الطائرات || كيف تعمل المحركات النفاثة؟

بواسطة محمد شريف
08/02/2017

الطائرات || كيف تعمل المحركات النفاثة؟

تعمل المحركات النفاثة على تحريك الطائرة إلى الأمام بقوةٍ كبيرة ناتجة عن قوة الدفع المتولدة داخل المحرك، وهي السبب في جعل الطائرة تطير عاليًا.

جميع المحركات النفاثة أو كما يطلق عليها توربينات الغاز تعمل بنفس المبدأ، حيث يتم سحب الهواء من مقدمة المحرك بواسطة مروحة ثم يقوم الضاغط (Compressor) برفع ضغط الهواء. فالضاغط (Compressor) يتكون من عدد من الشفرات المتعددة المتصلة بالعمود المحوري. تدور الشفرات بسرعةٍ عالية وتقوم بضغط الهواء، ثم يتم إطلاق رذاذ الوقود حيث يتم إشعال الخليط من الهواء المضغوط والوقود.
تتمدد الغازات المحترقة وتنفجر ثم تمر من خلال الفوّهة (Nozzle) الموجودة في الجزء الخلفي للمحرك، وبينما ينطلق الغاز نحو الخلف، يندفع المحرك والطائرة بقوة دفع إلى الأمام.وقبل أن يخرج الهواء الساخن من الفوّهة يمر بمجموعة أخرى من الشفرات تسمى التوربينات (Turbine) والتي تكون متصلة بالعمود المحوري مما يسبب حركة شفرات الضاغط (Compressor).

ما هو الدفع (Thrust) ؟

هو القوة التي تدفع المحرك والطائرة كلها إلى الأمام، وفقا لمبدأ السير إسحاق نيوتن«لكل فعل رد فعل مساوي له في المقدار ومضاد له في الاتجاة» حيث يعمل المحرك النفاث بنفس المبدأ، حيث يسحب المحرك كمية كبيرة من الهواء، ثم يتم تسخين الهواء وضغته ثم تبطئته، ويمر الهواء بعد ذلك من خلال شفرات متحركة،ثم خلط الهواء بالوقود، وبعد الإشعال تصل درجة حرارة الهواء إلى 3000 درجة مئوية تقريبًا.
يتم بعد ذلك استخدام قوة الهواء لتحريك التوربينات، وأخيرًا عندما يخرج الهواء إلى الخلف يقوم بدفع الطائرة ويسبب تحريكها إلى الامام.

أجزاء المحركات النفاثة

-المروحة (Fan) :
هى أول جزء من المراوح التوربينية، حيث أن المرواح ذات الأحجام الكبيرة تسحب كمية ضخمة من الهواء. تكون معظم شفرات المروحة مصنوعة من التيتانيوم ومهمتها تسريع الهواء، ثم يتم تقسيم الهواء إلى جزئين، الجزء الأول من الهواء يمر خلال منتصف المحرك (Core) ويمر بخلال المراحل الأخرى من المحرك،
أما الجزء التاني من الهواء يمر من خلال الأنبوبة التي تحيط بقلب المحرك (Core)، حيث يساعد هذا الجزء من الهواء على تبريد قلب المحرك وإضافة بعض من قوة الدفع للطائرة.

-الضاغط (Compressor):
يعتبر الضاغط أول جزء في قلب المحرك، وهو مصنوع من مراوح متعددة ومتصلة بالعمود المحوري(The Main shaft ) ويقوم بضغط الهواء إلى مناطق ذات مساحات صغيرة تدريجيًا، مما ينتج عنها زيادة في ضغط الهواء. ويُنقل ذلك الهواء بالقوة إلى غرفة الاحتراق.

-الاحتراق (combustor):
في هذا الجزء يتم خلط الهواء بالوقود حيث يتم اشعالهما معًا. يوجد ما يقارب من 20 فوّهة صغيرة لضخ الوقود إلى تيار الهواء، وتتم عملية الإشعال لرفع درجة الحرارة عاليا ليدفق الهواء بطاقة عالية، وبينما يحترق الوقود مع الأكسجين الموجود في الهواء المضغوط ينتج غازات شديدة السخونة.
تصنع غرفة الاحتراق من مواد السيراميك لتكون مقاومة لدرجات الحرارة العالية، حيث يمكن أن تصل الحرارة إلى 2700 درجة مئوية أو أكثر.

