ایرانموتورهای هوایی

موتورهای هوایی مورد نیاز ایران، ایا راهی برای برون رفت از بحران هست؟

موتورهای هوایی مورد نیاز ایران، ایا راهی برای برون رفت از بحران هست؟

به نام خدا
موتورهای هوایی مورد نیاز ایران، ایا راهی برای برون رفت از بحران هست؟

این مقاله یک مقاله اموزشی و پیشنهادی است که در حین پیشنهادات نکاتی هم در باب بالا بردن سطح اطلاعات شما بیان میکند

فرسودگی ناوگان هوایی برکسی پوشیده نیست که البته دلایل گسترده از جمله تحریم و یا نبود اعتبارات و عدم توانایی ساخت از دلایل ان هستند که هم در بخش نیروی هوایی و هم دربخش هوانیروز قابل مشاهده است. به صورتی که هراز گاهی خبر سقوط یا مشکلات دیگر باعث ازردگی خاطر هموطنان میشود. به صورتی که طبق امار در بین سال های 83 تا 91 حدود 25 مورد سقوط تنها درناوگان بالگردی کشور اتفاق افتاده که با توجه به ناوگان اندک پروازی زیاد و البته با توجه به سن و عدم وجود پشتیبانی قابل هضم است. البته اخباری از تولید بالگرد درکشور شنیده میشده که هیچکدام به سرانجام نرسید و تنها به یک یا چند نمونه انگشت شمارمحدود شد که اخرین نمونه بالگرد صبا بود که البته گفته شد موتور وارداتی است و دقیقا به نظر می رسد که مهمترین گلوگاه کشور در ساخت موتور مهمترین مانع برای ساخت بالگرد است چرا که تاکنون بالگردهای متنوع در داخل کشور بازسازی کامل  شده اند و هم اینکه سیستم های انتقال نیرو برای انواع بالگردهای سبک ساخته شده که به نظر نمیرسد این مسله مشکلتر از ساخت موتور باشد

مرداد 95 موتور اوج باحضور حجت السلام روحانی رییس جمهور و وزیر وقت دفاع سردارحسین دهقان رونمایی شد. این موتور نمونه مهندسی معکوس موتور j85-ge21 بود که با f5 e/f وارد کشور شد.

پس از رونمایی وزیر وقت دفاع اعلام کرد که برنامه ای برای تولید موتور توربوجت سنگین و موتور توربوفن هم وجود دارد. که درطی دوسال اینده موتور توربوجت سنگین و تا پنج سال اینده موتور توربوفن رونمایی خواهند شد. موتور اوج یک موتور کوچک سبک رانش به وزن مناسب اما با مصرف سوخت ویژه بالاتر از نمونه های بزرگتر و کمتر از نمونه های کوچک مشابه است که باتوجه به قیمت کم و رانش مناسب قرار بود در کشورهای متحد امریکا اما فقیرتر در مقابل کمونیسم ایستادگی کند

حال با توجه به مهندسی معکوس موتور جت اوج باید دید که تجربیات دیگر کشورها در این زمینه چگونه بوده و این موتور چه مشکلاتی را از ناوگان خسته ما رفع میکند.

.خوب خانواده موتورهای جت چند عضو معروفتر دارد توربوجتها، توربوفن ها، توربوپراپ ها، و توربوشفت ها، که همگی برپایه موتورهای توربوجت هستند و قلبی از این جنس دارند. حال اگر بدون درنظر گرفتن مسایل محرمانه و تنها با درنظر گرفتن موتور جت رونمایی شده بخواهیم تجربیات مشابه را بیان کنیم یا حتی تجربه و پیشنهاد جدید بدهیم به چه چیزهایی میرسیم؟

  1. تولید موتور توربوفن ازموتور جت اوج

نمونه غیرنظامی موتور جت j85  موتور cj610  می باشد. که البته cj610  ازنمونه های کم قدرت تر است و حداکثر 3100 پاوند تراست تولید میکند در حالی  که نمونه ge21  در حالت بدون پس سوز حدود 3500 پاوند تراست تولید میکند. قبلا نمونه غیرنظامی این موتور یعنی cj610 قبلا هم به توربوفنcf700 تبدیل شده وتجربه جالبی در این زمینه به جا گذاشته است. در این نمونه با تبدیل، میزان حداکثر رانش تولیدی از 3100 به حدود 4000 پاوند افزایش یافته و جالب توجه اینکه میزان مصرف سوخت ویژه(special fuel consumption)  هم از حدود 0.96 پوند به ازای هر پوند در هر ساعت(lb/lbf/h   (به حدود 0.67 رسیده که علاوه بر افزایش قدرت میزان قابل توجهی کاهش مصرف سوخت ایجاد کرده که حتی این میزان مصرف سوخت امروزه و پس از گذشت نزدیک به نیم قرن هم خوب مانده و فقط تعداد اندکی از موتورهای جت نظامی و تعداد بیشتری از موتورهای غیرنظامی مصرف سوخت ویژه ای بهتر نسبت به این موتور دارند.مثلا برای نمونه موتور سوخو سوپرجت 100 مصرف سوخت ویژه به میزان 0.629 دارد. البته مصرف سوخت تنها عامل تایین کننده نیست. نمونه های جدید high bypass حتی به 0.3 هم نزدیک شده اند!

