معلومات عن الطائرة النفاثة

الطائرة النفاثة
تعد الطائرة النفاثة من أهم أنواع الطائرات حاليًا، ويرجع صوت الطائرات النفاثة لا سيّما عند لحظات إقلاعها في المقام الأول إلى تفاعلات غازات العادم عالية السرعة مع الأجواء الهادئة التي تمر بها الطائرة النفاثة، والأساس في ذلك هو تفاعل الغازات بداخل المحرك، حيث يتم خلط الوقود والهواء المضغوط معًا فتُنتج هذه التفاعلات تقلبات كبيرة في الضغط تتسبب في تلك الضوضاء التي تخرج عن الطائرات النفاثة، وتعتمد الكثير من الطائرات اليوم على المحركات النفاثة، ومعظم محركات الطائرات العسكرية هي من المحركات التوربينية النفاثة في المقام الأول، وسيتناول هذا المقال بعض الحقائق عن الطائرة النفاثة.[١]
تاريخ تطور الطائرة النفاثة
كانت الطائرات العسكرية تسيطر على حركة الملاحة العالمية منذ اختراع الطيران في بداية القرن العشرين، وتبع ذلك الطيران التجاري، وكان هذا هو الحال أيضًا مع تطور الطائرات النفاثة في السنوات الأخيرة، ويمكن توضيح المزيد عن تاريخ تطور الطائرة النفاثة فيما يأتي:[٢]
بدأ اختراع محركات الطائرة النفاثة تحت رعاية عسكرية في الثلاثينيات والأربعينيات، وبحلول أواخر القرن العشرين أصبحت تكنولوجيا المحركات النفاثة التجارية تنافس التكنولوجيا العسكرية وأحيانًا تقودها في العديد من مجالات تصميم المحركات.
صمم ليوناردو دافنشي في عام 1500 رسمًا لمدخنة استخدم فيها غازات ساخنة تتدفق لدفع شفرات تشبه المروحة، وقد استخدمها في إيضاح فكرته عن الدفع، و بحلول عام 1872 صمم المهندس الألماني فرانز ستولزي أول محرك حقيقي لتوربينات الغاز.
اخترع سانفورد موس محرك نفاث في عام 1918 مع شاحن توربيني خاص به، والذي استخدم الغازات الساخنة من عادم المحرك لتشغيل التوربينات التي بدورها أدت إلى قوة طرد مركزي لتفريغ المحرك.
طور ألان جريفيث نظرية لتصميم التوربينات استنادًا إلى تدفق الغاز عبر فراغات الهواء.
مبدأ عمل الطائرة النفاثة
تعمل جميع المحركات النفاثة من خلال رد فعل، فهي تولد قوة دفع من خلال إطلاق السوائل إلى الخلف بسرعة عالية نسبيًا، ولذلك فعمل الطائرات النفاثة مميز للغاية، ويمكن توضيح المزيد عن مبدأ عمل الطائرة النفاثة فيما يأتي:[٣]
تمنح القوى الموجودة داخل المحرك الطاقة اللازمة لعمل الطائرة النفاثة من خلال قوة دفع قوية إلى الأمام.
تقوم المحركات النفاثة بتصنيع دخانها من الوقود من الخزان المتصل بالمحرك.
فوهة الدفع هي المكون الرئيس لجميع محركات الطائرة النفاثة، وتقوم فوهات الدفع بتحويل الطاقة الداخلية والضغط إلى طاقة حركية عالية السرعة، ولا يتغير الضغط الكلي ودرجة الحرارة خلال الفوهة ولكن تنخفض قيمتها الساكنة مع تسارع الغاز.
يكون دفع الفوهة أعلى إذا وصل الضغط الثابت للغاز إلى القيمة المحيطة عندما يترك الفوهة، ويحدث هذا فقط إذا كانت منطقة خروج الفوهة هي القيمة الصحيحة لنسبة ضغط الفوهة، وهي تتغير مع إعداد المحرك وسرعة الطيران، ونادرًا ما يكون هذا هو الحال أيضًا عند السرعات التي تزيد عن سرعة الصوت.
