موتور اسکرام جت

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
Mhmd.ltf

عضویت : سه‌شنبه ۱۴۰۱/۳/۳ - ۲۲:۵۱


پست: 2



موتور اسکرام جت

پست توسط Mhmd.ltf »

سلام. می دونیم که از موتورهای رم جت و اسکرام جت برای موشک ها استفاده میشه و کمپرسور ندارن و این باعث میشه که در سرعت های بالا کار آمد باشن ولی thrust ابتدایی که موشک رو از زمین جدا میکنه به چه طریق به وجود میاد. smile224 smile205

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami رهام حسامی

محل اقامت: فعلا تهران

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1639

سپاس: 3160

جنسیت:

تماس:

Re: موتور اسکرام جت

پست توسط rohamjpl »

عیب اصلی موتور رم جت اینه که به موتور موشک یا وسایل دیگری برای افزایش آن به اعداد ماخ مافوق صوت نیاز داره
موتور رم‌جت «Ramjet» یک موتور هواتنفسی است که هیچ جزء گردنده‌ای(توربوماشین) در ساختار خود ندارد. از این موتورها نمی‌توان در حالت ایستا استفاده کرد، چرا که هیچ گونه اجزای چرخنده‌ای در ساختار خود ندارند که هوا را برای احتراق فشرده سازد. موتور اسکرم‌جت نیز در واقع نمونه‌ای پیچیده‌تر از رم‌جت است که همانند آن هیچ جزء دورانی در ساختار خود ندارد. در موتورهای رم‌جت و اسکرم‌جت، نیروی رانش بدون نیاز به هرگونه جزء گردان و با استفاده از هوای موجود در جو، در مقادیر ماخ بالا تولید می‌شود. فرآیند احتراق نیز زمانی انجام می‌شود که سرعت جریان اکسیدکننده (هوا) در محدوده فراصوتی باشد(که چنین شرایطی در موتورهای توربین گازی روی نمی‌دهد). این موارد بیان‌گر ویژگی‌ها و مشخصات رم‌جت و اسکرم‌جت می‌باشد. یک موتور رم‌جت هیچ گونه کمپرسور، توربین یا توربوماشینی در ساختار خود ندارد و در واقع از حرکت رو به جلوی خود برای هل دادن هوا استفاده می‌کند(بنابراین برای مکش هوا، موتور حتماً باید در حال حرکت در سرعت‌های بالا باشد)؛ بنابراین رمجت‌ها نمی‌توانند در شرایط ساکن، نیروی رانشی تولید کنند. کارایی موتور رم‌جت در سرعت‌های 5/2 تا ۵ ماخ بسیار بالا بوده و در عوض در مقادیر ماخ کمتر از5/2 و نیز سرعت‌های مادون صوت راندمان چندانی نخواهد داشت. موتور اسکرم‌جت نیز در مقادیر سرعت ماخ فراتر از ۵ بسیار کارآمد است و در مقادیر عدد ماخ پایین‌تر از ۵ چندان کارآمد نیست. اجزای اصلی در موتورهای رم‌جت و اسکرم‌جت شامل بخش‌های مکش هوا، تزریق سوخت، تثبیت‌کننده شعله، محفظه احتراق و نازل می‌باشد. از آن‌جایی که هر دوی این موتورها به گونه‌ای طراحی شده‌اند تا در سرعت‌های فراصوتی پرواز کنند، شکل ورودی جریان هوای این موتورها به صورت همگرا است که سرعت جریان فراصوت را کاهش و فشار را افزایش می‌دهد. در موتور رم‌جت، شکل محفظه احتراق به صورت همگرا است و گاهی این محفظه احتراق تنها یک کانال موازی است که فرآیند احتراق در فشار ثابت در آن صورت می‌گیرد. همان‌طور که جریان هوا به صورت پیوسته از ورودی هوا وارد موتور و محفظه احتراق می‌شود، باید مانعی در مسیر جریان هوا برای ممانعت از خاموش شدن شعله احتراق وجود داشته باشد؛ همان‌گونه که در شکل ذیل توضیحات بخش رم‌جت که در ادامه آورده شده نیز قابل مشاهده است، این مانع تحت عنوان تثبیت‌کننده شعله یا شعله‌نگهدار شناخته می شود.
عملکرد رم‌جت:
در سرعت‌های فراصوت می‌توان از سامانه پیشران رم‌جت به صورت کاملاً کارآمد استفاده نمود. این موتور با استفاده از نیروی رانش موتور خارجی(یک سامانه پیشران دیگر) مقدار اندازه حرکت اولیه مورد نیاز را بدست می‌آورد(محدوده سرعت فراصوتی) تا در نتیجه هوای موجود در جو با سرعتی فراصوتی وارد بخش مکش موتور شود. به دلیل شکل دهانه ورودی موتور، هوا در بخش مکش یا ورودی متراکم(فشرده‌سازی داخلی و خارجی) می‌شود. فشرده‌سازی داخلی یعنی هوا در داخل موتور یا قسمت مکش متراکم می‌شود و فشرده‌سازی خارجی به معنای تراکم هوا خارج از بخش مکش است.