نکته: مصرف سوخت ویژه یعنی یک موتور به ازای تولید یک پاوند تراست چقدر سوخت درهر ساعت مصرف میکند. که البته در این حالت میزان کل تراست تولیدی به قدرت کل موتور هم بستگی دارد. یعنی یک موتور با تراست 16000 پاوند و مصرف ویژه 0.629 در حالت استفاده کل 16000*0.629 و موتور با تراست 3100 به میزان 3100*0.67 پوند سوخت مصرف میکند.

این مسأله شاید در حالت فعلی تنها چند دهم فاصله نشان بدهد اما به صورت بسیار جالبی خود را در مقایسه رنج  و مسافت قابل پیمایش در هواپیماهای کوچک چند نفره شخصی نشان میدهد . نمونه بسیار ملموس ان را میتوان در مقایسه دو تایپ هواپیما پیداکرد. مثلا falcon 20  و Learjet 23 که اولی در برخی نمونه ها از cf700 و دومی در برخی نمونه ها از cj610 استفاده میکند و falcon 20  رنج 3500 کیلومتری با 8تا 12 مسافر و Learjet 23  رنج 2900 کیلومتری با 6 مسافر دارد.

نمونه دیگر از تبدیل موتور جت به توربوفن را میتوان در مورد موتور cj805 که نمونه غیرنظتمی موتور بسیار معروف j79 مشاهده کرد که نمونه توربوفن cj805-23 نام دارد و با این تبدیل، رانش از 11000 پاوند به حدود 16000 پاوند رسید و مصرف سوخت هم از میزان 0.7 به میزان 0.56 رسید که حتی امروز هم بسیار خوب است!

نمونه غیرنظامی j85
انتهای موتور مشخص است

اما چگونه؟

نام کلی این نوع موتورها afterfan turbofan می باشد که یک یا چند استیج به عنوان فن در پشت موتور اضافه میشود که البته با شفت اصلی اصلا در ارتباط نیست و کاملا رها میچرخد. به زبان ساده در این حالت گاز خروجی از اگزوز موتور پره هایی را میچخاند که بزرگتر از اگزوز و قطر موتور بوده و مانند فن موتورهای نوین حالتی همانند بای پس یا کنار گذر ایجاد میکند. اما سوال اینجاست که چرا پشت موتور این بخش اضافه شده؟ جواب به سادگی این است که چون این موتور، موتور جت می باشد و حجم گازهای خروجی پس از گرم شدن افزایش یافته و با حجم گاز ورودی یکسان نیستند. و با این کار فشار بیشتری به پره های نهایی وارد میشود و نیروی بزرگتری برای چرخش پره ها تولید میشود.

موتور cf700 که بخش نهایی فن اضافه شده است. فن دو بخشی مشخص است.
Cj805-23 که نمونه غیر نظامی j79 است
چنانچه ملاحظه میکنید تیغه ها از نظر زاویه باهم متفاون اند که بخش میانی در مقابل اگزوز و گازهای داغ و بخش خارجی در مقابل هوای ازاد قرار دارد و هوارا بدون واسطه می بلعد و به نوعی بای پس ایجاد میکند.
زوایا و انحنای متفاوت مشخص است
نصب پوسته فن
موتور توربوفن cj805-23 که بر روی هواپیمای convair990 سوار شده، این هواپیما درحال طی دوران بازنشستگی در گورستان است!

حال معایب و مزایای این روش چیست:

معایب

صروصدای زیاد که درمورد موتور بزرگتر بیشتر به چشم می اید.

دود کم ( بیشتر در cj805-23 مشاهده شده cj610 مدل توربوفن ان و خود موتورj79 دود چندانی ندارد).

