مهدي كياني
کاربر فعال مهندسی هوافضا
انواع جت(3)
10- راكت:
راكت نوعي موتور جت غير هوازي كه سوخت و اكسيد كننده را همراه خود حمل مي كند و از طريق سوزاندن سوخت و اكسيد كننده در محفظه احتراق و ايجاد جريان جت پيشران توليد مي كند . راكتها در دو نوع سوخت جامد و سوخت مايع ساخته مي شوند.در نوع سوخت مايع ، سوخت (مثلاً هيدروژن مايع براي موتورهاي اصلي شاتل) و اكسيد كننده (مثل اكسيژن مايع) در مخازن جداگانه نگهداري و براي روشن كردن موتور به كمك پمپ آنها به درون محفظه احتراق هدايت و در آنجا مشتعل مي كنند. اما در نوع سوخت جامد ، سوخت و اكسيد كننده در كنار هم به صورت مخلوطي از چند تركيب شيميايي وجود دارند كه با شروع كار موتور در اثر حرارت تركيب حامل اكسيژن ، تجزيه و اكسيژن آزاد
مي كند (مثلاً تجزيه حرارتي KNO 3 به O 2 و KNO در باروت كه امروزه در مراسم آتشبازي از آن استفاده مي كنند)
فناوري لازم براي طراحي و توليد راكتهاي سوخت مايع ساده تر از راكتهاي سوخت جامد است. اما راكتهاي سوخت مايع داراي ضربه مخصوص(نسبت كل ضربه توليدي به جرم كل سوخت) پايينتري هستند. همچنين به علت خورندگي شديد اكسيد كننده نمي توان آن را براي مدت طولاني در مخزن راكت نگهداري كرد و مخازن سوخت را مي توان تنها چند ساعت قبل از پرتاب پر كرد. فرايند پر كردن گاهي تا 12 ساعت يا بيشتر به طول مي انجامد. اگر تا 72 ساعت بعد از پر كردن راكت عمليات شليك انجام نشود، به علت آسيب ناشي از خورندگي اكسيد كننده و فشار زياد سوخت و اكسيد كننده راكت ديگر قابل استفاده نخواهد بود. در حالت عادي معمولاً سوخت و اكسيد كننده در فاز گازي قرار دارند. براي اينكه قابل حمل در موشك شوند بايد تبديل به مايع شوند. كه اين عمل را به كمك افزايش فشار انجام مي دهند كه افزايش دماي شديدي را در پي خواهد داشت. براي جلو گيري از آسيب ديدن قطعات فشارنده و راكت، فشرده سازي به صورت متناوب انجام مي شود و در فواصل انجام كار دستگاه ها را خنك مي كنند.
اما در راكتهاي سوخت جامد چون سوخت تحت فشار نيست و اكسيد كننده در تركيب قرار دارد (و در نتيجه خورنده نيست)، محدوديتي براي نگهداري آن در راكت وجود ندارد(به طور معمول تا 15 و در صورت بهينه سازي تا 20سال قابليت نگهداري در سيلو را دارند) اين راكتها را مي توان ظرف 15 دقيقه آماده پرتاب كرد.
نسلهاي اوليه موشك شهاب 3 با سوخت مايع كار مي كردند ولي با توسعه فناوري ساخت آن نسلهاي بعدي به سوخت جامد مجهز شدند.
راكتها امروزه عموماً براي ارسال محموله به فضا ، حمل مواد انفجاري براي اهداف نظامي و...استفاده مي شوند.
مزايا: اجزاي متحرك بسيار كم(فقط در پمپ سوخت واكسيد كننده)، توانايي حركت در محدوده سرعتي بسيار گسترده(از 0 تا بيش از 25 ماخ)، كارامدي در سرعتهاي بالا(ماخ 10 به بالا)، نسبت پيشران به وزن بيشتر از 100(بدون احتساب وزن سوخت) سرعت بسيار زياد (ماوراي صوت) ، سرعت گاز خروجي ماوراي صوت(Hyper sonic)، نسبت قيمت به پيشران مناسب، توانايي كاركرد در خلا.
معايب: نياز به سوخت زياد، (ضربه مخصوص پايين)، تنش حرارتي شديدي ايجاد مي كند، امكان استفاده دوباره از محفظه احتراق آن تقريباً وجود ندارد. و همچنين به علت حمل اكسيد كننده، خطر آن زياد است و در ضمن صداي بسيار زيادي توليد مي كند
شاتل فضايي ، مرحله اول پرتاب و كاركرد راكتهاي سوخت جامد
11- 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.
12- توربورمجت:
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 ).
هواپيماي SR_71 كه با موتور توربورمجت كار مي كند
سيكل كاري موتور توربورم جت J_58 متعلق به هواپيماي SR_71
13- 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
14- Pulse detonation engine (PDE):
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 .