اسکرام جت در واقع یک موتور رم‌جت احتراقی فراصوت است و به عبارتی تحت عنوان یک نمونه پیشرفته‌تر از موتور رم‌جت شناخته می‌شود. در یک موتور اسکرم‌جت، هوا در بخش مکش یا ورودی موتور جریان پیدا می‌کند که این امر منجر به افزایش فشار و دما و کاهش سرعت جریان می‌گردد. در این نوع موتور، احتراق مخلوط سوخت و هوا در سرعت فراصوت روی می‌دهد که این موضوع موجب کارایی بهتر موتور می‌گردد؛ چرا که مقدار بالایی از تکانه هوا در تمام موتور به وجود می‌آید(بدون کاهش سرعتی که در رمجت‌ها با آن رو به رو بودیم). در موتور اسکرم‌جت، بنابر نوع سوخت مصرفی (هیدروژن)، نیاز به فرآیند احتراق نسبتاً کمتر است.
اندازه حرکت اولیه موتور از طریق یک سری منابع پیشران خارجی برای رسیدن به سرعت مورد نیاز حاصل می‌شود. هوای موجود در جو وارد بخش مکش هوا شده و در اثر تراکم داخلی و خارجی، فشرده می‌شود. به این نوع فشردگی کوبش یا رمینگ هم می‌گویند. سرعت هوا پس از گذر از بخش مکش، هنوز هم در محدوده فراصوت قرار دارد با این تفاوت که فشار و دمای آن در مقایسه با میزان فشار و دمای پیش از این مرحله بیش‌تر شده است. شرایط جریان اولیه از قسمت مکش هوا تا محفظه احتراق به اندازه کافی مساعد هست که در محفظ احتراق، احتراق کامل مخلوط هوا و هیدروژن(به گونه‌ای مؤثر بدون کم شدن سرعت هوا تا محدوده مادون صوت) انجام شود.، یک اسکرم جت از اجزای چرخان و فن مانند برای فشرده کردن هوا استفاده نمی کند. بلکه سرعت قابل دستیابی هواپیما در حال حرکت در جو باعث می شود هوا در ورودی فشرده شود. به این ترتیب، هیچ قطعه متحرکی در یک اسکرام جت مورد نیاز نیست.در یک رم جت، محفظه احتراق - جایی که هوا با سوخت مخلوط می شود و مشتعل می شود - فقط در سرعت های مادون صوت کار می کند. .رم جت از نظر مفهومی ساده ترین موتور جت است. این مجرای است که در آن هوا می سوزد و یک جت داغ ایجاد می کند که نیروی رانش را فراهم می کند، این مجرای ترمودینامیکی هوا شناخته می شود زیرا مجرای بیش از یک کانال نیست که در آن یک چرخه ترمودینامیکی انجام می شود. آنها دیگر برای هواپیماها استفاده نمی شوند، زیرا نمی توانند نیروی رانش را با سرعت هوای صفر فراهم کنند - زیرا او هیچ کمپرسوری در داخل دیفیوزر ندارد - و توربوفن مدرن بسیار کارآمدتر است. این توسط یک دیفیوزر، یک مشعل و یک نازل تشکیل شده است، از فشرده سازی دینامیکی هوای قوچ در ورودی خود استفاده می کند و سپس جت داغ در یک نازل همگرا-واگرا منبسط می شود زیرا مافوق صوت است.
برای سرعت هوای ورودی به داخل کمپرسور محدودیت وجود دارد. وقتی هواپیما به سرعت صوت نزدیک می شود هوای ورودی به داخل موتور با امواج شوک همراه است که می تواند باعث ایراد صدمه به کمپرسور شود. در نتیجه با طراحی ورودی هوا به موتور به شیوه های مختلف باعث کاهش سرعت جریان هوای ورودی می شوند.
در موتور رم جت کمپرسور و سایر اجزای متحرک مانند توربین وجود ندارد. بطور ساده هوا وارد اتاق احتراق شده و پس از ترکیب با سوخت می سوزد و تولید گازهای پرفشار می کند. کاهش سرعت جریان هوای ورودی به زیر صوت توسط قطعه ای با طراحی خاص به نام جسم درونی یا inner body صورت می پذیرد. تراکم هوا توسط سرعت بالای رو به جلوی جسم پرنده تامین می شود. در اینجا نیز سرعت هوای ورودی باید زیرصوت باقی بماند. زیرا افزایش سرعت به بالای این مقدار باعث وارد آوردن امواج ضربه و نیز گرم شدن بیش از حد هوا در داخل موتور احتراق می شود.
موتورهای رم جت نمی توانند زیر سرعت 2 یا 3 ماخ کار کنند زیرا به سرعت بالاتر برای متراکم کردن هوا در جلوی موتور نیاز دارند. سرعت بالاتر از 6 ماخ نیز بریا آنها دست نیافتنی است زیرا باعث داغ شدن گازهای احتراق تا حد تجزیه محصولات احتراق می شود. چاره کار در موتورهای اسکرم جت است.
اسکرم جت Supersonic Combustion RAMjet . هوای ورودی با سرعت بالای صوت وارد موتور احتراق می‌شود. چون هوا چندان فشرده نمی شود و با آزادی نسبی وارد اتاق احتراق می گردد، دمای آن افزایش چندانی نمی‌یابد. طراحی آیرودینامیکی جسم ورودی موتور اسکرم جت به گونه ای که هوا را تنها تا حد احتراق در مدت چند هزارم ثانیه متراکم کند و در عین حال از سرعت هوای ورودی چندان نکاهد امر بسیار پیچیده ای است. بدنه موتور و سایر قسمت های جسم پرنده نیز باید بسیار مستحکم باشد تا در برابر نیروهای آیرودینامیکی و ثقلی وحشتناک سرعت‌های بالا مقاومت کند. اسکرام جت (رام جت احتراق مافوق صوت) گونه ای از موتور جت تنفسی رم جت است که در آن احتراق در جریان هوای مافوق صوت انجام می شود. همانطور که در رم جت ها، یک