شکل و شمایل عجیب (ممکن است عیب نباشد)

مشکل در اورهال و تعمیر تیغه ها و بالانس استیج که ممکن است مشکل باشد. گاهی برای از بین بردن سوراخ های ریز لبه بلیدها باید کمی از لبه را سایش داد تا محل صافتر یا حتی پهن تر شود تا میزان فشار بر سطح کاهش پیداکند و باعث جلوگیری از شکستگی و… شود اما این قضیه ممکن است باعث سختی بالانس شود.چون تیغه ها دوطبقه هستند.

مزایا

استفاده از الیاژ و موتور مشابه و هزینه بسیار کمتر برای تحقیق توسعه

مصرف سوخت مناسب

این تجربه ای بود که قبلا انجام شده اما اضافه کردن فن آزاد مشابه نمونه فوق به جلو توربوجت های تک شفت به دلبل کارایی کمتر انجام نشده(دلیل قبلا ذکرشده) یا حداقل رسانه ای نشده که به نظر کارایی چندانی ندارد اما نمونه هایی که فن به شفت اصلی متصل باشد انجام شده که موتور snecma m53نمونه ای از این روش است این موتور برروی میراژ 2000 سوار شد اما از ابتدا به همین سبک طراحی شد وتجربه ای که نشان دهنده توربوفن کردن از طریق اضافه کردن فن به شفت در قسمت جلو به یک موتور جت نظامی تک شفت باشد در دسترس نیست اما به نظر نمیرسد کارایی برابری با موتورهای توربوفن دو یا سه شفت داشته باشد. کافی است به میزان مصرف سوخت ویژه موتور m53 نگاهی داشته باشید که حدود 0.9 پوند می باشد. هرچند میتواند باعث افزایش عمر از طریق خنک سازی بهتر موتور و کمی افزایش رانش شود. به هرحال میتواند تجربه خوبی برای ما شود. برخی مدل ها با افزودن فن به موتورهای دوشفت توربوجت به توربوفن تبدیل شدند. این تجربه برروی موتورهای توربوجت دوشفت انجام شد و باعث تولید اولین توروبوفن هاشد.

میتوان با اتصال شفت اصلی به یک گیربکس geared turbofan تولید کرد که البته موتور اوج موتور کوچکی است و کم قدرت و ممکن است این تلاش ثمره چندانی نداشته باشد زیرا موتور اصلی کوچک است و درنهایت موتور ضعیفتری نسبت به انواع مشابه تولید خواهد شد که به دلیلی فن بزرگتر به کار محصولات نظامی کنونی مورد نیاز ما نخواهد امد (بعد از تبدیل با این روش نه به کار جنگنده میاد نه به کار ترابری!) و هم سرعت کمتری خواهد داشت. این روش ممکن است ملاحظات ایمنی هم به همراه داشته باشد. مگر اینکه موتور قدرتمندتری تولید شود که ارزش انجام چنین روشی را داشته باشد. چنین روشی قبلا برای موتورهای دو شفت انجام شده است.

2.تولید موتور توربوشفت از موتور اوج

این گزینه محتمل ترین محصول تبدیل این موتور و محصولات ان نیز کاربردی ترین محصولات به دست امده هستند.

این عمل نیز ممکن است با دوراه انجام شود

الف) free turbine turboshaft
در این روش تبدیل که اتفاقا بسیار پرکاربرد هم هست به جای استفاده از نیروی شفت اصلی از فشار گاز خروجی اگزوز برای چرخاندن یک یا چندمرحله اضافه که در انتها اضافه شده استفاده میشود که در نهایت نیروی ایجاد شده به یک شفت منتقل میشود. این روش تبدیل بسیار پرکاربرد بوده و موتورهای زیادی با این روش ساخته شده اند که از این جمله میتوان به موتور tv3-117 روسی اشاره کرد که طبق اعلام رسمی کلیموف  25000 مدل از این موتور تولید شده و موتور قابل اعتمادی بوده (اما نه در اب و هوای ایران برعکس موتور j85) موتور PT6 و مدل دوقلوی ان t400 با میزان تولید 50000 عدد و موتور T58 و… که لیست بسیار بلندبالایی از انواع هلیکوپترها در انواع مختلف استفاده به ما می دهد. این روش بیشتر در موتورهای توربوشفت ابتدایی انجام شده است.