مقايسه بازده انواع موتور جت در سرعتهاي مختلف
مقايسه ضربه ويژه انواع موتور جت در سرعتهاي مختلف
10- راكت:
راكت نوعي موتور جت غير هوازي كه سوخت و اكسيد كننده را همراه خود حمل مي كند و از طريق سوزاندن سوخت و اكسيد كننده در محفظه احتراق و ايجاد جريان جت پيشران توليد مي كند . راكتها در دو نوع سوخت جامد و سوخت مايع ساخته مي شوند.در نوع سوخت مايع ، سوخت (مثلاً هيدروژن مايع براي موتورهاي اصلي شاتل) و اكسيد كننده (مثل اكسيژن مايع) در مخازن جداگانه نگهداري و براي روشن كردن موتور به كمك پمپ آنها به درون محفظه احتراق هدايت و در آنجا مشتعل مي كنند. اما در نوع سوخت جامد ، سوخت و اكسيد كننده در كنار هم به صورت مخلوطي از چند تركيب شيميايي وجود دارند كه با شروع كار موتور در اثر حرارت تركيب حامل اكسيژن ، تجزيه و اكسيژن آزاد
مي كند (مثلاً تجزيه حرارتي KNO 3 به O 2 و KNO در باروت كه امروزه در مراسم آتشبازي از آن استفاده مي كنند)
فناوري لازم براي طراحي و توليد راكتهاي سوخت مايع ساده تر از راكتهاي سوخت جامد است. اما راكتهاي سوخت مايع داراي ضربه مخصوص(نسبت كل ضربه توليدي به جرم كل سوخت) پايينتري هستند. همچنين به علت خورندگي شديد اكسيد كننده نمي توان آن را براي مدت طولاني در مخزن راكت نگهداري كرد و مخازن سوخت را مي توان تنها چند ساعت قبل از پرتاب پر كرد. فرايند پر كردن گاهي تا 12 ساعت يا بيشتر به طول مي انجامد. اگر تا 72 ساعت بعد از پر كردن راكت عمليات شليك انجام نشود، به علت آسيب ناشي از خورندگي اكسيد كننده و فشار زياد سوخت و اكسيد كننده راكت ديگر قابل استفاده نخواهد بود. در حالت عادي معمولاً سوخت و اكسيد كننده در فاز گازي قرار دارند. براي اينكه قابل حمل در موشك شوند بايد تبديل به مايع شوند. كه اين عمل را به كمك افزايش فشار انجام مي دهند كه افزايش دماي شديدي را در پي خواهد داشت. براي جلو گيري از آسيب ديدن قطعات فشارنده و راكت، فشرده سازي به صورت متناوب انجام مي شود و در فواصل انجام كار دستگاه ها را خنك مي كنند.
اما در راكتهاي سوخت جامد چون سوخت تحت فشار نيست و اكسيد كننده در تركيب قرار دارد (و در نتيجه خورنده نيست)، محدوديتي براي نگهداري آن در راكت وجود ندارد(به طور معمول تا 15 و در صورت بهينه سازي تا 20سال قابليت نگهداري در سيلو را دارند) اين راكتها را مي توان ظرف 15 دقيقه آماده پرتاب كرد.
نسلهاي اوليه موشك شهاب 3 با سوخت مايع كار مي كردند ولي با توسعه فناوري ساخت آن نسلهاي بعدي به سوخت جامد مجهز شدند.
راكتها امروزه عموماً براي ارسال محموله به فضا ، حمل مواد انفجاري براي اهداف نظامي و...استفاده مي شوند.
مزايا: اجزاي متحرك بسيار كم(فقط در پمپ سوخت واكسيد كننده)، توانايي حركت در محدوده سرعتي بسيار گسترده(از 0 تا بيش از 25 ماخ)، كارامدي در سرعتهاي بالا(ماخ 10 به بالا)، نسبت پيشران به وزن بيشتر از 100(بدون احتساب وزن سوخت) سرعت بسيار زياد (ماوراي صوت) ، سرعت گاز خروجي ماوراي صوت(Hyper sonic)، نسبت قيمت به پيشران مناسب، توانايي كاركرد در خلا.
معايب: نياز به سوخت زياد، (ضربه مخصوص پايين)، تنش حرارتي شديدي ايجاد مي كند، امكان استفاده دوباره از محفظه احتراق آن تقريباً وجود ندارد. و همچنين به علت حمل اكسيد كننده، خطر آن زياد است و در ضمن صداي بسيار زيادي توليد مي كند
شاتل فضايي ، مرحله اول پرتاب و كاركرد راكتهاي سوخت جامد
11- 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.
12- توربورمجت:
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 ).
هواپيماي SR_71 كه با موتور توربورمجت كار مي كند
سيكل كاري موتور توربورم جت J_58 متعلق به هواپيماي SR_71
13- 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
14- Pulse detonation engine (PDE):
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 .
مقايسه بازده انواع موتور جت در سرعتهاي مختلف
مقايسه ضربه ويژه انواع موتور جت در سرعتهاي مختلف
