...

شرکت انگلیسی "هایپرمچ" در توافق با وزارت بارزگانی و صنعت انگلیس ظرف 10 سال آینده هواپیمای مافوق صوتی را وارد خطوط هوایی خواهد کرد که می تواند با سرعت حداکثر 2 هزار و 664 مایل بر ساعت (حدود 4 هزار و 288 کیلومتر بر ساعت) حرکت کند.

این هواپیما که Hypermach SonicStar نام دارد می تواند تا ارتفاع 62 هزار پایی (حدود 18 هزار و 900 متری) اوج بگیرد.

طرحهای مفهومی این هواپیمای آینده در نمایشگاه بین المللی هوا فضای پاریس به معرض دید عموم گذاشته شده است.

رئیس شرکت "هایپرمچ" در این خصوص توضیح داد: "ما به یک موتور فناورانه متحولانه دست یافته ایم که به ما اجازه می دهد یک هواپیمای مافوق سرعت را طراحی کنیم و یک سفر هوایی پر سرعت را به مسافران ارائه کنیم. هواپیمای ما تا ژوئن 2021 به عنوان اولین هواپیمای مافوق صوت هیبریدی به پرواز درخواهد آمد."

این هواپیما با دو موتور هیبریدی که در آنها میزان اثربخشی سوخت 30 درصد بیشتر از موتورهای "رولز رویس" هواپیماهای کنکورد است پرواز می کند.

این شرکت انگلیسی مدعی است که هواپیمای "سونیک استار" خواهد توانست فاصله لندن تا نیویورک را تنها در مدت 2 ساعت بپیماید.

همچنین زمان سفر از نیویورک تا سیدنی که با هواپیماهای فعلی 20 ساعت به طول می انجامد با این هواپیما به 5 ساعت خواهد رسید. در حالی که مدت زمان سفر از لندن تا سیدنی تنها سه ساعت و نیم خواهد بود.

براساس گزارش دیلی میل، این هواپیما از فناوری سوخت پلاسمای S-MAGJET بهره خواهد گرفت. این فناوری 40 تا 50 درصد توانایی موتور را در تبدیل سوخت به نیرو محرکه افزایش و بین 30 تا 35 درصد مصرف سوخت را کاهش خواهد داد.

نکاتی درباره نمودار «ضريب برآ - زاويه حمله»

زاويه حمله واماندگي : زاويه حمله ايست كه در آن واماندگي رخ مي دهد و در نمودار متناظر است با زاويه حمله اي كه در آن ضريب برا ماكزيمم مي شود. طبيعي است كه هر چه قدر اين زاويه بزرگتر باشد براي ما مطلوب تر است زيرا هواپيما مي تواند در زاويه حمله بيشتري پرواز كند و قابليت مانورپذيري بيشتري پيدا مي كند.

زاويه حمله برآ صفر : زاويه ايست كه نيروي برآي ايروفويل در آن زاويه صفر مي باشد. اين زاويه معمولا كوچكتر مساوي صفر است. به عبارت ديگر اين زاويه، در ايرفويلهاي متقارن صفر و در ايرفويلهاي نامتقارن (انحنا دار) منفي مي باشد.

شيب برآ: در واقع شيب منحني ضريب برآ در قسمت خطي مي باشد كه معمولا با a نمايش مي دهند.

شايد سوال شود كه آیا اين منحني مهم و پركاربرد برای یک ایرفویل معین همیشه منحصر به فرد است؟ پاسخ منفيست!! عدد رينولدز (Re)  پارامتريست كه باعث تغيير شكل اين نمودار مي گردد. با تغيير عدد رينولدز تنها ضريب برآي ماكزيمم و به تبع آن زاويه حمله واماندگي تغيير مي كند و بقيه پارامترها از جمله شيب برآ و زاويه حمله برا صفر ثابت مي ماند.

تغييرات هندسي ايرفويل

تغيير ضخامت ايرفويل: افزايش ضخامت ايرفويل ضريب برآی ماکزیمم را ابتدا افزايش مي دهد و سپس كاهش....

مثلا در شكل زير مي توانيد تفاوت دو منحني ضريب برا براي دو ايرفويل نازك(صفحه تخت) و ضخيم (NACA 4412) را مشاهده كنيد:

تغيير انحنا (camber) ايرفويل:‌ با افزايش انحناي ايرفويل، ضريب برآ به صورت زير افزايش مي يابد:

همانطور كه مي بينيد افزايش انحناي ايرفويل اين تاثير مثبت را دارد كه ضريب برآ افزايش پيدا كند و زاويه حمله برآصفر منفي تر مي گردد... اما اين عيب نيز وجود دارد كه انحناي ايروفويل باعث جدايش سريعتر جريان مي گردد يعني زاويه واماندگي كوچكتر شده و سريعتر اتفاق مي افتد.

