوری وجود دارد که همه ی سیستم های بلوری در اثر تغییرات در این 6 سیستم حاصل شده اند .

هر سیستم بر اساس سه پارامتر اصلی ، مشخص می گردد :
1.  تعداد محورهای بلوری موجود در سیستم
2.  طول آنها
3. زاویه ای که تحت آنها ، این محورها یکدیگر را قطع می کنند
در بلور شناسی محورهای اصلی عبارتند از A (کوتاه ترین محور) ، C  (بلندترین محور) و محور B و در برخی حالت ها محور D

1. سیستم ایزومتریک ( کوبیک یا مکعبی) : در این سیستم ساده ترین رابطه بین پارامتر های یک شبکه وجود دارد به این صورت که پارامترهای طولی باهم برابر و بریکدیگر عمودند .

این سیستم دارای سه محور می باشد که هر سه ، دارای طول یکسان بوده و تحت زاویه 90 درجه یکدیگر را قطع می کنند .

مثالی از کانی هایی که دراین سیستم متبلور می گردند:
گارنت ها ( Garnets ) فلوریت ( Fluorite )
الماس ( Diamond ) طلا ( Gold )
پیریت ( Pyrite ) نقره ( Silver )

2. سیستم تتراگونال : این سیستم نیز دارای سه محور بوده که هر سه تحت زاویه 90 درجه یکدیگر را قطع می کنند . تفاوت این سیستم با سیستم کوبیک در این می باشد که در سیستم تتراگونال ، محور C ، بلندتر از محورهای B , A که دارای طول های مساوی هم هستند ، می باشد .

مثالی از کانی هایی که دراین سیستم متبلور می گردند:

آپوفیلیت ( Apophyllite ) ایدوکراز ( Idocrase )
روتیل ( Rutile ) اسکاپولیت ( Scapolite )
ولفنیت ( Wulfenite ) زیرکن ( Zircon )

3. سیستم اورترومبیک : پارامتر های طولی با یکدیگر مساوی نیستند ولی بر هم عمودند . در این سیستم سه محور وجود دارد . هر سه تحت زاویه 90 درجه با هم برخورد می کنند اما هر سه محور ، از نظر طول ، متفاوتند .در این سیستم تمامی وجوح مستطیل شکل هستند . به این سیستم سیستم مکعب مستطیلی نیز می گویند .

مثالی از کانی هایی که دراین سیستم متبلور می گردند:

سیلیمانیت ( Sillimanite ) هیپرستن ( Hypersthene )
اولیوین ( Olivine ) سولفور ( Sulfur )
توپاز ( Topaz ) زوئیزیت ( Zoisite )

4. سیستم مونوکلینیک : در سیستم های تتراگونال و اورترومبیک با وجود اختلاف در پارامتر های طولی ، زوایای بین سطوح همانند سیستم مکعبی 90 درجه است . در سیستم مونو کلینیک علاوه بر تفاوت در پارامتر های طولی یکی از زوایا 90 درجه نیست . در این سیستم یکی از سطوح خارجی متوازی الاضلاع است .

در این سیستم تبلور ، سه محور ، طول متفاوت دارند . دو محور ( محور A و محور C ) تحت زاویه 90 درجه یکدیگر را قطع می کنند اما محور B ، تحت زاویه متفاوت با آنها برخورد دارد .

مثالی از کانی هایی که دراین سیستم متبلور می گردند:
آزوریت ( Azurite ) دیوپسید ( Diopside )
تادئیت ( Tadeite ) مالاکیت ( Malachite )
فلدسپارهای ارتوکلاز ( Orthoclase Feldspare )

5. سیستم تری کلینیک : در این سیستم تمامی زوایا و محورها با هم برابر نیستند و زاویه ها مخالف 90 درجه اند . در نتیجه سه دسته سطوح جانبی در یک سلول واحد به شکل متوازی الاضلاع است .

