:: Flying Way :: - الموسوعة الشاملة.....تاريخ وهندسة المحركات 1

هندسة المحركات

المحرك النفاث هومحرك ينفث الموائع (الماء أو الهواء) بسرعة فائقة لينتج قوة دافعة اعتمادا على مبدأ قانون نيوتن الثالث للحركة. هذا التعريف الواسع للمحركات النفاثة يتضمن أيضا التوربين النفاثوالتوربين المروحىوالصواريخ والنفاث التضاغطى والنفاث النبضى، وأيضاالمصخات النفاثة. ولكن بالإستخدام الشائع فالمحرك النفاث يقصد به محرك بريتون لدورةالتوربين الغازي أو اختصارا التوربين الغازى، ويكون بهضاغط غازمدعوم من دفع الهواء أو الماء له والطاقة المتبقية تنتج الدفع أو القوة الدافعة. ألف الناس بأن التوربين الغازي يعرف بأنه أحد التطبيقات المنفصلة عن المحرك نفاث، بدلا من القول وبطريقة أصح بأنه جزء من المحركات النفاثة التي هي محركات احتراق داخلى ولكن لايظهر أي شكل من أشكال الاحتراق خارج المحرك.
المحركات النفاثة تستخدم بالأساس للطائرات ذات المدى الطويل, فالطائرات القديمة كانت تستخدم محرك توربين نفاث الذي لم يكن بذات الكفاءة المطلوبة مما حدا للطرز الحديثة من تلك الطائرات النفاثة باستخدام محركات توربين مروحي ذات تحويلة جانبية كبيرة مما ساعد على زيادة بالسرعة ومدى أطول وكفاءة أفضل لإستهلاك الوقود من غيرها من مركبات النقل. حتى أن كمية إستهلاك تلك المحركات النفاثة من الإستهلاك العالمي يبلغ 7.2% عام 2004

https://upload.wikimedia.org/wikipedi...B777-200LR.JPG

صورة أمامية لمحرك نفاث GE90 لطائرة بوينج 777

https://upload.wikimedia.org/wikipedi...0_P1230160.jpg
صورة جانبية لمحرك رولز رويس ترنت 900 لطائرة ايرباص A380

التسلسل الزمني لتاريخ المحرك النفاث

https://upload.wikimedia.org/wikipedi...lustration.JPG
رسم تصويري لجهاز هيرون

ماقبل النفاث

تاريخ المحركات النفاثة يمكن أن تعود إلى القرن الاول الميلادي, عندما إخترع هيرون الإسكندري محرك بخارى بسيط أسماه aeolipile ومعناه كرة إيولوس (إله الرياح عند الإغريق)، وهي تستخدم قوة البخار من خلال فتحتين نفاثتين متعاكستين مما يجعلان الكرة تدور بسرعة شديدة حول محورها. كما هو معلوم هو بداية استخدام القوة الميكانيكية. بساطة الإمكانيات للتطبيقات العملية لاختراع هيرون لم يمكن التعرف على المحرك النفاث بالشكل المطلوب فكان مجرد فضول لاغير.
الدفع النفاث بدأ مجازيا مع ظهور الصواريخ عند الصينين بالقرن ال11, بدأت الصواريخ بطريقة متواضعة للاستعمال بالالعاب النارية ثم تطور بسرعة ليصبح شكل من أشكال الاسلحة ولكن تلك التقنية توقفت ولم تتطورعام 1633 العالم العثمانى لاجاري حسن جلبي أقلع مع ماوصف بصاروخ مخروطي الشكل ونزل بأجنحة بهبوط رائع على الأرض مما كوفئ على ذلك بحصوله على منصب رفيع بالجيش العثماني ولكن ذلك كان نوع من الألعاب البهلوانية لا أكثر.
المشكلة في أن تلك الصواريخ من بساطة الصنع أنها غير فعالة بالسرعات المنخفضة ولايمكن استخدامها بالطيران. وعوض عن ذلك بالمحرك المكبس عام 1930 وبأشكاله المختلفة (القطر الثابت والقطر الدوار, المبرد بالماء أو بالهواء) وهو كان الشكل الوحيد المتوفر للطائرات وكان مقبولا لإنخفاض كفاءة الطائرات ذاك الوقت, وهذا ماكان متوفرا.
لكن بدأ المهندسون يعون أن محرك المكبس محدود القدرة في حالة الوصول للحد الأقصى من الأداء الذي يمكن الحصول عليه، والحد يكمن أساسا بكفاءة المروحة التي كما يرى أنها تصل الذروة القصوى عندما يقترب طرف المروحية منسرعة الصوت. فإذا أردنا تطوير كفاءة المحرك وكذاالطائرة فلابد للكفاءة أن تزداد وأن تتخطى الحواجز. فالطريقة هي تطوير تصاميم محركات المكبس أو إنتاج شكل جديد ومختلف تماما من مكائن الطاقة، تلك الحركةالتطورية قد تعدت مرحلة محرك التوربين الغازى وأنتجت ما يسمى بالمحرك النفاث، وهي الثورة الثانية في عالم الطيران منذ طيران اخوات رايت الأولى.