با توجه به ماهیت طراحی آنها، عملیات اسکرام جت به سرعت های نزدیک به مافوق صوت محدود می شود. از آنجایی که اسکرام جت ها فاقد کمپرسورهای مکانیکی هستند، به انرژی جنبشی بالای جریان مافوق صوت برای فشرده کردن هوای ورودی به شرایط عملیاتی نیاز دارند. بنابراین، یک وسیله نقلیه با موتور اسکرام جت باید به سرعت مورد نیاز (معمولاً در حدود 4 ماخ) توسط برخی وسایل پیشران دیگر مانند موتورهای توربوجت، ریل تفنگ یا موشک شتاب داده شود.
در حالی که اسکرام جت ها از نظر مفهومی ساده هستند، پیاده سازی واقعی با چالش های فنی شدید محدود می شود. پرواز مافوق صوت در اتمسفر کشش بسیار زیادی ایجاد می کند و دمای موجود در هواپیما و داخل موتور می تواند بسیار بیشتر از دمای هوای اطراف باشد. حفظ احتراق در جریان مافوق صوت چالش های بیشتری را به همراه دارد، زیرا سوخت باید در چند میلی ثانیه تزریق، مخلوط، مشتعل و سوزانده شود.
اسکرامجت ها به گونه ای طراحی شده اند که در رژیم پرواز مافوق صوت، فراتر از دسترس موتورهای توربوجت عمل کنند و همراه با رم جت ها، شکاف بین راندمان بالای توربوجت ها و سرعت بالای موتورهای موشک را پر کنند. موتورهای مبتنی بر ماشین‌های توربو، اگرچه در سرعت‌های مادون صوت بسیار کارآمد هستند، اما در سرعت‌های فراصوت به طور فزاینده‌ای ناکارآمد می‌شوند، زیرا روتورهای کمپرسور موجود در موتورهای توربوجت برای کار کردن به سرعت‌های زیر صوت نیاز دارند. در حالی که جریان از مافوق صوت به سرعت های مافوق صوت پایین می تواند به این شرایط کاهش یابد، انجام این کار در سرعت های مافوق صوت منجر به افزایش فوق العاده دما و کاهش فشار کل جریان می شود. در حدود 3 تا 4 ماخ، توربوماشین‌ها دیگر مفید نیستند و فشرده‌سازی به سبک قوچ به روش ترجیحی تبدیل می‌شود
رم جت‌ها از ویژگی‌های سرعت بالا هوا استفاده می‌کنند تا به معنای واقعی کلمه، هوا را از طریق یک دیفیوزر ورودی به محفظه احتراق «رم» کنند. در سرعت‌های پرواز فراصوت و مافوق صوت، هوای بالادست ورودی نمی‌تواند با سرعت کافی از مسیر خارج شود و قبل از انتشار در محفظه احتراق، درون دیفیوزر فشرده می‌شود. احتراق در یک رم جت با سرعت های زیر صوت، مشابه توربوجت ها، انجام می شود، اما محصولات احتراق سپس از طریق یک نازل همگرا-واگرا به سرعت های مافوق صوت شتاب می گیرند. از آنجایی که رم جت ها ابزار مکانیکی برای فشرده سازی ندارند، نمی توانند از حالت سکون شروع کنند و معمولاً تا پرواز مافوق صوت به فشرده سازی کافی نمی رسند. فقدان توربوماشین‌های پیچیده به رمجت‌ها اجازه می‌دهد تا با افزایش دما مرتبط با کاهش سرعت جریان مافوق صوت به سرعت‌های مافوق صوت مقابله کنند، اما این تا آنجا پیش می‌رود: در سرعت‌های نزدیک به مافوق صوت، افزایش دما و ناکارآمدی‌ها مانع از کاهش سرعت جریان به اندازه‌ای می‌شود که در آن وجود دارد. موتورهای رم جت
موتورهای اسکرام جت بر اساس اصول مشابه رم جت ها عمل می کنند، اما جریان به سرعت های زیر صوت را کاهش نمی دهند. در عوض، یک محفظه احتراق اسکرم جت مافوق صوت است: ورودی جریان را به یک عدد ماخ کمتر برای احتراق کاهش می دهد و پس از آن از طریق نازل به عدد ماخ حتی بالاتر شتاب می دهد. با محدود کردن مقدار فریب دمای داخل موتور هم از نظر مواد و هم از نظر احتراق در حد قابل تحملی نگه داشته می شود. حتی در این صورت، فناوری اسکرام جت فعلی به استفاده از سوخت‌های پرانرژی و طرح‌های خنک‌کننده فعال برای حفظ عملکرد پایدار، اغلب با استفاده از هیدروژن و تکنیک‌های خنک‌کننده احیاکننده، نیاز دارد
تئوری
