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