نتحدث في هذا التقرير عن عمل المحرك النفاث وأقسامه المختلفة، إذ أن المحرك النفاث أو محرك مروحة التربو يكون مختلفًا عن بقية المحركات، وطريقة عمله مختلفة عن شكل عمل بقية المحركات؛ إذ أن المحرك النفاث حيث أنه عملية معقدة نتيجة التفاعل بين جزئين متنوعية.
عمل المحرك النفاث وأقسامه المختلفة
قسم النواه (القلب)، حيث أنه معني بإنتاج القوة اللازمة التي يكون المحرك في إنتاج القوة الدافعة، التي تعد مسؤولة عن عملية التوجيه التي تكون ناتجة عن تسارع الهواء، مثل كتطبيق لقانون نيوتن الثاني، وهامة تلك القوة الدافعة هي دفع الطائرة، وهناك مروحة كبيرة، ويكون قطرها قد بلغ 275 سم، وتدور بسرعة 2800 دورة في كل 60 ثانية عندما تقلع الطائرة.
بعدها يكون الدور على عمل المحرك عند مرور الهواء، وسلسلة الهواء كالتالي، الهواء المار في المروحة فقط 15 % منه يمر عبر النواة الرئيسية للمحرك، أما بقية النسبة تمر خارج القلب الأساسي للمحرك على سطح القلب الخارجي، وحول نسبة 15% الداخلة إلى القلب، فإنها ستقوم بالدخول إلى المكون الأول للقلب وهو الضاغط صاحب الضغط المنخفض من خلال ممرات صغيرة وبعدها يمر الهواء بأكثر من مراحل من خلال مجموعة من الشفرات الدوارة.
وذلك خلال مرور الهواء في تلك المراحل سوف تزيد سرعته وترتفع درجة حرارته، وبعد هذا سيمر الهواء بالضاغط ذي الضغط المرتفع المسؤول عن الضغط الكلي للهواء أو ما يشكل نسبة 70%.
بعد مرور الهواء بالضاغطين المنخفض والمرتفع سيصبح ضغط الهواء أكثر من الضغط الخارجي بـنحو 35 مرة، كما أن درجة حرارته تكون أكثر من الخارج بـألف درجة مئوية، فيكون ضغط الهواء في الوضع الملائم بينما تكون سرعته غير ملائمة وأكبر من أن يعمل المحرك بكفاءة، ومن ثم سيجرى تمريره بشيء دائري الشكل يعرف باسم بدفييوزر أو الناشر؛ إذ ينشر الهواء على مناطق أوسع، ومن ثم يجرى تقليل سرعة الهواء مع بقاء درجة الحرارة والضغط ثابتين.
وبعد هذا يجرى إدخال الهواء إلى غرفة الاحتراق؛ إذ يجرى يتم رفع مستوى طاقتة لدرجة كبيرة بواسطة ما يعرف باسم بحاقنات الوقود، ثم يجرى حرق الخليط المتكون، ويصير ذلك الخليط أسخن بـ 1600 درجة مئوية، ويصير جاهزاً للمرحلة القادمة.
في تلك المرحلة ينفجر الهواء الخارج من الضاغط، فيدور الشفرات بسرعة أكبر من 10 آلاف دورة في كل 60 ثانية؛ إذ أن تلك الشفرات مرتبطة بقضيب شافت يتوسط المحرك، ويدور الصاغط المرتفع المسؤول عن أن يستخرج الطاقة الملائمة من الهواء، وبعد هذا يمر الهواء بضاغط الصغط المنخفص الآخر، وذلك الضاغط لديه مهمتان، أولا استخراج طاقة مناسبة من الهواء من أجل تحريك الضاغط المنخفض في المقدمة، وثانياً يدور المروحة العملاقة، بعدها يخرج الهواء بقوة دافعة بنسبة 20% من القوة الدافعة الكلية.