همه موتورهای اسکرام جت دارای ورودی هستند که هوای ورودی را فشرده می کند، انژکتورهای سوخت، یک محفظه احتراق و یک نازل رانش واگرا. گاهی اوقات موتورها شامل منطقه ای هستند که به عنوان نگهدارنده شعله عمل می کند، اگرچه دمای رکود بالا به این معنی است که ممکن است از ناحیه ای از امواج متمرکز استفاده شود، به جای یک قسمت موتور مجزا که در موتورهای توربین دیده می شود. موتورهای دیگر از مواد افزودنی سوخت پیروفوریک مانند سیلان برای جلوگیری از شعله ور شدن استفاده می کنند. یک جداکننده بین ورودی و محفظه احتراق اغلب برای بهبود یکنواختی جریان در محفظه احتراق و افزایش دامنه عملکرد موتور قرار داده می شود.
اسکرام جت یادآور رم جت است. در یک رم جت معمولی، جریان مافوق صوت موتور در ورودی به سرعت های مادون صوت کاهش می یابد و سپس از طریق یک نازل به سرعت های مافوق صوت برای تولید نیروی رانش شتاب می گیرد. این کاهش سرعت، که توسط یک شوک معمولی ایجاد می‌شود، یک افت فشار کلی ایجاد می‌کند که نقطه عملکرد بالایی موتور رم جت را محدود می‌کند.
برای یک اسکرام جت، انرژی جنبشی جریان آزاد هوای ورودی به موتور اسکرام جت تا حد زیادی با انرژی آزاد شده از واکنش محتوای اکسیژن هوا با یک سوخت (به عنوان مثال هیدروژن) قابل مقایسه است. بنابراین گرمای آزاد شده از احتراق در 2.5 ماخ حدود 10٪ از کل آنتالپی سیال عامل است. بسته به سوخت، انرژی جنبشی هوا و انتشار حرارت بالقوه احتراق در حدود 8 ماخ برابر خواهد بود. بنابراین طراحی یک موتور اسکرم جت به اندازه به حداقل رساندن نیروی پسا و حداکثر کردن نیروی رانش است.
این سرعت بالا کنترل جریان داخل محفظه احتراق را دشوارتر می کند. از آنجایی که جریان مافوق صوت است، هیچ تاثیر پایین دستی در جریان آزاد محفظه احتراق منتشر نمی شود. دریچه گاز ورودی به نازل رانش یک تکنیک کنترل قابل استفاده نیست. در واقع، بلوک گازی که وارد محفظه احتراق می شود باید با سوخت مخلوط شود و زمان کافی برای شروع و واکنش داشته باشد، در تمام مدتی که به صورت مافوق صوت از داخل محفظه احتراق عبور می کند، قبل از اینکه گاز سوخته از طریق نازل رانش منبسط شود. این امر الزامات سختگیرانه ای را برای فشار و دمای جریان ایجاد می کند و نیاز دارد که تزریق و اختلاط سوخت بسیار کارآمد باشد. فشارهای دینامیکی قابل استفاده در محدوده 20 تا 200 کیلو پاسکال (2.9 تا 29.0 psi) قرار دارد، که در آن
تصویر
تصویر
برای ثابت نگه داشتن سرعت احتراق سوخت، فشار و دما در موتور نیز باید ثابت باشد. این مشکل ساز است زیرا سیستم های کنترل جریان هوا که این امر را تسهیل می کنند در یک وسیله نقلیه پرتاب اسکرم جت به دلیل سرعت و دامنه ارتفاع زیاد درگیر از نظر فیزیکی امکان پذیر نیستند، به این معنی که باید در ارتفاعی خاص به سرعت خود حرکت کند. از آنجایی که چگالی هوا در ارتفاعات بالاتر کاهش می‌یابد، یک اسکرام جت باید با سرعت خاصی بالا رود تا فشار هوا را در ورودی ثابت نگه دارد. این پروفیل صعود/نزول بهینه "مسیر فشار دینامیکی ثابت" نامیده می شود. تصور می شود که اسکرام جت ها تا ارتفاع 75 کیلومتری قابل اجرا باشند.
تزریق و مدیریت سوخت نیز به طور بالقوه پیچیده است. یک احتمال این است که سوخت توسط یک توربو پمپ تا 100 بار تحت فشار قرار گیرد، توسط بدنه گرم شود، از طریق توربین فرستاده شود و توسط یک نازل به سرعت های بالاتر از هوا شتاب شود. جریان هوا و سوخت در ساختاری شانه‌مانند تلاقی می‌کنند که یک رابط بزرگ ایجاد می‌کند. تلاطم ناشی از سرعت بیشتر سوخت منجر به اختلاط اضافی می شود. سوخت های پیچیده ای مانند نفت سفید برای احتراق کامل نیاز به موتور طولانی دارند.
یک موتور پالس جت با شتاب متناوب یک توده هوای محدود به سمت عقب و سپس تنفس توده هوای تازه برای جایگزینی آن کار می کند. انرژی برای شتاب بخشیدن به توده هوا از سوختن سوختی که به طور کامل در توده هوای تازه به دست آمده مخلوط شده است، تامین می شود.موتور پالس جت یک موتور واکنش تنفسی هوا است که از یک توالی مداوم از رویدادهای احتراق گسسته به جای یک رویداد احتراق پایدار استفاده می کند. این به وضوح آن را از سایر انواع موتورهای واکنشی مانند موشک، توربوجت و رم جت که همگی دستگاه های احتراق ثابت هستند متمایز می کند. تمام موتورهای واکنش دیگر با حفظ فشار داخلی بالا هدایت می شوند. پالس جت ها توسط تناوب بین فشار بالا و پایین هدایت می شوند. این تناوب توسط هیچ تدبیر مکانیکی حفظ نمی‌شود، بلکه توسط رزونانس صوتی طبیعی ساختار موتور لوله‌ای سفت و سخت حفظ می‌شود. پالس جت بدون سوپاپ از نظر مکانیکی ساده ترین شکل پالس جت است و در واقع ساده ترین وسیله پیشرانه تنفس هوا شناخته شده است که می تواند به صورت "استاتیک" یعنی بدون حرکت رو به جلو عمل کند.