مثالی از کانی هایی که دراین سیستم متبلور می گردند:

کیانیت ( Kyanite ) لابرادوریت ( Labradorite )
فلدسپارهای میکرولین ( Microline Feldspare )
فلدسپارهای پلاژیوکلاز ( Plagioclase Feldspare )

6 . سیستم هگزاگونال ( شش وجهی ): در این سیستم تبلور یک محور اضافی وجود دارد که وجه ششم بلور را تشکیل می دهد . سه محور دارای طول مساوی بوده و تحت زاویه 60 درجه یکدیگر را قطع می کنند . محور قائم یا محور C بر سه محور کوچکتر عمود می شود .
کانی شناسان گاهی این سیستم را به دو سیستم شامل : هگزاگونال و تریگونال تقسیم می کنند . این تقسیم بندی بر اساس شکل خارجی انها صورت می گیرد .

مثالی از کانی هایی که دراین سیستم متبلور می گردند:

آپاتیت ( Apatite ) بریل ( Beryl )

تریگونال :
سیستم تریگونال در حقیقت یک زیر سیستم از سیستم هگزاگونال محسوب می گردد .

از جمله کانی هایی که در این سیستم متبلور می شوند می توان :
انواع متفاوت کوارتز ( Quartz )
شامل : آگات ( Agate ) ، کلسدنی ( Chalcedony ) ، ژاسپ ( Jasper ) ، آمیتیست ( Amethyst ) و .....
کروندوم ( Corundum ) هماتیت ( Hematite )
رودوکروزیت ( Rhodochrosite ) تورمالین ( Tourmaline )
را نام برد .

بخش عمده ای از اطلاعات اساسی در مورد ساختمان های بلوری ، بر پایه پراش اشعه X استوار و مبتنی است .استفاده از پرتو X در بلور شناسی به منظور تشخیص ساختمان داخلی آن بسیار اهمیت دارد و می توان گفت ساختمان داخلی بلور ، اندازه و شکل سلول های اولیه بلورها و محل قرار گرفتن اتم ها بر پایه مطالعه پراش اشعه X استوار است .

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

موتور توربو پراپ


موتور توربو شفت

رم جت : 

رمجت موتور جتی است که تنها با استفاده از یک مجرای واگرا(دیفیوزر) در ورودی خود سرعت هوای ورودی را کاهش وفشار آن را افزایش می دهد ودیگر نیازی به کمپرسور ندارد. به همین دلیل (نداشتن کمپرسور)نیاز به توربین هم ندارد.اما نسبت تراکم کافی برای روشن شدن موتور تنها در سرعتهای مافوق صوت ودر بعضی از انواع کم بازده آن در سرعتهای نزدیک صوت به دست می آید.

مزایا: اجزای متحرک بسیار کم ، قابلیت استفاده در سرعتهای بالا(0.8ماخ تا بیشتر از5 ماخ)وبازده خوب در ماخ بیشتر از 2،ووزن پایین (سبکترین موتور جت هوازی)ونسبت پیشران به وزن بسیار بالا

معایب : در سرعتهای پایین چون نسبت تراکم هوای ورودی کم است،کار نمی کند ونیاز به هوای ورودی با سرعت بالا(معمولاً بالای 1 ماخ)دارد.به علت نداشتن توربین نمی شود از آن به کمک شفت برای وسایل دیگر نیرو گرفت.معمولاً توانایی کارکرد آن به محدوده کوچکی از سرعت محدود می شود. سرعت هوای ورودی حتماُ باید در ورودی موتور به زیر صوت کاهش پیدا کند در غیر این صورت احتراق انجام نمی پذیرد.بسیار پر سر وصداست وآزمایش آن به دشواری صورت می گیرد .

طرح شماتیک موتور رم جت

اسکرم جت :

مشابه رمجت است با این تفاوت که در ورودی خود دیفیوزر نداردو جریان هوا در ورودی موتور مافوق صوت باقی می ماند .