مبدأ عمل المحرك النفاث
بشكل رئيسي، تعمل المحركات النفاثة التوربينات على أن تمتص الهواء القادم في اتجاه الناحية الأمامية للمحرك من خلال المروحة المثبتة عليه، لتبدأ بعد هذا ضاغطة الهواء في منتصف المحرك بالعمل وضغط الهواء وخلط الوقود بالهواء المضغوط، بعدها يجرى خلط يجرى إشعال ذلك الخليط والحصول على عملية الدفع للوراء لإنتاج العزم المطلوب من أجل تحريك الطائرة، ويشتمل المحرك النفاث على أجزاء أساسية لتنفيذ مهماته.
ومن أهم الأجزاء نذكر التالي، المروحة، المصنوعة في العادة من مادة التيتانيوم، وهناك ضاغطة الهواء، تعد من أجزاء مقدمة المحرك وتحتوي على سلسلة من الشفرات الثابتة والتي تتحرك على طولها من أجل رفع ضغط الهواء الهواء للحد المطلوب، وهناك غرفة الاحتراق التي تقوم بخلط الهواء المضغوط مع الوقود ليجرى بعد هذا حرقه بكفاءة.
وهناك التوربين والذي يشبه تصميم الضاغطة من حيث ترتيب الشفرات في داخله لكن تتلخص وظيفته في استخلاص الطاقة التي توجد في الهواء الخارج من غرفة الاحتراق والعمل على أن تستغلها من أجل تدوير المحرك بشكل كامل، وهناك مخرج الهواء والعادم لتكوين عزم الدفع.
تاريخ المحركات النفاثة
نتحدث في هذا التقرير عن تاريخ اختراع التوربينات أو المحركات النفاثة بإيجاز في النقاط الآتية، كانت المحركات الترددية مثل المحركات التي تستعمل في السيارات، حيث أنها عبارة عن المحركات الرئيسية المستعملة للطائرات قبل ابتكار المحركات النفاثة، ففي ثلاثينيات القرن العشرين بدأ مهندسو الطيران في التفكير في عملية تطوير محركات الطائرات لتصير أسرع، بدأ الدكتور هانز فون أوهاين و السيد فرانك واتيل في ثلاثينيات القرن الماضي في اختراع المحرك النفاث.
ويرجع لهم الفضل في اكتشاف أول المحركات النفاثة، وقد كان أول انواع المحركات النفاثة الذي أُخترع عن طريق الدكتور هانز والسيد فرانك هو محرك الـ Turbojet Engine، ثم نفذ الدكتور هانز أول عملية تطيير لطائرة بمحرك نفاث بتاريخ 27-8-1939م، وكان هذا المحرك يحمل اسم Heinkel HeS 3B، حيث استعملت ألمانيا في نهاية الحرب العالمية الثانية المحرك النفاث ME 262 A.
التوربين
يعتمد التوربين الغازي على عملية الإحتراق الداخلي فيه ويعمل على تشغيل من خلال إضافة الوسائل أو الغاز، ويجرى إطلاق كلمة التوربين عمومًا على كل المحركات المحتوية على غرفة إحتراق وضاغط وتوربين، وبالنسبة للتوربين الغازي يستعمل بشكلٍ أساسي مثل محركاتٍ للطائرات، ويستعمل في مجالات أخرى مثل التوربينات المائية أو الهيدرولوكية المستعملة لتشغيل المولدات الكهربائية في المحطات الكهرومائية.
ومن أهم تلك المحركات انتشارًا عجلة التوربين، والتوربينات فرانسيس، وتوربين كابلان، والتوربينات البخارية التي استعملت في نهاية القرن قبل الماضي والتي كانت مصدراً أساسيًا لتشغيل مولدات الكهرباء الكبيرة التي كانت موجودة في معظم السفن الكبيرة.
كيف يعمل التوربين الغازي
يعتبر حرق الغاز مبدأ عمل التوربين، وبالتحديد في حجرة الإحتراق واستعمال عادم النفاث لإتاحة وتمكين التفاعل من أجل دفع المحرك أمامًا وإنتاج الضغط من الهواء الداخل إليه من أجل تشغيل المحرك بأقصى السرعات، كما أن التوربين عبارة عن 3 عناصر أساسية هي، المحول والضاغظ الذين يتصلان بعمودٍ مشترك، والإحتراق الذي يحدث بين موسع التوربين والضاغط المستعمل لثلثي الطاقة التي ينتجها التوربين لإطلاق الضاغط.