پالس جت از جمله موتورهای جت با «جریان ناپایدار» (Unsteady Flow) است که در آن هیچ پیش‌تراکمی برای چاشنی صورت نمی‌گیرد. به لحاظ مکانیکی، این موتور جت بسیار ساده است و از یک دیفیوزر ورودی کوتاه، چندین «سوپاپ یک‌طرفه» (Check Valve)، محفظه احتراق و لوله ونتوری‌شکل تشکیل شده که در تصویر زیر نمایش داده شده است.
موتور پالس جت
یک سیستم تزریق سوخت در پایین‌دست سوپاپ‌ها قرار دارد. هوای ورودی به موتور با عبور از طریق سوپاپ‌ها با افشانه‌های سوخت ترکیب و مخلوط حاصل مشتعل می‌شود. در نتیجه افزایش فشار حاصل از انفجار، سوپاپ‌های جریان ورودی بسته خواهند شد و گازهای خروجی با انبساط، از طریق لوله اگزوز خارج می‌شوند. خروج این گازها موج‌هایی انبساطی تولید می‌کند که سبب کاهش فشار در پشت سوپاپ‌های یک‌طرفه شده و این چرخه بار دیگر تکرار می‌شود.
تنها در لحظه شروع کار (استارت) موتور پالس جت به جرقه نیاز داریم زیرا گازهای داغ از چرخه‌های قبل سبب مشتعل شدن چاشنی انفجاری می‌شوند. معمول‌ترین نوع موتور پالس جت از نوع سوپاپ‌دار است اما انواع «بدون سوپاپ» (Valve Less) نیز وجود دارد.
با توجه به اهمیت آشنایی با ترمودینامیک سوخت و احتراق، «فرادرس» اقدام به انتشار فیلم آموزش سوخت و احتراق – مقدماتی کرده که لینک آن در ادامه آورده شده است.
نحوه کار موتور پالس جت بدون دریچه
، نوعی موتور پالس جت بدون دریچه (بدون سوپاپ) نشان داده شده که شامل محفظه‌ای با دو بخش لوله‌ای با قطرها و طول‌های متفاوت است. بخش خمیده، لوله ورودی و بخش دیگر، لوله اگزوز (خروجی) را تشکیل می‌دهند. در برخی از موتورهای بدون سوپاپ، این لوله اگزوز است که بخش خمیده را تشکیل می‌دهد.
مانی که مخلوط هوا-سوخت در محفظه احتراق، منفجر می‌شود، فشار داخل به سرعت افزایش پیدا می‌کند. این فشار سبب انبساط و خروج گاز با سرعت بالا خواهد شد. با خروج این گاز داغ، «رانش» (Thrust) بوجود می‌آید. به دلیل وجود اینرسی، انبساط حتی بعد از افت فشار و رسیدن به فشار اتمسفریک ادامه می‌یابد، در پایین‌ترین نقطه، خلائی جزئی در محفظه رخ می‌دهد که تکانه گاز انبساطی به صفر می‌رسد و انبساط متوقف می‌شود. این فرآیند به طور خودکار خود را معکوس می‌کند و هوای تازه از دو بخش به داخل محفظه خلا وارد می‌شود.
در بخش ورودی، هوا به سرعت از میان لوله کوتاه عبور می‌کند و با ورود به محفظه احتراق، با سوخت ترکیب می‌شود. لوله اگزوز اما طول بیشتری نسبت به لوله ورودی دارد در نتیجه مدت زمان بیشتری طول می‌کشد تا به محفظه احتراق برسد. یکی از دلایل طول بیشتر این است که در زمان شروع مکش، بخشی از گازهای داغ در داخل باقی مانده باشند. این گازهای داغ باقیمانده در این مرحله به داخل محفظه رانده و با مخلوط-هوا سوخت جدید مخلوط می‌شوند. گرما و رادیکال‌های آزاد در گاز سبب شعله‌ور شدن و تکرار مراحل قبل خواهند شد.
اثر کادناسی
در توضیح چرخه‌ها باید گفت که اینرسی، گاز انبساطی را تا زمان کاهش فشار محفظه احتراق به کمتر از فشار اتمسفریک، به بیرون می‌راند. در بخش بعدی چرخه، عکس این عمل رخ می‌دهد که در آن، هوای خروجی برای پر کردن خلا به درون محفظه کشیده خواهد شد. ترکیب تکانه این گازها به هنگام ورود از دو بخش ورودی و خروجی سبب می‌شود تا فشار محفظه، قدری بالاتر از فشار اتمسفریک باشد.
در نتیجه، داخل موتور، نوسانی از فشار ناشی از اینرسی خواهیم داشت به گونه‌ای که فشار به صورت نوسانی در مقادیر بالا و پایین فشار اتمسفریک به شکلی میرا تغییر می‌کند. به این حالت، «اثر کادِناسی» (Kadenacy Effect) می‌گویند که بدون این اثر، موتور پالس جت قادر به کار نبود.
مزایا و معایب موتور پالس جت