يتم قياس استهلاك الوقود في محركات الطائرة النفاثة من خلال استهلاك الوقود المحدد أو الدافع المحدد أو سرعة العادم الفعالة، فكلهم يقيسون نفس الشيء، ويتناسب الدافع المحدد وسرعة العادم الفعالة معًا بشكل واضح.
تستخدم المحركات التوربينية النفاثة التي تعمل دون سرعة الصوت كمية أقل من الوقود لتوليد قوة دفع لثانية واحدة مقارنة بشاحنة كونكورد رولز، ومع ذلك فإن الطاقة الفعلية التي يولدها المحرك لنفس كمية الوقود كانت أعلى بالنسبة للكونكورد وبالتالي كانت محركات كونكورد أكثر كفاءة من حيث الطاقة لكل ميل.
أنواع محركات الطائرة النفاثة
مع التطور الهائل في صناعة الطائرات كانت هناك طفرة هائلة في صناعة المحركات وتعددت التقنيات المتضمنة بها باختلاف أنواعها، ويمكن توضيح أنواع محركات الطائرة النفاثة فيما يأتي:[٤]
المحرك التربوجيت: يتم في هذا المحرك ضغط الهواء الداخل من فتحة في مقدمة المحرك من 3 إلى 12 ضعف ضغطه الأصلي في الضاغط، ويضاف الوقود إلى الهواء ويتم حرقه في غرفة الاحتراق لرفع درجة حرارة خليط السائل إلى حوالي 1100 فهرنهايت إلى 1300 فهرنهايت، وإذا كانت التوربينات والضاغط فعالين فسيكون الضغط عند تفريغ التوربينات بالقرب من الضغط الجوي مرتين، ويتم إرسال هذا الضغط الزائد إلى الفوهة لإنتاج تيار عالي السرعة من الغاز لينتج قوة دفع.
محرك التربوبروب: في هذا النوع من المحركات يتم امتصاص دخان المحرك في الهواء وضغطه، وتتدفق الغازات عبر التوربينات، ثم ترتد هذه الغازات وتطلق النار من الجزء الخلفي من العادم، مما يدفع الطائرة النفاثة إلى الأمام.
محرك توربوفان: يحتوي هذا المحرك التوربيني على مروحة كبيرة في المقدمة تمتص الهواء، ومعظم تدفق الهواء حول الجزء الخارجي للمحرك يجعله أكثر هدوءًا ويمنحه قوة دفع لها أكبر سرعة، ويتم تشغيل معظم طائرات اليوم بالاعتماد على هذا المحرك.
محرك رامجيت: إنه بشكل أساسي محرك نفاث تعتمد فيه نسبة الضغط الخاصة به على السرعة الأمامية، ولا تطور محركات رامجيت أي قوة دفع ثابتة وبشكل عام تكون سرعتها أقل من سرعة الصوت، وقد تم استخدام هذا المحرك في المقام الأول في أنظمة الصواريخ الموجهة، ومركبات الفضاء تستخدم هذا النوع من الطائرات.
الاختلافات بين الطائرة النفاثة والطائرة العادية
شهدت الطائرة النفاثة تقدمًا كبيرًا في مجالات استخدامها في العصر الحديث، فهي تُستخدم لأغراض متعددة، وقد حلت الطائرة النفاثة إلى حد كبير محل الطائرات التقليدية التي تعمل بواسطة مراوح، ويمكن توضيح أهم الاختلافات بين الطائرة النفاثة والعادية فيما يأتي:[٥]
على الرغم من أن الطائرة العادية لا تزال تُستخدم حتى الآن، إلا إن الطائرة النفاثة تهيمن على السفر الجوي التجاري والخاص بسبب سرعتها الأكبر وقدرتها على الطيران على ارتفاعات أعلى.
الفرق الرئيس بين الطائرة العادية والطائرة النفاثة هو أن الطائرة النفاثة تنتج قوة دفع من خلال تصريف الغاز بدلاً من تشغيل عمود محرك مرتبط بمروحة، وهذا يسمح للطائرة النفاثة بالطيران على ارتفاعات عالية.
يمكن للطائرة النفاثة استخدام قدرتها الهائلة في دفع الطائرات المروحية الأكبر حجمًا، بما في ذلك فئة الطائرات الضخمة.