کاربرد استیل در موتور اسکرم جت

کاربرد استیل در موتور اسکرم جت

• بازدید:1452
• کامنت:0
• چهار شنبه, 15 تیر 1401

مقدمه

موتورهای اسکرم جت نوعی موتور جت از جنس ورق استیل ضد سایش هستند که برای تولید نیروی رانش به احتراق سوخت و اکسید کننده متکی هستند. مشابه موتورهای جت معمولی، هواپیماهای اسکرم جت، سوخت را در هواپیما حمل می کنند و اکسید کننده را با بلعیدن اکسیژن اتمسفر بدست می آورند، لذا در مقایسه با موشک هایی که هم سوخت و هم یک عامل اکسید کننده را حمل می کنند، تفاوت مکانیزم قابل ملاحظه ای را دارند. این امر نیاز اسکرم جت ها را به نیروی محرکه جوی زیر مداری محدود می کند، جایی که محتوای اکسیژن هوا برای حفظ احتراق کافی است. بیشترین ماده مورد استفاده در اسکرم جت، ورق استیل 321 است، لذا قیمت ورق استیل 321 در ارزش نهایی موتور اسکرم جت تاثیر مستقیم دارد و در ساخت سه جزء اصلی آن استفاده می گردد: 
-    ورودی همگرا که در آن هوای ورودی فشرده می شود. 
-    محفظه احتراق که در آن سوخت گازی با اکسیژن اتمسفر برای تولید گرما سوزانده می شود. 
-    نازل واگرا که در آن هوای گرم شده برای تولید نیروی رانش شتاب می گیرد. 

عملکرد موتور اسکرم جت

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 هواپیمای در حال حرکت در جو باعث می شود هوا در ورودی فشرده شود. به این ترتیب، هیچ قطعه متحرکی در یک اسکرم جت مورد نیاز نیست ولی به دلیل حرکت هوا با سرعت بالا اهمیت ساخت قطعات با ورق استیل ضدسایش نظیر ورق استیل 321 امری ضروری است. 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. به همین دلیل قیمت ورق استیل 321 در هزینه تعمیر و نگهداری نیز تاثیر دارد.
با توجه به ماهیت طراحی آنها، عملیات اسکرم جت به سرعت های نزدیک به مافوق صوت محدود می شود. از آنجایی که اسکرم جت ها فاقد کمپرسورهای مکانیکی هستند، به انرژی جنبشی بالای جریان مافوق صوت برای فشرده کردن هوای ورودی در شرایط عملیاتی نیاز دارند. بنابراین، یک وسیله نقلیه با موتور اسکرم 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. 

تاریخچه

"بل" در سال 1947 به پرواز مافوق صوت دست یافت و در اوایل دهه 1960، پیشرفت سریع به سمت هواپیماهای سریعتر نشان داد که هواپیماهای عملیاتی در عرض چند سال با سرعت های مافوق صوت پرواز خواهند کرد. به جز وسایل نقلیه تحقیقاتی موشکی تخصصی مانند X-15 آمریکای شمالی و سایر فضاپیماهای با موتور موشک، حداکثر سرعت هواپیماها معمولاً در محدوده 1 تا 3 ماخ در حد خود باقی مانده است. در طول برنامه هواپیماهای فضایی ایالات متحده، بین دهه 1950 و 1960، الکساندر کارتولی و آنتونیو فری از طرفداران رویکرد اسکرم جت بودند. در دهه‌های 1950 و 1960، انواع موتورهای آزمایشی اسکرم‌جت ساخته شد و در ایالات متحده و بریتانیا آزمایش شد. آنتونیو فری در نوامبر 1964 یک اسکرم جت را با موفقیت به نمایش گذاشت که در نهایت 517 پوند نیرو (3/2 کیلو نیوتن)، حدود 80 درصد از هدف او را تولید کرد. در سال 1958، یک مقاله تحلیلی در مورد محاسن و معایب اسکرم جت های احتراقی مافوق صوت بحث کرد. در سال 1964، فردریک اس. بیلیگ و گوردون ال. داگر یک درخواست ثبت اختراع برای یک اسکرم جت احتراق مافوق صوت بر اساس پایان نامه دکتری بیلیگ ارائه کردند. این حق اختراع در سال 1981 به دنبال حذف دستور محرمانه صادر شد. در سال 1981، آزمایشاتی در استرالیا تحت هدایت پروفسور ری استالکر در مرکز آزمایش زمینی T3 در ANU انجام شد. اولین آزمایش موفقیت آمیز پرواز یک اسکرم جت به عنوان تلاش مشترک با ناسا بر فراز اتحاد جماهیر شوروی در سال 1991 انجام شد.

این یک اسکرم جت متقارن محوری با سوخت هیدروژنی دو حالته بود که توسط موسسه مرکزی موتورهای هوانوردی (CIAM) در مسکو توسعه یافت. دهه 1970، اما با یک آلیاژ FeCrAl روی موشک SM-6 تبدیل شده برای دستیابی به پارامترهای اولیه پرواز 8/6 ماخ، قبل از پرواز اسکرم جت با سرعت 5/5 ماخ، مدرن شد. پرواز اسکرم جت بر فراز موشک زمین به هوای SA-5 که شامل یک واحد پشتیبانی پرواز آزمایشی معروف به "آزمایشگاه پروازهای فراصوت" (HFL)، "خلود" بود، پرواز کرد. سپس، از سال 1992 تا 1998، 6 آزمایش پرواز اضافی متقارن محوری پرسرعت-نمایشگر اسکرم جت توسط CIAM همراه با فرانسه و سپس با ناسا انجام شد. حداکثر سرعت پرواز بیشتر از 4/6 ماخ به دست آمد و عملیات اسکرم جت در طول 77 ثانیه نشان داده شد. این سری‌های آزمایشی پرواز همچنین بینشی در مورد کنترل‌های پرواز مافوق صوت مستقل ارائه کردند. در دهه 2000، پیشرفت قابل توجهی در توسعه فناوری هایپرسونیک، به ویژه در زمینه موتورهای اسکرم جت انجام شد. پروژه HyShot احتراق اسکرم جت را در 30 ژوئیه 2002 نشان داد. 
 

سید رحیم کیاحسینی