حال که با نحوه عملکرد موتور پالس جت آشنا شدیم می‌خواهیم در ادامه متن به توضیح مزایا و معایب این موتور جت بپردازیم.
موتور پالس جت
مزایای موتور پالس جت
نقطه قوت موتور پالس جت که قابل قیاس با سایر سازه‌های مکانیکی نیست را باید در سادگی آن جستجو کرد چراکه ساخت آن خاصه در مدل‌های بدون سوپاپ، بسیار ساده است و پیشرانه‌ای بسیار کوچک اما با صدایی زیاد را فراهم می‌کند. علاوه بر این، از نمونه‌های بدون سوپاپ و حرارت ایجاد شده آن در سیستم‌های گرمایش مرکزی (موتورخانه‌ها) نیز استفاده می‌شود که سبب کاهش قابل توجه هزینه‌ها خواهد شد.
موتور پالس جت تنها موتوری است که افزایش فشار خالصی را بین ورودی و خروجی (اگزوز) نشان می‌دهد. سایر موتورها باید بیشترین فشار را در انتهای بخش ورودی ایجاد کنند. در نتیجه این اتفاق، کاهش فشار خواهیم داشت و این کاهش فشار مانع از ورود گازهای داغ تولیدی به بخش ورودی می‌شود و گازها تنها به طرف خروجی حرکت می‌کنند.
در موتورهای جت به طور معمول فشار ورودی توسط یک کمپرسور تامین می‌شود که پیچیدگی و هزینه زیادی دارد و بیشتر نیرو محرکه تولیدی موتور به حرکت کمپرسور اختصاص پیدا می‌کند. اما در موتور پالس جت این موضوع متفاوت است چراکه فشار اگزوز بیشتر از فشار ورودی است و بنابراین،‌ افت فشاری نخواهیم داشت. این عمل بدون از دست دادن توان تولیدی محفظه احتراق صورت می‌گیرد که این امر، افزایش فشاری در حدود ۵ درصد را شامل می‌شود و سبب بهبود بازده کل خواهد شد.
محدودیت های موتور پالس جت
از مشکلات موتورهای پالس‌جت این است که بهره‌گیری از بازده بالای این موتورها ساده نیست. از موتور پالس جت به طور معمول به عنوان محفظه احتراق موتورهای توربینی استفاده می‌شود تا این‌که آن‌ها را به عنوان یک موتور مستقل بکار بگیرند. متاسفانه، یک توربین به جریانی پایدار برای عملکرد مناسب نیاز دارد و ناپایداری این موتورها، برای تیغه توربین‌ها مشکل ایجاد می‌کند. البته تیغه‌های شعاعی دوام بیشتری دارند که گرچه بازدهی آن‌ها نیز کمتر است.
علاوه بر این، مصرف سوخت این موتورها نیز بسیار زیاد است و لرزش و صدای زیادی نیز به همراه دارند. همچنین، به دلیل گرمای تولیدی به موادی مقاوم در برابر حرارت نیاز است و در نتیجه، حداقل باید از آلیاژهای نیکل-کروم فولاد ضدزنگ برای آن‌ها استفاده کرد.
چرخه پالس جت
عملیات پالس جت را می‌توان با ترکیب دو چرخه توضیح داد. این دو چرخه در زیر آورده شده‌اند:‌
«چرخه لونوار» (Lenoir Cycle)
«چرخه همفری»‌ (Humphrey Cycle)
در چرخه لونوار در ابتدا تراکمی به صورت فشار ثابت داریم و در ادامه در حجم ثابت،‌ افزایش دما خواهیم داشت. سپس، انبساط آدیاباتیک و در نهایت، چرخه همفری داریم.
یک موتور پالس جت با شتاب متناوب یک توده هوای محدود به سمت عقب و سپس تنفس توده هوای تازه برای جایگزینی آن کار می کند. انرژی برای شتاب بخشیدن به توده هوا از سوختن سوختی که به طور کامل در توده هوای تازه به دست آمده مخلوط شده است، تامین می شود. این چرخه بارها در ثانیه تکرار می شود. در طول فاز کوتاه شتاب جرم در هر چرخه، عملکرد فیزیکی موتور مانند سایر موتورهای واکنش است - جرم گاز به سمت عقب شتاب می‌گیرد و در نتیجه نیرویی به سمت جلو به بدنه موتور اعمال می‌شود. این پالس های نیرو که به سرعت در طول زمان تکرار می شوند، نیروی رانش قابل اندازه گیری موتور را تشکیل می دهند.
برخی از تفاوت های اساسی بین پالس جت سوپاپ دار و بدون سوپاپ عبارتند از:
در موتورهای بدون سوپاپ، بخش ورودی نقش مهمی در کل چرخه پالس جت دارد.
مزیت اصلی موتورهای اسکرام جت و رم جت این است که به وسیله نقلیه اجازه می دهد با راندمان بالاتر به سرعت های بیشتری دست یابد و قطعات چرخان یا متحرک نداشته باشند.چندین مشکل در استفاده از رمجت ها روی موشک وجود دارد:
مشکل راه اندازی رم جت ها برای ایجاد تراکم مورد نیاز برای عملکرد محفظه احتراق به سرعت مافوق صوت وسیله نقلیه متکی هستند. بنابراین شما به چیزی نیاز دارید (مرحله موتور سنتی، موتور تنفس هوا، و غیره) تا کاردستی را به نقطه ای برسانید که رم جت ها واقعاً می توانند کار کنند.
