ساخت موتور پالس جت در ابعاد کوچک – قسمت اول

موتور پالس جت توسط آلمانی ها اختراع و در جنگ جهانی دوم مورد استفاده قرار گرفت. بعد ها نیز به عنوان موتور پیشران در برخی بالگرد ها مورد استفاده قرار گرفته­است. وزن نسبتا پایین موتور و نیروی پیشران قابل ملاحظه از ویژگی های مثبت و ارتعاشات ناشی از سیکل کاری و صدای زیاد از معایب این نوع موتور میباشند. موتور پالس جت موتوری با کار کرد ضربه­ای انفجاری است که در یک سیکل چهار حالته شامل : مکش، تراکم ، انفجار و خروج گازهای احتراقی کار می­کند. سیکل کاری موتور پالس جت برخلاف ظاهر ساده و ابتدایی آن از معادلات و جریان های پیچیده سیالاتی تبعیت میکند و با کوچک ترین تغیر در ابعاد ، میزان سوخت یا زوایای نازل ها ودفیوژ ها باعث به هم خوردن سیکل و خاموش شدن موتور میشود . هدف از پژوهش و کار انجام شده بررسی موتور پالس جت ، نحوه کار کرد موتور ها ، سیر پیشرفت و کاربرد آنها ، بررسی معایب و مزایا موتور میباشد و به منظور اثبات درک مفاهیم اصلی نمونه ای از یک موتور پالس جت در ابعاد مینی ساخته شده است که نتایج مهمی را دربر داشته است : نوع سوخت ، هندسه کلی موتور ،سرعت هوای ورودی همگی از مواردی تاثیرگزار بر کارکرد موتور پالس جت هستند ، انرژی سوخت رابطه مستقیم با توان تولیدی موتور دارد همچنان که مشاهده میشود سوخت های مایع نظیر بنزین قدرت بیشتری نسبت به سوخت های گازی ایجاد میکنند ، هندسه کلی موتور به خصوص دریچه ورودی از تاثیر گذار ترین پارامتر های موتور میباشد که با کاهش یا افزایش سرعت هوای ورودی توان تولیدی موتور را تحت تاثیر قرار میدهد در حالت کلی هرچه پارمتر های هندسی باعث افزایش جرم هوای ورودی به داخل موتور شوند و بعد از انفجار موجب تسهیل در خروج گاز های داغ شوند کارکرد موتور بهتر خواهد بود. موتور پالس جت یک موتور با ارتعاشات ، حرارت و مصرف سوخت بالا است اما این موتور از سبک ترین موتور های جت میباشد که تراست و سرعت قابل توجهی ایجاد میکند از دیگر ویژگی این موتور میتوان به استهلاک پایین موتور اشاره کرد با توجه به این خصوصیات ، موتور پالس جت بهترین گزینه برای مدل های پروازی سرعت بالا ، هواپیماهای هدف یا انتحاری میباشد.

1-1 مقدمه

موتور های جت انواع مختلفی دارند که شامل : توربوجت ، توربو فن ،توربوپراپ ،توربوشفت ، رم جت ، اسکرم جت ، پالس جت و توربو رم جت میباشند

به جز سه موتور رم جت، اسکرم جت و پالس جت، دیگر موتور های جت دارای کمپرسور، توربین و شفت­های گردان هستند. اما در این سه نوع موتور(پالس جت، رم جت و اسکرم جت) که از ساده­ترین موتورهای جت میباشند هیچ قطعه دوران کننده­ای نظیر توربین و کمپرسور وجود نداشته و بر اساس حرکت سیال کار میکنند. موتور رم جت یک موتور جریان پایا است که که با توجه به سرعت سیال وشرایط کاری، جریان سیال همیشه تراکم پذیر و مافوق صوت میباشد از این رو برای روشن شدن ابتدا باید سرعت جریان در دهانه ورودی موتور به سرعت صوت برسد سپس در مجرای تعبیه شده سرعت جریان به زیر صوت کاهش یافته و وارد محفظه احتراق میشود سپس احتراق انجام شده و خروج گازها با سرعت های بالای صوت از نازل خروجی صورت میگیرد.

اسکرم جت نیز مانند رم جت یک موتور جریان پایا است که از لحاظ شکلی بسیار شبیه به رم جت میباشد تنها فرق اساسی بین این دو موتور این است که در اسکرم جت سیال با سرعت های صوتی وارد محفظه احتراق میشود.

موتور پالس جت نیز شباهت زیادی از نظر ظاهری به موتور رم جت داد با این تفاوت که در در ورودی موتور پالس جت قبل از محفظه احتراق یک سوپاپ یک طرفه نصب شده است . اما از لحاظ کاری کاملا با هم تفاوت دارند موتور پالس جت برخلاف موتور رم جت از یک سیکل پیروی میکند و به صورت پایا نیست همین امر موجب شده است تا این موتور بتواند بر خلاف رم جت در حالت سکون نیز روشن شود و تراست نسبتا بالایی در این حالت ایجاد کند . موتور های پالس جت در دو مدل سوپاپ دار و بدون سوپاپ ساخته میشوند که از لحاض کاری تفاوتی با هم ندارند . سادگی ساخت وزن پایین و تراست مناسب موتور پالس جت سبب شده از این موتور در مدل های پروازی سرعت بالا استفاده شود .