انواع مختلف از free turbine ها وجود دارد. که موتور اوج چون یک شفت دارد پس ابتدا از نمونه مشابه یک شفت شروع میکنیم

تصویر زیر بصورت شماتیک این مسأله را توضیح می دهد:

انجام این روش بسیار ساده و بسیار کم هزینه بوده و چون تا کنون حتما سامانه های کنترلی موتور j85 هم مهندسی معکوس شده اند بسیار کم هزینه تر از انجام کار برروی موتورهای دیگری می باشد و دیگر اینکه این تغییر به برروی موتور اصلی تغییرخاص و عمده ای ایجاد نمیکند پس درجه ایمنی بالایی دارد و حتی نوع الیاژ قسمت های نهایی اضافه شده هم تغییر مهلکی ایجاد نخواهد کرد اما البته برای بازده مناسب تر وعمر مهم هستند. براساس نیاز سنجی ما هم اکنون به بیش از 400 بالگرد ترابری و همچنین مقادیری برای پلیس، هلال احمر، وزارت بهداشت و…  نیاز داریم که این روش میتواند گره گشای بسیار بزرگی باشد.

موتور t58 برش خورده: به بخش نارنجی قبل از اگزوز دقت کنید، فاصله با استیج محسوس است.
موتور tv-3 به فاصله دو استیج نهایی با دو استیج قبل دقت کنید.

.

حال بحثی که باقی می ماند این است که اگر موتور موتور اوج تبدیل شود چه میزان نیرو تولید میکند؟

شاید بتوان حدث زد

در این مقایسه چه چیزهایی برای ما مهم هستند

میزان گاز خروجی از اگزوز/ ساختمان پره های free power turbine/ کارامدی الات متحرک مثل بلبرینگ ها و…

با توجه به وجود هر سه موتور معروف مثال زده شده در بالا در کشور پس این تبدیل نباید کار سختی باشد. اما از بخش های نامبرده که فعلا از ان اطلاع داریم میزان گازهای خروجی است و صرفا میتوان مقایسه ای بر این پایه داشت

میزان گازهای خروجی را در میان موتورهای زیر مقایسه کنید. باید توجه داشته باشید سه موتور از خانواده j85 در این نمودار قرار دارند. نمونه ge5h با پس سوز نمونه ge17 هم بدون پس سوز است حال مقایسه کنید بین میزان airflow که در هردو با وجود رانش متفاوت یکسان است از این مقایسه باید نتیجه بگیرید که میزان airflow در حالت بدون پس سوز است. و نمونه ge21 هم که معرف حضورتان هست. پس میزان airflow موتور j85-ge21 برای حالت بدون پس سوز و با ماکزیمم رانش است.

میزان مصرف سوخت دوموتور ge5h و ge21 برای حالت با پس سوز و نمونه ge17بدون پس سوز است. حال مقایسه کنید میزان گازهای خروجی را درمورد موتورها که با توجه به اینکه این میزان درمورد موتور ماکزیمم رانش ge21 بیشتر باید حالت کروز موتور را بدون تبدیل برای این موتور در نظر داشت.

باتوجه به جدول به نظر میرسد که نیروی زیادی تولید شود. و بین میزان airflow و توان تولیدی نسبت مستقیم است.

سوالی پیش می اید ایا این روش قبلا انجام شده؟ جواب این است هم اری هم نه

به زبان ساده در مورد کشورهای صاحب تکنووژی و شرکت های بزرگ درواقع قبل از موتور j85 هم موتور توربوشفت ساخته شده بود و نیازی به تبدیل موتور جت برای تولید موتور توربوشفت نبود و موتور توربوشفت از پایه مطابق نیاز با این روش ساخته میشد.البته نه اینکه اصلا انجام نشده باشد بلکه به این صورت که موتور ساخته و بعد تبدیل شود کمتر انجام شده و بیشتر موتورها از پایه طراحی میشدند. در یک مدل یک موتور رقیب j85 یعنی موتور jt12 به موتور jftd12 تبدیل شد که مشخصات سه موتور را در جدول زیر مشاهده میکنید

سوال اینجاست که موتور tj12 بدون پس سوز این اندازه است اما موتور j85 بدون پس سوز چه اندازه است؟ حدود 150 سانتی متر یعنی حدود 40 سانتیمتر کوچکتر از نمونه رقیب پس موتور توربوشفت کوچکتری میدهد.

وزن چطور؟ درمورد وزن هم همینطور است و وزن j85-ge21 با پس سوز نوشته شده و بدون ان کمتر است پس موتور سبک تر هم به دست میدهد. این تفاوت ممکن است خیلی کم باشد.

اما چیزی که مشخص است موتور بسیار قوی است که به دست می اید. جالب اینجاست که موتور jt12 رقیب موتور j85 بوده!