تغييرات بالا را ميتوانيد به وضوح در آدرس  زير كه توسط ناسا طراحي شده است  به صورت آنلاين امتحان كنيد و لذت ببريد! البته لازمه استفاده از اين نرم افزار نصب برنامه جاوا بر روي سيستمتان هست:

http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/foil3.html

مركز فشار ايرفويل: نقطه اي در ايرفويل مي باشد كه برآيند تمامي بارهاي گسترده آيروديناميكي در آن نقطه وارد مي گردد.

مركز فشار معمولا در محاسبات به كار نمي رود زيرا با تغيير زاويه حمله مكان آن در ايرفويل تغيير مي كند و باعث پيچيده شدن محاسبات مي شود. به همين دليل از مركز آيروديناميكي استفاده مي كنند كه در ادامه خواهد آمد. هر چقدر زاويه حمله افزايش پيدا مي كند، مركز فشار به سمت لبه حمله ايرفويل حركت مي كند.  شكل زير گوياي اين امر هست:

مركز آيروديناميكي ايرفويل: نقطه ايست كه گشتاور حاصل از نيروهاي آيروديناميكي مستقل از تغييرات زاويه حمله ايرفويل مي باشد. اين نقطه از اين جهت اهميت زيادي دارد. در واقع ما برآيند نيروهاي گسترده آيروديناميكي را به اين نقطه منتقل كرده و متناسب با‌ اين جابه جايي نيرو ٬گشتاوري را با نام  Mدر نظر مي گيريم (منظور از گشتاوري كه در ابتداي تعريف آمده است همين گشتاور M است). كه در شكل زير مشخص است:

مركز آيروديناميكي حدودا در فاصله  C/4 (يك چهارم طول وتر ايرفويل) از لبه حمله ايرفويل قرار دارد.

ايرفويل متقارن: ايرفويل متقارن ايرفويلي است كه انحنايي(‍‍camber) ندارد و به عبارت ديگر فاصله هر دونقطه بالايي و پاييني آن از وتر يكي مي باشد. براي مثال ايرفويل زیر متقارن است:

در آيروديناميك نظريه اي وجود دارد به نام نظريه كلاسيك مقطع بال نازك كه حاصل آن براي ايرفويل متقارن اين است:

1)       رابطه ضريب برآ با زاويه حمله به صورت زير است:

2)       مركز فشار و مركز آيروديناميكي، هردو در نقطه ربع وتر (C/4) قرار دارند.

 خب نتايج بالا به چه درد مي خورد؟!! بياييد آزمايش زير را انجام دهيم :

صفحه تخت نمونه اي از يك ايرفويل متقارن است. بنابراين مركز فشار آن يعني نقطه ای كه برآيند نيروهاي آيروديناميكي به آن وارد مي شود در يك چهارم وتر آن است.

اگر اين صفحه را به جلو پرتاب كنيم، دور خود به گردش در مي آيد. مطابق شكل زير:

دليل اين امر واضح است. مركز ثقل صفحه در وسط آن قرار دارد حال آنكه محل اعمال نيروهاي آيروديناميكي در يك چهارم وتر است. اين امر گشتاوري را مطابق شكل ايجاد مي كند:

حال اگر يك وزنه روي صفحه قرار دهيد به طوري كه محل مركز ثقل با مركز فشار منطبق گردد (يعني مركز ثقل در يك چهارم وتر قرار گيرد)، آنگاه با پرتاب آن به سمت جلو شاهد پرواز پايدار صفحه خواهيد بود.

در اين قسمت با انواع ديگري از ايرفويلها آشنا مي شويم:

ايرفويل انحنادار: اين ايرفويل ها داراي انحنا هستند. يعني به غير خط وتر، خط ديگري به نام خط انحنا (camber line) وجود داره كه فاصله سطح بالايي و سطح پاييني ايرفويل از اين خط يكي هست. در ايرفويل متقارن اين خط منطبق بر خط وتر مي شد:

همانطور كه در قسمت سوم مباحث آموزشي درباره ايرفويل بحث شد، انحنا از جهتي مفيد است و از جهت ديگر مضر.... از اين جهت مفيد است كه با افزايش انحناي ايرفويل، مقدار نيروي برآ افزايش مي يابد و اين امر براي ما مطلوب است... در عين حال افزايش انحنا مقدار نيروي پسا را نيز افزايش مي دهد و هم چنين باعث مي گردد كه ايرفويل در زاويه حمله كوچكتري دچار واماندگي شود كه اين شرايط براي ما مطلوب نيست...