مزایا: قطعات متحرک کم ، توانایی کارکرد در سرعتهای بسیار بالا0عدد ماخ 8 تا 15) با بازده بالا

معایب : هنوز در مرحله آزمایش است ، برای شروع به کار نیاز به سرعتهای بسیار بالا(ماخ>6) دارد، سیستم خنک کنندگی پیچیده(مشکل در خنک کنندگی )، نسبت پیشران به وزن پایین (تقریباً 2) پیچیدگی آیرو دینامیکی بسیار زیادوازمایش دشوار

طرح شماتیک موتور اسکرم جت

راکت :

راکت نوعی موتور جت غیر هوازی که سوخت و اکسید کننده را همراه خود حمل می کند و از طریق سوزاندن سوخت و اکسید کننده در محفظه احتراق و ایجاد جریان جت پیشران تولید می کند . راکتها در دو نوع سوخت جامد و سوخت مایع ساخته می شوند.در نوع سوخت مایع ، سوخت (مثلاً هیدروژن مایع برای موتورهای اصلی شاتل) و اکسید کننده (مثل اکسیژن مایع) در مخازن جداگانه نگهداری و برای روشن کردن موتور به کمک پمپ آنها به درون محفظه احتراق هدایت و در آنجا مشتعل می کنند. اما در نوع سوخت جامد ، سوخت و اکسید کننده در کنار هم به صورت مخلوطی از چند ترکیب شیمیایی وجود دارند که با شروع کار موتور در اثر حرارت ترکیب حامل اکسیژن ، تجزیه و اکسیژن آزاد

می کند (مثلاً تجزیه حرارتی KNO 3 به O 2 و KNO در باروت که امروزه در مراسم آتشبازی از آن استفاده می کنند)

فناوری لازم برای طراحی و تولید راکتهای سوخت مایع ساده تر از راکتهای سوخت جامد است. اما راکتهای سوخت مایع دارای ضربه مخصوص(نسبت کل ضربه تولیدی به جرم کل سوخت) پایینتری هستند. همچنین به علت خورندگی شدید اکسید کننده نمی توان آن را برای مدت طولانی در مخزن راکت نگهداری کرد و مخازن سوخت را می توان تنها چند ساعت قبل از پرتاب پر کرد. فرایند پر کردن گاهی تا 12 ساعت یا بیشتر به طول می انجامد. اگر تا 72 ساعت بعد از پر کردن راکت عملیات شلیک انجام نشود، به علت آسیب ناشی از خورندگی اکسید کننده و فشار زیاد سوخت و اکسید کننده راکت دیگر قابل استفاده نخواهد بود. در حالت عادی معمولاً سوخت و اکسید کننده در فاز گازی قرار دارند. برای اینکه قابل حمل در موشک شوند باید تبدیل به مایع شوند. که این عمل را به کمک افزایش فشار انجام می دهند که افزایش دمای شدیدی را در پی خواهد داشت. برای جلو گیری از آسیب دیدن قطعات فشارنده و راکت، فشرده سازی به صورت متناوب انجام می شود و در فواصل انجام کار دستگاه ها را خنک می کنند.

اما در راکتهای سوخت جامد چون سوخت تحت فشار نیست و اکسید کننده در ترکیب قرار دارد (و در نتیجه خورنده نیست)، محدودیتی برای نگهداری آن در راکت وجود ندارد(به طور معمول تا 15 و در صورت بهینه سازی تا 20سال قابلیت نگهداری در سیلو را دارند) این راکتها را می توان ظرف 15 دقیقه آماده پرتاب کرد.

نسلهای اولیه موشک شهاب 3 با سوخت مایع کار می کردند ولی با توسعه فناوری ساخت آن نسلهای بعدی به سوخت جامد مجهز شدند.

راکتها امروزه عموماً برای ارسال محموله به فضا ، حمل مواد انفجاری برای اهداف نظامی و...استفاده می شوند.

مزایا: اجزای متحرک بسیار کم(فقط در پمپ سوخت واکسید کننده)، توانایی حرکت در محدوده سرعتی بسیار گسترده(از 0 تا بیش از 25 ماخ)، کارامدی در سرعتهای بالا(ماخ 10 به بالا)، نسبت پیشران به وزن بیشتر از 100(بدون احتساب وزن سوخت) سرعت بسیار زیاد (ماورای صوت) ، سرعت گاز خروجی ماورای صوت(Hyper sonic) نسبت قیمت به پیشران مناسب، توانایی کارکرد در خل

معایب: نیاز به سوخت زیاد، (ضربه مخصوص پایین)، تنش حرارتی شدیدی ایجاد می کند، امکان استفاده دوباره از محفظه احتراق آن تقریباً وجود ندارد. و همچنین به علت حمل اکسید کننده، خطر آن زیاد است و در ضمن صدای بسیار زیادی تولید می کند.