موتور نامبرده در مدل ابتدایی در حالت کروز 4000 اسب بخار ودر مدل های نهایی 4800 و موتور tv3-117 در نمونه های نهایی در حالت کروز 1500 اسب بخار توان دارد. که یک عدد از این موتورها 1000 اسب بخار بیش از دوبرابر میزان کروز tv3 در اختیار میگذارد که میتواند مصرف سوخت بالاتر را حداقل کمرنگتر کند.

ایا صرفا نکات گفته شده مهم هستند؟ خیر میزان فشرده سازی هم بسیار مهم است کما اینکه در بخش اخر توضیح خواهم داد.

میتوان با تغییراتی این موتور را برروی محصولات تهاجمی نیز نصب کرد. در ادامه توضیح خواهم داد.

خوب است مثال از کاربرد های این موتور زده بشود

Sikorsky S-64 Skycrane

یک جرثقیل هوایی!

اندازه کوچک موتور نسبت به بدنه را ملاحظه کنید حتی قابل جایگذاری در هلیکوپتری در سایز میل 17 هستند اما درکل این نوع موتور برای هلیکوپتری در سایز شینوک مناسب تر است. اندازه بار هم مهم است. در این مدل سیستم انتقال نیرو برای 6300 اسب بخار محدود شده است.

اما نمونه هایی نیز انجام شده اما نه توسط کمپانی های بزرگ و تامین کننده های اصلی بلکه توسط شرکت های کوچکتر و با توان کمتر که البته یک وزارت خانه یا یک کشور پشت سر انها نبوده!

مثلا به تصاویر زیر نگاه کنید:

موتور بالا موتور pbs tj100 می باشد که محصولی از یک شرکت کوچک در کشور چک است و مدل پایین مدل توربوشفت ان موتور. این موتور حدود 290 پاوند تراست تولید میکند و موتور پایینی هم ماکزیمم هنگام برخاست 180 حداکثر قدرت ادامه دار بدون درنظر گرفتن مصرف 160 و کروز هم 140 اسب بخار توان تولید میکند.

یا مدل کوچکتر زیر

نمونه پایینی که یک نمونه کوچک است

این روش بهترین و قابل اعتمادترین محصول را از تبدیل موتورجت اوج به ما میدهد که حتی میتواند از خود موتور اوج باتوجه به برنامه موتور توربوفن مورد اشاره وزیر ارزشمندتر باشد و میتواند هم میزان وابستگی را کم کند و هم زمانی که تحت شدیدترین تحریم ها هستیم که حتی احتمال فروش محصولات نظامی بعد از 2020 هم به خاطر تحریم و فشار غرب و هم عدم وجود اعتبارات کم است حداقل مرهم بسیار خوبی بر زخم هوانیروز ارتش و سپاه باشد یا کمک به وضعیت ناوگان غیرنظامی ما کند. با توجه به اینکه موتور به دست امده موتور به نسبت قدرتمندی به نظر میرسد هم میتواند رنج گسترده ای از محصولات را پوشش بدهد.

معایب و مزایا

مزایا:

سادگی قدرت مناسب مصرف سوخت ممکن است در نمونه های اولیه از موارد مشابه بیشتر باشد. چون مصرف سوخت موتور اصلی بالاست.

معایب:

حجم بیشتر برعکس موتورهای دوشفت هم محور(اما حداقل از موتور tv3 با تکنولوژی مشابه قدرت به وزن بیشتری دارد)

نوع قرارگیری عجیب

ملاحضات امنیتی: این وضعیت میتواند هنگام از بین رفتن لود روی power turbine ایجاد شود. به این منظور که به صورت ناگهانی یکی از الات متحرک انتقال نیرو از بین برود یا از دور خارج شود. در این حالت چون فشار از روی شفت برداشته شده به صورت ناگهانی سرعت power turbine بسیار زیاد شده که ممکن است موجب اسیب شدید یا اتش گرفتن و انفجار شود یا موتور اصلی رانش زیاد تولید کند و باعث سقوط شود.

اما راه حل چیست؟

برای حل این معضل برروی هریک از موتورها یک کنترل کننده مصرف سوخت و کنترل موتور جداگانه قرار میگیرد که اگر یکی از موتورها از بین رفت دیگری به مشکل برنخورد.

اما این کنترلر چیست و کجاست؟

طبیعتا وقتی از سرعت بالای power turbine در اثر از بین رفت لود صحبت میشود پس باید این بخش کنترلی برروی شفت و کمی پس از power turbine قرار گیرد. درواقع بزرگترین چالش در این موتورها همین نکته است.