2-1 مروری بر کارهای گذشته

موتور پالس جت توسط آلمانی ها اختراع و در جنگ جهانی دوم به عنوان موتور موشک مورد استفاده قرار گرفت . این موتور بر روی بدنه موشک با فاصله چند سانتی متری نصب می شد دلیل آن هم گرمای ایجاد شده توسط موتور وجلوگیری از آثیب دیدن موشک بوده است . بعد ها از این موتور به عنوان موتور پیشران در بالگرد ها استفاده شد ولی به دلیل ارتعاشات ایجاد شده توسط موتور و آثیب آن به بدنه بالگرد به سرعت منسوخ شدند .

وزن پایین و قطعات کم ، تراست نسبتا بالا سبب ظهور ایده های خلاقانه با استفاده از موتور پالس جت شده است تا جای که از این موتور برای پیشران دوچرخه ، ماشین ، قایق های کوچک و سایر وسایل حرکتی استفاده شده ، البته این وسایل فقط به صورت آزمایشی ساخته شده اند و به مرحله تجاری سازی نرسیده اند . با ظهور سیستم های رادیو کنترل و ساخت هواپیماهای مدل دوباره موتور پالس جت عرصه ای برای ورود پیدا کرد و به عنوان یکی از ارزان ترین و به صرفه ترین موتور های جت برای هواپیماهای مدل مورد استفاده قرار میگرید .

موتور پالس جت کوچک برای هواپیماهای مدل در سایر کشور های جهان بدون کارخانه ساخته میشود در ایران نیز گروه رهوار صنعت کویر بردسکن و شرکت دانش بنیان پروا صنعت به عنوان اولین تولید کنندگان موتور پالس جت فعالیت دارند .

شکل 1-1 تصویری از موشک آلمانی با استفاده از موتور پالس جت همراه ریل پرتاب

شکل 2-1 تصویی از هواپیمای رادیو کنترل با موتور پالس جت

معرفی مسئله

موتور پالس جت یکی از ساده ترین موتورهای جت از لحاظ تعداد قطعات می باشد ولی با وجود این از پیچیدگی های و نکاتی در طراحی، ساخت وراه اندازی برخوردار می باشد که جز با انجام کار عملی در این حوزه میسر نخواهد شد. موتور پالس جت معایبی همچون مصرف سوخت بالا، ارتعاشات زیاد و حرارت تولیدی بالا در بدنه را دارد. برای بهبود این شرایط لازم است اطلاعات دقیق از یک نمونه ساخته شده در دست باشد. هدف این پژوهش بررسی دقیق، نحوه کارکرد موتور و درنهایت طراحی و ساخت نمونه­ای در ابعاد کوچک می باشد، که مطالعه و بررسی مورد نظر را بر روی آن انجام شود.

4-1 روش انجام کار

از آنجا که هیچ منبع علمی داخلی در مورد موتور های پالس جت در ایران موجود نیست اولین بررسی ها وتحقیقات از سایت ها و منابع خارجی انجام شد البته به دلیل تولید محدود این موتور ها بسیاری از نکات اساسی در مورد موتورهای پالس جت حتی در مرجع های خارجی نیز گفته نشده است . به منظور ساخت این موتور عکس ها و فیلم های زیادی مورد بررسی قرار گرفت این موتور از شش بخش اصلی شامل : دهانه ورودی ، سوپاپ ، مخزن احتراق ، نازل خروجی از مخزن ، لوله خروجی و دفیوژ انتهایی تشکیل شده است که این قطعات باید طراحی و ساخته شوند البته سیستم های جانبی دیگری نظیر سیستم جرقه زن و سوخت رسانی نیز به منظور ساخت وراه اندازی موتور لازم میباشند که باید متناسب با ابعاد موتورطراحی و ساخته شوند. به منظور پیدا کردن نسبت هایی نزدیک به نسبت های ایده آل در مورد بخش های تشکیل دهنده موتور پالس جت بهتر است نمونه های ساخته شده مورد بررسی قرار گیرند.

با توجه به نبود منابع داخلی در حوزه موتور های پالس جت و همچنین عدم دست رسی به اطلاعات کامل منابع خارجی تحقیقات و جمع آوری اطلاعات اولیه به صورت رمز گشایی و مهندسی معکوس از تصاویر و فیلم های منتشر شده از موتور های پالس جت صورت گرفت .

موتور پالس جت شامل بخش هایی نظیر : دهانه ورودی ، سوپاپ ، مخزن احتراق ، نازل خروجی از مخزن ، لوله خروجی ، دفیوژ انتهایی و …. میباشد. همچنین سیکل کاری موتور شامل : مکش هوا ، تراکم ، انفجار ، خروج گازها و تولید پیشرانش میباشد که مشخص است اماآنچه که در طراحی این قسمت ها به آن نیاز است ،اطلاعاتی در مورد ارتباط این بخش ها با یکدیگر است ، این قسمت از کار با بررسی فیلم ها و اطلاعات انتشار یافته از موتورهای پالس جت ساخته شده در داخل و خارج کشور و همچنین تطبیق دادن آن با قوانین سیالاتی و ترمودینامیکی انجام شد. پس از یافتن اطلاعات دقیق و نحوه کارکردهر قسمت از موتور طراحی کلی موتور بر اساس سایز مورد نظر انجام میشود البته این طراحی بر اساس امکانات وتجهیزات موجود صورت گرفته است.

پایان قسمت اول

برگرفته از پایان نامه مهندس محمود تیغعلی