رام جت ها رانش نسبتاً کمی دارند. آنها وزن زیادی ندارند زیرا قطعات متحرک ندارند، اما نیروی رانش زیادی ایجاد نمی کنند. بنابراین یک موشک برای عملکرد به تعداد زیادی موتور نیاز دارد.
با افزایش سرعت، رمجت ها در نهایت کار خود را متوقف خواهند کرد. در برخی موارد، مجرای بالادست محفظه احتراق، هوای ورودی را به اندازه کافی کاهش نمی دهد. با این کار هوای محفظه احتراق به جای مافوق صوت، مافوق صوت می شود. این همان چیزی است که موتور SCRAMJET برای آن استفاده می شود، اما این پیکربندی کمی متفاوت است. بنابراین یا باید رمجت قطعات متحرک داشته باشد تا هندسه خود را تغییر دهد تا جریان مافوق صوت و مافوق صوت در محفظه احتراق را کنترل کند، یا باید رمجت ها را خاموش کنید و تعدادی اسکرام جت را باز کنید (به این معنی که موشک اکنون 3 نوع مختلف خواهد داشت. از موتورها).
رم جت ها و اسکرام جت ها موتورهایی هستند که هوا را تنفس می کنند. برای هر چیزی که در جو بسیار بالا می رود، هوای زیادی باقی نمی ماند. بنابراین موتورها دیگر خیلی خوب کار نخواهند کرد. موشک های سنتی هم سوخت و هم اکسید کننده خود را حمل می کنند، بنابراین در هر مکانی کار می کنند.
اسکرام جت از سه جزء اصلی تشکیل شده است: ورودی همگرا که در آن هوای ورودی فشرده می شود. یک احتراق، که در آن گازسوخت ما با اکسیژن اتمسفر برای تولید گرما سوزانده می شود. و یک نازل واگرا که در آن هوای گرم شده برای تولید نیروی رانش شتاب می گیرد. برخلاف موتورهای جت معمولی، مانند موتورهای توربوجت یا توربوفن، یک اسکرم جت از اجزای چرخان و فن مانند برای فشرده کردن هوا استفاده نمی کند. بلکه سرعت قابل دستیابی هواپیما در حال حرکت در جو باعث می شود هوا در ورودی فشرده شود. به این ترتیب، هیچ قطعه متحرکی در یک اسکرام جت مورد نیاز نیست. در مقایسه، موتورهای توربوجت معمولی به چند مرحله روتور کمپرسور دوار و چند مرحله توربین دوار نیاز دارند که همگی وزن، پیچیدگی و تعداد بیشتری از نقاط خرابی را به موتور اضافه می‌کنند.
با توجه به ماهیت طراحی آنها، عملیات اسکرام جت به سرعت های نزدیک به مافوق صوت محدود می شود. از آنجایی که اسکرام جت ها فاقد کمپرسورهای مکانیکی هستند، به انرژی جنبشی بالای جریان مافوق صوت برای فشرده کردن هوای ورودی به شرایط عملیاتی نیاز دارند. بنابراین، یک وسیله نقلیه با موتور اسکرام جت باید به سرعت مورد نیاز (معمولاً در حدود 4 ماخ) توسط برخی ابزارهای دیگر رانش، مانند موتورهای توربوجت، ریل تفنگ یا موشک شتاب داده شود.
در حالی که اسکرام جت ها از نظر مفهومی ساده هستند، پیاده سازی واقعی با چالش های فنی شدید محدود می شود. پرواز مافوق صوت در اتمسفر کشش بسیار زیادی ایجاد می کند و دمای موجود در هواپیما و داخل موتور می تواند بسیار بیشتر از دمای هوای اطراف باشد. حفظ احتراق در جریان مافوق صوت چالش های بیشتری را به همراه دارد، زیرا سوخت باید در چند میلی ثانیه تزریق، مخلوط، مشتعل و سوزانده شود. اسکرامجت ها به گونه ای طراحی شده اند که در رژیم پرواز مافوق صوت، فراتر از دسترس موتورهای توربوجت عمل کنند و همراه با رم جت ها، شکاف بین راندمان بالای توربوجت ها و سرعت بالای موتورهای موشک را پر کنند. موتورهای مبتنی بر ماشین‌های توربو، اگرچه در سرعت‌های مادون صوت بسیار کارآمد هستند، اما در سرعت‌های فراصوت به طور فزاینده‌ای ناکارآمد می‌شوند، زیرا روتورهای کمپرسور موجود در موتورهای توربوجت برای کار کردن به سرعت‌های زیر صوت نیاز دارند. در حالی که جریان از مافوق صوت به سرعت های مافوق صوت پایین می تواند به این شرایط کاهش یابد، انجام این کار در سرعت های مافوق صوت منجر به افزایش فوق العاده دما و کاهش فشار کل جریان می شود. در حدود 3 تا 4 ماخ، توربوماشین‌ها دیگر مفید نیستند و فشرده‌سازی به سبک قوچ به روش ترجیحی تبدیل می‌شود.hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth
semester of aerospace engineering
smile072 smile072 رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضاتصویر
آخرین ویرایش توسط rohamjpl جمعه ۱۴۰۱/۳/۶ - ۱۷:۲۴, ویرایش شده کلا 2 بار
تصویر