منظور از نوع قرار گیری هم قرار گیری به صورتی است که باید ورودی جلو و اگزوز در عقب باشد که باعث گرفتن فضای روی کابین در موارد ترابری میشود. این مسأله خیلی اهمیتی ندارد اما به واقع شکل عجیبی در مقایسه می دهد. مقایسه شکل قرارگیری در میل 8 و هلی کوپترهای مدرنتر میتواند نمایان گر این نکته باشد (روش استخراج نیرو در موتورهای جدیدتر متفاوت است). اما سوالی که اینجاست این است که چرا به صورت عکس از این موتورها استفاده نمیشود تا موتور در پشت روتور قرار گیرد؟ به دلیل مکش گاز های خروجی.

این مسأله قبلا هم در برخی جاها خود نمایی کرده بود مثلا در هواپیماهای عمود پرواز که ستونی از هوای گرم از موتور برای بلند کردن بخش عقب استفاده میشود. این مسأله در مورد هریر خودنمایی کرد و حتی هنگام تست پیش نمونه اف35 از خلبان انگلیسی هریر و تهویه زیر باند استفاده شد. این مسأله درمورد اف35 به دلیل فن بزرگ خیلی به چشم نمی اید. اما در هریر مشکل کاهش قدرت موتور را ایجاد میکند که ممکن است در هلیکوپتر ها هم ایجاد شود. میتوان بر این نکته هنگام طراحی هلیکوپتر فائق شد.

انواع دیگیری از free turbine  ها موجود هستند که دارای محور انتقال نیروی هم محور (کواگزیال) هساتند که در این حالت یکی درون دیگری قرار میگیرد که اندازه مناسب تر شکل بهتر و کنترل مصرف بهتری در اختیار میگذارند. این نوع توروبوشفت ها بخش free power turbine را دارند اما محور انتقال نیرو از دورن شفت/اسپول اصلی می گذرد (به زبان ساده). تاکنون موتورهای نوین تر ساختاری به این صورت داشتند.

شکل بهتر و قرارگیری اسانتر در طراحی از ویژگی این روش است که البته موتور اوج توانایی این تبدیل را ندارد.

اما درمورد تصحیح قرارگیری میتوان با تغییراتی این موتورها را به شکل بهتری جایگذاری کرد. مثلا موتور tv3-117 vma-sb که برروی انتونف140 نصب شد با روش مشابه از tv3-117 تغییر پیدا کرد. صرف نظر از عملکرد این موتور (این خانواده کلا مخصوصا نسخه های قدیمی تر در اب و هوای ایران عملکرد خوبی نداشت) روش به این صورت است که برای پرهیز از مکش هوای داغ و منبسط شده از اگزوز که کارایی را به شدت کاهش میدهد (مثل اثر هوای گرم و ارتفاع زیاد اقلیم ایران) یک شفت برای انتقال نیروی تولید شده از شفت انتهای موتور که به free power turbine متصل است استفاده میشود. که نیرو را به جلو انتقال میدهد. با این تغییر و یک اگزوز دو طرفه شاید بتوان این موتور را برروی محصولات تهاجمی نیز سوارکرد.

شکل شماتیک موتور t700، power turbine در عقب در مقابل گازها قراردارد و شفت از جلو خارج شده
این تصویر شفت را به خوبی مشخص میکند. این روش مثل بارگذاری Tv3 در کاموف52 است

ب) Direct drive turboshaft :

در این نوع توربوشفت ها انرژی مستقیما از قلب توربین استخراج میشود و شفت ادامه شفت/اسپول اصلی خود موتور است.

این روش مزایا و البته معایبی دارد.

مزایا:

کوچکتر شدن (البته بعدا بخشی به عنوان گیربکس اضافه میشود). سرعت بیشتر

معایب

نیاز به تعدیل

سرعت چرخش شفت اصلی گاهی تا چند ده هزار دور در دقیقه میرسد که باید ابتدا تعدیل شود سپس مورد استفاده قرار گیرد. که برای این کار نیاز به گیربکس می باشد. در این حالت چرخش و الات چرخنده بیشتری وجود دارند پس نویز و لرزش بیشتری ایجاد میشود.

در این حالت میزان سوخت بیشتری باید مصرف شود تا بار روی قلب موتور را به گردش دربیاورد. پس دمای بیشتر و عمر کمتر در پی دارد.

میزان تطبیق کمتر و در این حالت سرعت و قدرت را نمیتوان به میزان زیاد تغییر داد. (این میزان باید با زاویه پره ها تنظیم شود) درمدل قبل این میزان دوبرابر بیشتر است.