به همين علت هست كه در هواپيما ها از ايرفويل با انحناي متغيير استفاده مي شود. شايد سوال شود كه چطور مي شود انحناي ايروفيل را تغيير داد؟... به سادگي ... اين كار توسط ابزاري به نام فلپ (flap) انجام مي گيرد. در واقع فلپ بالكي است كه در انتهاي ايرفويل قرار مي دهند و با تغيير زاويه آن، انحناي ايروفيل تغيير مي كند. فلپها انواع مختلفي  دارند كه در شكل زير مشاهده مي كنيد:

فلپ ها معمولا نزديك ريشه بال هواپيما (در مجاورت بدنه) قرار مي گيرند كه شكل زير گوياي اين امر است:

البته برخي از هواپيماها بيش از يك فلپ دارند:

اينجاست كه متوجه مي شويم كه چرا هواپيماها در هنگام بلند شدن از زمين (take off) و فرود (landing)  از فلپ استفاده مي كنند. در اين وضعيت ها به خاطر پايين بودن سرعت هواپيما، نيروي برآ براي پرواز كافي نيست، بنابراين با استفاده از فلپها انحناي ايرفويل بالها افزايش و در نتيجه نيروي برآ افزايش مي يابد. و همچنين در بقيه شرايط پروازي كه سرعت هواپيما زياد است، از فلپها استفاده نمي شود، چون استفاده از فلپ مساويست با افزايش انحناي ايرفويل و در نتيجه افزايش نيروي پسا.... در شكل زير بوئينگ 747 را مشاهده مي كنيد كه در حالت فرود كاملا فلپها را باز كرده است:

ايرفويل فوق بحراني  (supercritical): وقتي هواپيماها نزديك سرعت صوت مي شوند، در بعضي از قسمت هاي آنها امواج ضربه اي ايجاد مي گردد. در اينجا قصد نداريم كه اين امواج را شرح دهيم اما همين قدر بدانيد كه با تشكيل اين امواج، نيروي پسا به شدت افزايش پيدا مي كند. براي جلوگيري از اين امر در سال 1960 ميلادي ايرفويلهايي موسوم به فوق بحراني (supercritical) طراحي شد. خاصيت آنها اين بود كه موج ضربه اي ضعيف تري نسبت به ايرفويلهاي معمولي ايجاد مي كردند و هواپيماهايي كه اين ايرفويلها در آنها به كار رفته شده بود مي توانستند تا سرعتهاي بيشتري شتاب بگيرند.

 در شكل زير هواپيماي f-8 را مشاهده مي كنيد كه مجهز به ايرفويل فوق بحراني است:

سطح بالايي اين ايرفويلها نسبتا مسطح است. اما سطح زيرين، نزيك لبه فرار انحنايي وجود دارد كه بارزترين مشخصه ايرفويلهاي فوق بحرانيست.

جت آب:

 یکی از انواع موتورهای جت است كه بابیرون فرستادن جریان آب از پشت قایق باعث حركت قایق می شود.
مزایا: تواناییكاركرد در آبهای كم عمق ،قدرت بالا و میزان خسارت زیست محیطی كم .
محدودیتها:بازده كمتر نسبت به موتورهای پروانه ای و آسیب پذیری نسبت به ورود اشیاء خارجی .


 ترمو جت:
ترمو جت نوعی موتور جت هوازیابتدایی است كه به جای توربین و كمپرسور(در موتورهای توربین گازی) دارای یك موتورپیستونی به عنوان سوپر شارژر(فشارنده ی هوا) در ورودی هوای خود است. هوا پس ازاینكه توسط موتور پیستونی فشرده شد، وارد محفظه احتراق شده و با سوخت مخلوط و سپسمشتعل می شود و بدون عبور از توربین از نازل آن خارج می شود .
مزایا : سرعت گازخروجی از موتورهای ملخی وموتورهای توربین گازی بیشتر است ودر سرعتهای بالا پیشرانبیشتری تولید می كند .
معایب :وزن بالا ، بازدهی وقدرت كم ، این موتور جزونسلهای اولیه موتورهای جت است واز فناوری پایینی برخوردار است و دیگر ساخته نمی شود .

هواپیمای CC_2 اولین هواپیمای جت ایتالیایی كه با موتورترموجت كار می كرد.