توربوراکت :

موتور توربو جتی است که به ان اکسید کننده ای مثل اکسیژن افزوده اند. در ارتفاع بالا این اکسید کننده با جریان هوای ورودی مخلوط می شود تا کمبود اکسیژن هوای ورودی را جبران کند وبه هواپیما اجازه پرواز در ارتفاع بیشتری را می دهد.

مزایا: در ارتفاع بسیار بالا عمل می کند ومحدوده ارتفاعی بسیار بزرگی دارد.

معایب: محدودیت سرعت ان مانند توربو جت است، به دلیل حمل اکسید کننده می تواند خطرناک باشد واز راکت معمولی بسیار سنگینتر است.

توربورم جت:

این موتورها ترکیبی از موتورهای رمجت و توربو جت است .به این شکل که یک موتور توربو جت درون یک موتور رم جت قرار دارد.

تا زمانی که هواپیمابه سرعت کافی برای فشرده سازی هوا در ورودی موتور رم جت نرسیده است ،ورودی رم جت بسته است وهوا وارد توربو جت می شود .اما وقتی سرعت هوای ورودی به اندازه کافی برای روشن شدن موتور رم جت رسید دریچه های توربو جت بسته ودریچه های رم جت باز می شود. به این ترتیب هواپیما می تواند از حالت ایستا نیز شروع به کار کند.

مزایا: توانایی کارکرد در محدوده وسیعی از سرعت و توانایی ایجاد پیشران در حالت ایستا ، مزایای توربوجت هنگام کار کردن بخش توربو جت (بجز طراحی ساده) ومزایای رم جت هنگام روشن شدن بخش رم جت(بجز نسبت تراست به وزن بسیار زیاد)

معایب : وزن بشتر از توربو جت ورمجت ، پیچیدگی زیاد ومعایب توربو جت هنگام کار کردن بخش توربو جت ومعایب رم جت هنگام کار کردن بخش رم جت (بجز ناتوانی در تولید رانش ایستا)

سیکل کاری موتور توربورم جت

J_58 متعلق به هواپیمای SR_71

:Precooled jet

در این موتور ها ابتدا باید در ورودی موتور تا دماهای بسیار پایین سرد شود وسپس وارد موتور شود (موتور رم جت یا توربو جت 9فمیتوان با ترکیب کردن

مزایا: می توان آن را روی زمین آزمایش کرد، نسبت پیشران به وزن بالایی دارد (با استفاده از سوخت مناسب این نسبت به 14 هم می رسد)، محدوده سرعتی وسیعی را پوشش میدهد (از0 تا5 ماخ)که این بازه وسیع سرعت امکان ارسال محموله به مدار را به صورت تک مرحله ای وسریع فراهم می کندو بای سفرهای بین قاره ای مناسب است.

معایب: درحال فقط به صورت نمونه ازمایشگاهی وجود دارد مانند موتورهای

ARTEX – SABRE – RB 545

:Pulse detonation engine

شبیه موتور پالس جت می باشد با این تفاوت که انفجاری که در محفظه احتراق آن صورت می گیرد امواج ضربه ای مافوق صوت ایجاد می کند این امواج ضربه ای پیشران زیادی تولید می کنند .

مزایا: از نظر تـئوری بیشترین بازده را بین موتور های جت دارد ،بیشترین بازده بهترین موتورهای جت کنونی حدود 30% است در حالیکه برای PDE بازده به 50% هم می رسد(در تـئوری).

معایب: بسیار پر صدا، فرسودگی شدید اجزا در زمان کار، مشکل در راه انداختن موتور(مشکل در شروع

Detonation یا انفجار مافوق صوت) وفعلاً نمونه واقعی از آن ساخته نشده

مقایسه بازده انواع موتور جت در سرعتهای مختلف