میزان هدر رفت بیشتر ( هوای داغ بی استفاده خارج میشود)

هوای داغ بی استفاده ممکن است تراست بالایی ایجاد کند و ممکن است باعث ناپایداری برخی طرح ها شود که بیشتر در موتورهای قدرتمندتر رخ میدهد. حالتی مثل v-22 ospery که در ورژن جدیدتر اگزوز به سمت عقب است نه به سمت زمین که باعث ناپایداری شود.

در هنگام استارت باید مقادیر بیشتری بار (به دلیل وجود گیربکس) را حرکت دهد که خود مشکل بزرگی است.

چقد مشکل!

بسیاری از این مشکلات تا حدی قابل رفع هستند.

  1. موتورTurboprop

موتورهای توربوپراپ نیز همانند موتورهای توربوشفت اصول تقریبا یکسانی دارند که حتی در برخی مواقع به جای یکدیگر برای پرهیز از هزینه استفاده میشوند. مثال معروف موتور pt6 می باشد.

اما خود توربوپراپ ها نیز به دوصورت کلی مشابه توربوشفت ها هستند.

الف) Direct drive turboprop :

این مدل همانند مدل توربوشفت بالا و تمام مشکلات ان است.

ب) free power turboprop:

 این مدل هم مشابه با توربوشفت هاست اما با تفاوت هایی. در این مدل هاهم مشکل مکش هوایی داغ اگزوز به چشم میخورد. اما نوع قرارگیری هم محدود کننده است. این نوع موتورها به سبک پیشرانه به جلو قرار میگیرند. که خود باعث میشود که موتوری مانند tv-3 بدون تغییر قابل نصب برروی این سبک هواگردها نباشد. مگر اینکه پیشرانه عقب بال قرارگیرد! به همین دلیل تغییر گفته شده  باید برروی موتور اعمال شود )انتقال به جلو با یک شفت اضافه) یا تولید موتورهای reverse flow صورت گیرد و به همین دلیل بیشتر از موتورهای دوشفت هم محور استفاده میشود.

  1. 4. تولید توربین گازی

این محصول هم یکی از اعضای این خانواده است که برای تولید الکترییسیته و پیشرانه برای کشتی ها و … استفاده میشود. در این زمینه تجربه های بسیار بیششتری از تبدیل ها موجود است که انواع موتورهای توربوفن و توربوجت را در بر میگیرد که برای منظورهای صنعتی و تولید پیشرانه مورد استفاده قرار گرفته اند. مثلا موتور بسیار معروف و نام اشنای j79 به موتور کمتر معروف lm1500 تبدیل شد. این موتور در نمونه پایه حدود 11000 پوند رانش و در نمونه lm1500 حدود 15000  اسب بخار توان تولید در اختیار میگذارد. این مذل هم یک free power gas generator turbine می باشد که با افزودن دو استیج به انتهای موتور j79 تولید شده و حدود 12500 اسب بخار از شفت قابل استحصال است. یعنی تنها یک عدد برای یک شناور تندرو موشک انداز و دو عدد برای یک شناور از خانواده موج! با سایز کمتر و توان حتی بیشتر! وزمان اماده سازی کمتر. گفته میشود این میزان برای توربین ها 8 تا ده دقیقه و برای دیگ بخار 48 ساعت است (خانواده موج دیزل اند)!

یا نمونه بسیار معروف تر lm2500 که از تبدیل/ تغییر موتور توربوفن cf6 که اصالتا یک موتور نظامی است  (موتور tf39 ( تولید شده که هم اکنون در بسیاری از کشتی های نظامی در سرتاسر دنیا استفاده شده. نمونه پایه 25000 اسب بخار و نمونه های جدیدتر و مدرنترتا 36000 اسب بخار توان تولید میکنند. ایا عملی که برروی cf6 انجام شد با کاری که بر روی j79 صورت گرفت یکسان است؟ خیر مدل cf6 موتوری دوشفت می باشد که برای تبدیل فن low pressure حذف شد و به جای ان یک استیج به low pressure turbine که در اینجا هم اکنون دیگر power turbine خوانده میشود برای استحصال بیشتر توان از گاز خروجی افزوده شد و در نتیجه این موتور تبدیل شد. اما موتور j79 تغییر خاصی نکرد و صرفا برخی تجهیزات کمتر شدند (مثل خروجی گاز داغ برای امور ضدیخ زدگی نه یخ زدایی و…) و power turbine افزوده شد. تشابه دیگر بین lm2500 و lm1500 میزان گاز خروجی است (170و 200 پوند). اما چطور lm2500 توانی بیش از دوبرابر و در نمونه های جدید حتی سه برابر دارد؟ دلیل این امر فشرده سازی بهتر است. اما حال سوال پیش می اید این تفاوت درمورد j85 و jt-12 چگونه است؟ باید گفت که این دوموتور هم نسل و هم نوع و بسیار مشابه هستندو مقایسه نزدیکتر از تبدیل دربین انها میتوان شکل داد تا دوموتور cf6 و j79 که تفاوت بسیار دارند.