 پالس جت:
این نوع موتور جت همان طور كه ازاسمش پیداست به جای فشرده سازی و سوزاندن پیوسته هوا و سوخـــــــــــت به طـورمتناوب این كار را انجام میدهد. در برخی از انواع آن برای این كار از سوپاپ استفادهمیشود.
مزایا: طراحی بسیار ساده به طوریكه معمولا از آنها در هواپیماها مدلاستفاده می شود.
معایب: پر سر و صدا، كم بازده (به علت نسبت تراكم پایین) و درمقیاسهای بزرگ كارایی مناسبی ندارد و در نوع سوپاپ دار ، سوپاپها زود خراب می شوند



موتورهای پاتس جت در هنگام كار كردن به شدت داغ میشوند

 توربو جت:
توربو جت یك واژه كلی برای توصیف موتورهایتوربین گازی است، كه به طور كلی از سه قسمت كمپرسور (فشارنده هوای ورودی)،محفظهاحتراق وتوربین(برای چرخاندن كمپرسورویا شفت)تشكیل می شوند.در كل منظور از توربوجتنوعی از موتور جت بدون شفت اضافی (مقصود شفتی است كه برای انتقال نیرو به جایی غیراز كمپرسور مورد استفاده قرار بگیرد) وضریب كنار گذر صفر است.

مزایا : نسبتبه توربوفن وتوربوپراپ و ... طراحی ساده تری دارد همچنین در سرعتهای مافوق صوتبازده بالایی دارد (تقریباً از ماخ دو به بالا).
معایب : طراحی پایه وكلی ایننوع موتور در سرعتهای زیر صوت بسیار ناكارآمد ، كم بازده ، پر مصرف و نسبتاً پر صدامی باشد

موتور توربو جت با كمپرسور محوری


موتور توربو جت با كمپرسور گریز از مر كز

 توربو فن:
ساختار موتور توربوفن مانند موتور توربوجت است با این تفاوت كه مرحله(یا مراحل) اول كمپرسور آن بسیار بزرگتر است.این مساله باعث می شود كه هوایورودی به موتور به شدت افزایش پیدا كند.اما درصد زیادی از هوای ورودی به موتور بدون وارد شدن به محفظه احتراق و مخلوط شدن با سوخت و احتراق از انتهای موتور خارج میشود.
به نسبت هوایی كه بدون عبور از محفظه احتراق از موتور خارج می شود به كل هوای ورودی ضریب كنار گذر (bypass)می گویند. با این كار سرعت گازهای داغ خروجی از نازل كاهش و دبی جرمی(میزان جرم عبوری از موتور در واحد زمان) موتور افزایش می یابد.
مزایا: بازده و برد بیشتر نسبت به توربوجت در سرعتهای زیر صوت و دمای پایین گازهای خروجی (به علت مخلوط شدن گازهای ناشی از احتراق با هوای سرد كنارگذر)
معایب: این موتورها بسیار پیچیده تر از توربوجت هستند.(دارای مجراهای بیشتر و معمولاً دارای شفت های چندگانه). قطر بدنه ی موتورهای توربوفن بسیار زیاد است و در مجموع موتورهای بزرگ و سنگینی هستند و نیاز به پره های بزرگ و سنگین دارند، بیشتر در معرض ورود اشیای خارجی قرار دارد و در مقابل یخ زدگی آسیب پذیر میباشد. دارای سرعت محدود است(زیر صوت) چون در برابر عبور از امواج ضربه ای ناشی از رسیدن به سرعت صوت، بسیر آسیب پذیر است و نمی تواند از سرعت صوت عبور كند.


موتور توربو فن باضریب كتنار گذر بالا


موتور توربو فن با ضریب كنار گذر پایین
 پراپ فن:
شبیهموتور توربو فن است با این تفاوت که فن آن در بیرون مجرای موتور قرار دارد.
مزایا: بازده سوخت بیشتر (اصولاً هدف از طراحی این موتورهای پیچیده وگرانقیمت افزایش بازده وکاهش مصرف سوخت بود) ونسبت به موتور توربوفن کمصداتروهمچنین توانایی کارکرد در محدوده سرعت بزرگتر از توربو فن، این موتور به علت کم مصرف بودن در دهه 1980محبوب شد(به علت قیمت بالای نفت)
معایب: برخی از نمونههای آن بر خلاف انتظار از توربو فن پر صداتر بودندواز انواع دیگر موتور جت پیچیده ترو گرانتر بودند، همین مساله باعث شد تا تولید وتوسعه آنها متوقف شود