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami رهام حسامی

محل اقامت: فعلا تهران

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1639

سپاس: 3160

جنسیت:

تماس:

Re: موتور اسکرام جت

پست توسط rohamjpl »

خوب جوابتون ساده هست
رمجت و اسکرامجت موتورهایی هستند که از سرعت خود برای فشرده سازی هوا و به حرکت درآوردن موتور استفاده می کنند. فناوری موتورهای رم جت عملاً در بسیاری از موارد از موشک ها هواپیماهای مافوق صوت گرفته تا گلوله های توپخانه اعمال میشه در حالی که موتورهای اسکرم جت هنوز اول راه هستند.رم جت که گاهی اوقات جت اجاق گاز یا آتودید میگن یک موتور جت تنفسی هوا است که از حرکت رو به جلو موتور برای فشرده سازی هوای ورودی استفاده می کند، بدون اینکه کمپرسور چرخشی در موتورهای جت وجود داشته باشه
عزیز من این نوع موتورها رم جت ها نمی تونند نیروی رانش را با سرعت صفر تولید کنندر ابتدا زمانی که ساکن هستند بنابراین هواپیماها به یک سیستم رانش نیاز داره تا حرکت را برای فشرده سازی در رمجت آغاز کنه. برای عملکرد بهینه رم جت ها به سرعت هایی در حدود 3 ماخ نیاز دارند و می توانند تا سرعت 6 ماخ کار کنند عملکرد رم جت بر اساس چرخه برایتون است.
هوای ورودی با استفاده از نازل های ایجاد شده در نواحی فشرده سازی فشرده میشه و سرعت جریان به سرعت های مادون صوت کاهش می یابه تا احتراق بهتر امکان پذیر بشه نگهدارنده شعله مخلوط را مشتعل می کند تا جریان گازی با فشار بالا با سرعت بالا تولید کنه که با سرعت مافوق صوت از موتور خارج میشه
مزایای رم جت ها مستقل از تامین اکسیژن است و شامل عدم وجود قطعات چرخشی است که ساخت و نگهداری آن را آسان تر می کنه
اسکرام جت (Supersonic Combustion RAMjet) گونه ای از رم جت است که در آن احتراق زمانی صورت می گیره که جریان هوا مافوق صوت باشه مثل رم جت ها اسکرام جت ها هم از هوای ورودی را قبل از احتراق با استفاده از سرعت وسیله نقلیه فشرده می کنند. با این حال، رم جت ها جریان هوا را به سرعت های مادون صوت در داخل موتور قبل از احتراق کاهش می دهند، اگرچه جریان هوا در یک اسکرام جت در کل موتور مافوق صوت است. جریان مافوق صوت واکنش بیشتری ایجاد می کنه و این قابلیت را برای اسکرام جت ها به کار می گیرد تا در سرعت های مافوق صوت به طور موثر عمل کنند.از نظر تئوری بهت بگم اسکرام جت بین 12 ماخ تا 24 ماخ و سریعترین هواپیمای تنفس هوا دارای موتورهای اسکرام جت است. خوب مدل ناسا X-43A به 9.6 ماخ رسید.مانند رم جت اسکرام جت ها هیچ قسمت متحرکی در داخل موتور ندارند
یک اسکرام جت کارآمدتر از موتور موشک است به همان دو دلیل که همه موتورهای تنفس هوا کارآمدتر از موتورهای موشک (شیمیایی) هستند:چرا چون موتورهای موشک شیمیایی باید هم اکسید کننده و هم سوخت خود را حمل کنند در حالی که موتورهای تنفس هوا فقط باید سوخت خود را حمل کنند و اکسید کننده را از هوا بگیرند. بنابراین، برای جرم / حجم یکسان آنها می تونند تقریباً دو برابر انرژی حمل کنند، یا برای همان انرژی مورد نیاز تقریباً نیمی از پیشرانه را حمل می کنند. یعنی نصف سوخت و جرم کمتر
یعنی موتورهای موشک باید تمام جرم واکنش خود را با خود حمل کنند اما موتورهای تنفس هوا به سادگی جرم واکنش را از جلو می مکند و دوباره آن را در عقب به بیرون پرتاب می کنند. این به این معنی است که
برای موتورهای موشک، جرم واکنش محدود است، برای موتورهای تنفس هوا، جرم واکنش بی نهایت است.
برای موتورهای موشک جرم سوخت واکنش به ظرفیت بار گره میخوره جز بار میشه برای موتورهای تنفس هوا ازاد و نیاز به حمل نیستش خوب برای همه موتورهای تنفس هوا همین عملکرد هستش هر نوع موتوری جت . ماشین هر چی
اما اینم بدون دوست گرامی کلا زیر 4 ماخ اسکرام جت ها کلا کار نمی کنند بین 4 تا 5 ماخ، رم جت ها کارایی بیشتری نسبت به اسکرام جت دارند.پس بین 5 تا 9 ماخ، اسکرام جت ها کارآمدتر از رم جت ها هستند.
بالاتر از 9 ماخ هم رم جت ها دیگر کار نمی کنند البته من حدودا گفتم از روی جزواتم
اسکرمجت ها از هوای فوق فشرده اتمسفر استفاده می کنند، در حالی که موتور موشک حامل اکسید کننده خود است. این تفاوت اصلی به این معنیه که تمام وزن و حجم مورد نیاز برای اکسید کننده و جرم واکنش در یک موشک فقط در یک اسکرام جت برای سوخت قابل استفاده است. بنابراین اگر همه مساوی باشند، برد اسکرام جت بزرگتر از برد موشک است.
اینم بدون اسکرام جت‌ها فقط می‌توانند با سرعتی بسیار بیشتر از 5 ماخ کار کنند در حالی که رانش موتور موشک آنی است. حجم کافی را فراهم کنید، و برد ش زیاد هست بدون اکسیژن
Scramjet دارای مزایای ساختار ساده وزن سبک کم هزینه تراست واحد (تراست تولید شده توسط پیشرانه در واحد جریان جرم) بالا و سریع است. در مقایسه با موتور موشک اسکرام جت نیازی به حمل اکسیدان نداره پس میتونه محموله بزرگتری حمل کنه و برای توان موشک های کروز مافوق صوت هواپیماهای مافوق صوت و هواپیماهای فرا اتمسفر همچنین پرتابگرهای فضایی قابل استفاده مجدد و هواپیماهای فضایی مدار تک مرحله ای مناسبه .
مشکل راه اندازی رم جت ها برای ایجاد تراکم مورد نیاز برای عملکرد محفظه احتراق به سرعت مافوق صوت وسیله نقلیه متکی هستند.
رام جت ها رانش نسبتاً کمی دارند. آنها وزن زیادی ندارند زیرا قطعات متحرک ندارند اما نیروی رانش زیادی ایجاد نمی کنند. بنابراین یک موشک برای عملکرد به تعداد زیادی موتور نیاز دارد.
با افزایش سرعت، رمجت ها در نهایت کار خود را متوقف خواهند کرد.پس از اسکرام جت استفاده میشه
رم جت ها و اسکرام جت ها موتورهایی هستند که هوا را تنفس می کنند. برای هر چیزی که در جو بسیار بالا می رود هوای زیادی باقی نمیمونه. بنابراین این موتورها دیگر خیلی خوب کار نمیکنند . موشک های سنتی هم سوخت و هم اکسید کننده خود را حمل می کنند پس بنابراین در هر مکانی کار می کنند.امیدوارم کمک کرده باشم بهتhope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth
semester of aerospace engineering
smile072 smile072 رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضاتصویر
تصویر

ارسال پست