(میزان airflow در cf6 از 1400 تا 1900 پوند بر هر ثانیه است! چون بای پس بالایی دارد با حذف بسیار کاهش میابد)

تفاوت جالب دیگری بین موتورcf6  و lm2500 نیز وجود دارد مثل کاهش فاصله بین تیغه ها و بدنه که باعث کمتر شدن ازدست رفتن هوای فشرده شده میشود اما این امر برای موتورهای هوایی بسیار مهم است زیرا پوسته موتور زودتر خنک شده و باید برای کم شدن فاصله و چسبیدن تیغه ها به بدنه تمهیداتی اندیشیده شود که این مسأله چون موتورها درحال پرواز و نشست و برخاست هستند مهم است.

Lm2500

 در کل به نظر نمیرسد که موتور جت اوج توربین خیلی پرقدرتی به دست بدهد اما میتواند کمک به تولید ناوگان شناورهای تندرو یا شناورهای سبک وزن ما کمک بزرگی کند.

این موتور تجربه جالب دیگری نیز برجا گذاشت. درواقع اولین جرقه های تولید موتورهای های بای پس با این موتور زده شد. این موتور در یک نمونه تحقیقاتی برای کمک به برخاست عمودی به کار برده شد که در این حالت بخشی از گاز خروجی اگزوز به فن هایی انتقال می یافت که در بال ها و دماغه قرار داشتند و باعث برخاست میشد. این فن ها میزان airflow 13 برابر بیشتر از موتور اصلی داشتند! که از نتایج این ازمایش برای ساخت موتور tf39 که اولین موتور high bypass است استفاده شد.

xv-5

 

بخشی از این تجربیات در v-22 osprey به کار رفت و خودنمایی کرد.

صحبت های نهایی

J85 به دلیل کوچکی و ارزانی زمینه ساز بسیاری از تجربه های ارزشمندی شد که در بسیاری موارد راهگشای محصولات بسیاری بودند. این تجربه ها تنها چیزی که روشن میکند پله پله بودن علم و داشتن پیش زمینه هایی بر ای هرمحصول است و نکته بزرگی که برای ما روشن میکند این است که هیچکس در طی چند سال بدون کمک جنگنده و هواپیمای مسافربری نساخته و این راه را نمیتوان با سرعت طی کرد.تنها دوره کردن نام هواپیماهای X ایالات متحده چندروز طول میکشد و این نکته برای ما زمانی مهم است که برخی ها در این کشور با کمترین اعتبارات بهترین محصولات را انتظار دارند یا فکر میکنند که اگر اعتبارات حوضه های پدافند و موشکی در این زمینه هزینه میشد حتما از ان جنگنده نسل 4 و بالاتر تولید میشد! انهم در چندسال پیش! درحالی که نه الیاژ نه الکترونیک مناسب رادار هواپایه نه هیچ چیز دیگری در این کشور تا قبل از ان ساخته نشده. و بهتر است نگاهی به تاریخ کرد که زمانی که این کشور درگیر دو قحطی بزرگ و کشنده که جزو بزرگترین ها هستند بود و هر روز مقادیری از خاک کشور که بهترین سرچشمه های ابی این مملکت بودند یا با جنگ یا با فروش برای تامین پول شاهان جدا میشد یا هوس های انها برهمه چیز و همه کس احاطه داشت مردم دیگر کشورها در حال طی دوران های طلایی صنعتی بودند که زمینه ساز صنایع فعلی است. پس باید میزان انتظارات را باداشته ها یکی کرد. البته کارهای خوبی هم صورت گرفته که امیدواریم به بار بنشینند مثل همین تولید موتور اوج یا برنامه های الکترونیک هواپایه.

در این مقاله سعی شد تا با وجود پیش زمینه هایی برخی تجربه ها و دست اورد های مشابه را برای شما عزیزان در قالب تجربه های داخلی بیان کنیم.

شادی روح شهدا صلوات.

M.S.E.D

نوشته های مشابه

Copy Protected by Chetan's WP-Copyprotect.
بستن