بدايات النفاث الأولى

https://upload.wikimedia.org/wikipedi...x-WRDK.svg.png

االأجزاء الرئيسية من محرك thermojet

المحاولات الأولى لمحركات نفاثة كانت التصاميم هجينة، حيث مصادر الطاقة تستخلص أولا بضغط الهواء ثم يخلط مع الوقود للاحتراق لعمل دفع نفاث للمحرك. وهي تسمى نفث حرارى thermojet صممت بواسطة سكندو كامبيني الهواء المضغوط عن طريق المروحة يقاد بواسطة محرك المكبس التقليدي. أمثلة من تلك الأنواع هو تصميم قديم لهنري كواندا لمحرك طائرته كواندا1910, ثم كامبيني كابروني سي سي عام 1940 والمحرك الياباني (Tsu-11) الذي يستخدم لطائرات الكامبكاز اوكا حتى نهاية الحرب العالمية الثانية جميعهم لم يكن بذلك النجاح المطلوب وحتى الأخيرة سي سي2 كانت أبطأ من بعض التصاميم والمزودة بمحركات التوربين الغازى مع المراوح.
هو المفتاح العملي للمحرك النفاث، فهو يستخدم لاستخلاص الطاقة من المحرك نفسه لإدارة الضاغط . أعطيت أول براءة اختراع للتربين الثابت لجون باربر بانجلترا عام [1791. واول توربين غازي ذاتي الدفع كان قد صنع عام 1903 بواسطة المهندس النرويجي ايجيديوس ايلنج ثم أول براءة اختراع للدفع النفاث كان عام 1917
التوربين الغازي كان بدائيا حتى الثلاثينات من القرن الماضي, حيث محدودية التصميم وقلة الخبرة بالمعادن التي تدخل بصنع المحرك والمشاكل الحقيقية كانت بالأمان ووزن المحرك ومدى القدرة على الإعتماد عليه ومن ثم تمكنها بإستمرارية العمل.
في عام 1923 كتب ادجار بكنجهام من المكتب الوطني الأمريكي للمقاييس تقريرا شكك فيه أن المحرك النفاث يمكنه اقتصاديا أن ينافس الطائرات ذات المراوح بالإرتفاعات أو السرعات المنخفضة وقال فيه:" أنه لايوجد فرصة حاليا تمكن المحركات ذات المراوح النفاثة من النوع الحالي أن تكون عملية وفعالة حتى بالمجال العسكري"

تنافس بريطانيا وألمانيا

عام 1929 قدم فرانك ويتل المتدرب بالطيران أفكاره عن التوربين النفاث turbo-jet بشكل رسمي إلى رؤسائه، بعدها بسنة قدم براءة اختراع بانجلترا
فاعتمدت عام 1932 اختراعه يظهرضاغط دفع محورى ذو مرحلتين يغذي ضاغط الطرد أحادي الطرف, كان يركز على أبسط ضاغط بالطرد المركزي فقط، فعمل أول محرك بوقود سائل عام 1937 ويحتوي على مضخة خاصة به، صعق فريق وتل عندما لم يتوقف المحرك حتى عندما منع الوقود عنه, فتبين أن الوقود يتسرب داخل المحرك ولم يتوقف حتى احترق جميع الوقود الذي بداخله، لذلك لم يستطع وتل أن يقنع الحكومة بجدوى اختراعه وهكذا استمر تطوير المحرك النفاث بوتيرة بطيئة
https://upload.wikimedia.org/wikipedi...rototyp_lr.jpg

طائرةGloster E.28/39 بمحرك W.1 من انتاج فرانك ويتل

https://upload.wikimedia.org/wikipedi...178_page61.jpg

طائرة Heinkel He 178 أول طائرة بمحرك نفاث

في عام 1935 بدأ هانز فون اوفيين العمل بتصميم مشابه بالمانيا االمحرك التجريبي الأول كان أكثر تكاملا ويعمل بطاقة خارجية، واستطاع اثبات المفهوم الأساسي للمحرك. بعد ذلك قابل ارنست هنكل أحد كبار مصنعي الطائرات ذاك الوقت وأراه التصميم الموعود للمحرك. وقد كان هنكل للتو اشترى مصنع هيرث للمحركات فخصص قسما خاصا لأوهين ومسؤول الميكانيك ماكس هان اللذان شرعا بانتاج وتشغيل الطراز الأول لمحركات HeS 1 في سبتمبر 1937 مستخدما الهيدروجين كوقود ويضخ تحت ضغط خارجي. التصاميم اللاحقة HeS 3 بقدرة (5 كيلونيوتن) استخدمت البنزيين كوقود وجهز أحداهن لطائرة تجريبية اسمها He 178 طار بها الطيار ايريك وارسيز في صباح 27 اغسطس 1939 وكانت تلك أول طائرة بمحرك نفاث كما بالصورة
بذلك الوقت بدأ النظر إلى محرك فرانك ويتل بنظرة ايجابية، وبدأت شركته المسماة Power Jets Ltd باستلام الدعم من وزارة الدفاع لإكمال مشروعه، بتاريخ 15 مايو 1941 طارت أول طائرة اسمها Gloster E.28/39 بمحرك من إنتاج شركة ويتل بقوة دفع (4 كيلونيوتن) سمي المحرك ب W.1. المشكلة الرئيسة التي واجهت كلا المحركين هي ماتسمى الدفق بالطرد المرطزى وهوالضاغط الذي يدفع الهواء بقوة من المدخل الرئيسي إلى المحيط الخارجي للمحرك، حيث يُضغط الهواء مرة أخرى بواسطة تشكيله مجرى متباعدا محولا سرعتها إلى ضغط. الفائدة من ذلك التصميم أنه أصبح مفهوما جيدا ومزودا بشاحن ذو طرد مركزي فائق للهواء، حتى يستخدم بقوة على محركات المكبس.

https://upload.wikimedia.org/wikipedi...compressor.gif
ضاغط دفع محورى ويرى المراوح الثابتة والمتحركة

https://upload.wikimedia.org/wikipedi...allBearing.gif
نظام مطور لكرسى التحميل للعمود الرئيسي للمحرك النفاث

https://upload.wikimedia.org/wikipedi..._operation.png

محرك مروحي نفاث ذو تحويلة كبيرة للهواء حول المحرك high bypass