-التوربينات (Turbine):
تخرج تيارات الهواء من غرفة الاحتراق بقوة عالية إلى التوربينات. ينتج عن تلك التيارات الهوائية دوران مراوح التوربينات المتصلة بالعمود المحوري الذي يحرك شفرات الضاغط، هذا الدوران يأخد قدرًا من الطاقة الموجدوة في تيارات الهواء تستخدم في تحريك المروحة والضاغط، بينما تدور الشفرات التوربينية آلاف المرات.

-الفوّهة (Nozzle) :
وهي أنبوبة خروج العادم؛ وهى أيضًا الجزء الذي يُنتِج قوة الدفع في المحرك، حيث يُستنزف جزء من القوة الكامنة في تيارات الهواء نتيجة مرور الهواء خلال التوربينات، والجزء الأخر يستخدم في توليد الدفع للمحرك، بينما الدمج بين الهواء البارد خارج قلب المحرك والهواء الساخن بداخله يتم طردهما، ومن ثَم إنتاج العادم لتوليد قوة الدفع، فتعمل الفوّهة (Nozzle) كأداة لدمج الهواء الساخن والهواء البارد ليساعد على جعل المحرك اكثر هدوءًا.

نبذة تاريخية عن أوائل المحركات النفاثة

السير إسحاق نيوتن (Sir Isaac Newton) كان أول من يضع النظريات في هذا المجال، حيث فكر في وجود آلة يحدث في نهايتها انفجار قد يؤدي إلى دفع هذة الآلة إلى الأمام بمعدل سرعة كبير.
بينما بني (Henri Giffard) منطادًا يعمل بأول محرك بخاري يعمل بقوة 3 حصان، ولكنه كان أثقل من أن يطير.
في عام 1874 قام (Felix de Temple) ببناء أول طائرة أحادية السطح، والتي طارت لمسافة قصيرة في أسفل تل وذلك بمساعدة محرك بخاري يعمل بالفحم.
واخترع (Otto Daimler) أول محرك يعمل بالبنزين في الثمانينات.
وفي عام 1894 حاول الأمريكي (Hiram Maxim) أن يُطيّر طائرته بمحركين بخاريين، ولكنها طارت لثوانٍ معدودة.
فالمحركات البخارية الأولى كانت تستخدم الفحم الساخن وكانت ثقيلة جدًا لتطير.
قام الأمريكي (Samuel Langley) بصناعة نماذج لطائرات تعمل بالمحركات البخارية، ففي عام 1896 نجح في جعل الطائرة (Aerodrome) تطير حيث كانت تعمل بمحرك بخاري ولم تحتوي على طيارين، وطارت لمسافة 1609 متر قبل أن ينفذ البخار منها، ثم حاول صنع نفس الطائرة لكن بالحجم الطبيعي ليطلق عليها (Aerodrome A) وتعمل بمحرك يستخدم الغاز، لكن في عام 1903 تحطمت فور إطلاقها فوق بيت عائم.

أيضًا في عام 1903 طار (Wright Brothers) باستخدام الطائرة (The Flyer) بقوة محرك غازي قدرة 12 حصان.
منذ ذلك العام وحتى الثلاثينات كانت المحركات الغازية المتحركة بواسطة محركات الاحتراق الداخلي هى المتفردة في دفع الطائرات.

في عام 1930 قام الطيار الأنجليزي (Frank Whittle) بتصميم أول محرك (Turbo Jet)، وقام بأول طيران ناجح له في عام 1941 وتميز هذا المحرك بوجود ضاغط متعدد المراحل وغرفة احتراق ومرحلة من التوربينات وفوّهة في آخر المحرك.
وفي نفس الوقت تقريبًا كان الألماني (Hans von Ohain) يعمل في تصميم مشابة في ألمانيا، وكانت (Heinkel He 178) أول طائرة تستخدم المحرك التوربيني بنجاح في عام 1939 وأصبحت أول طائرة تعمل بال(Turbo Jet). بينما قامت شركة (General Electric) بصناعة أول (Jet Engine ) للقوات الجوية الأمريكية وذلك في الطائرة الاختبارية (XP-59A) وطارت لأول مرة في أكتوبر من عام1942 .

اعداد: Mohamed Ahmed