طراحی موتور پالس جت

طراحی موتور پالس جت

• بازدید:1325
• کامنت:0
• جمعه, 05 فروردین 1401

مقدمه

موتور پالس جت (یا جت پالس) نوعی موتور جت است که در آن احتراق به صورت پالس در درون محفظه ای از جنس ورق استیل 321 رخ می دهد. یک موتور پالس جت می تواند با تعداد کم یا بدون قطعات متحرک ساخته شود و می تواند به صورت ایستا کار کند، یعنی نیازی به وارد کردن هوا به ورودی آن نیست. موتورهای پالس جت شکل سبک وزنی از پیشرانه جت هستند که از مواد با سطح آماده سازی غیر صیقلی نظیر ورق استیل مات ساخته می شوند، اما معمولاً نسبت تراکم ضعیفی دارند و از این رو، تکانه ویژه کمی دارند. قیمت ورق استیل 321 مورد استفاده نسبت به تکنولوژی استفاده شده در این موتورها از درجه اهمیت کمتری برخوردار است.
 دو نوع اصلی موتورهای پالس جت وجود دارد که هر دو از احتراق رزونانسی استفاده می کنند و محصولات احتراق در حال انبساط را در درون محفظه ساخته شده از ورق استیل 321 مهار می کنند تا یک جت اگزوز ضربانی را تشکیل دهند که به طور متناوب نیروی رانش تولید می کند. هرچند ورق استیل مات که دارای سطح پردازش خشنی است در هر دو نوع موتور استفاده می گردد، ولی در موتور نوع اول می توان مواد با قیمت کمتر را جایگزین نمود تا تاثیر قیمت ورق استیل 321 بر بهای تمام شده کاهش یابد. در ذیل به بررسی اجمالی این دو نوع موتور پرداخته شده است:
-    اولی به عنوان پالس جت سوپاپ دار یا سنتی شناخته می شود و دارای مجموعه ای از دریچه های یک طرفه است که هوای ورودی از آن عبور می کند. هنگامی که سوخت هوا مشتعل می شود، این سوپاپ ها به شدت بسته می شوند، به این معنی که گازهای داغ فقط می توانند از لوله اگزوز موتور خارج شوند و در نتیجه نیروی رانش به جلو ایجاد می شود.
-    نوع دوم به پالس جت بدون دریچه معروف است. از نظر فنی اصطلاح این موتور پالس جت نوع آکوستیک یا پالس جت با سوپاپ آیرودینامیکی است. یکی از تحقیقات قابل توجه در مورد موتورهای پالس جت شامل موتور انفجار پالس است که شامل انفجارهای مکرر در موتور می شود و به طور بالقوه می تواند تراکم بالا و بازده نسبتاً خوبی ایجاد کند.

طراحی موتور پالس جت

موتورهای پالس جت به عنوان موتورهایی ساده با هزینه ساخت پایین و سطح صدای بالا شناخته می شوند. در حالی که نسبت رانش به وزن آنها عالی است، مصرف سوخت ویژه رانش بسیار ضعیف است. پالس جت از چرخه لنوآر استفاده می کند، که بدون درایور فشار خارجی مانند پیستون چرخه اتو یا توربین تراکم سیکل برایتون، فشرده سازی را با رزونانس صوتی در یک لوله هدایت می کند و حداکثر نسبت فشار قبل از احتراق را به حدود 1 تا 2/1 محدود می کند. سطوح بالای نویز معمولاً آنها را برای کاربردهای غیر از نظامی و سایر کاربردهای مشابه عملی می سازد. با این حال، پالس جت‌ها در مقیاس بزرگ به عنوان سیستم‌های خشک‌کن صنعتی استفاده می‌شوند و مطالعه مجدد این موتورها برای کاربردهایی مانند گرمایش با خروجی بالا، تبدیل زیست توده و سیستم‌های انرژی جایگزین وجود دارد، زیرا پالس جت‌ها می‌توانند تقریباً روی هر چیزی که می‌سوزند نظیر سوخت های ذرات معلق مانند خاک اره یا پودر زغال سنگ و... کار کنند.
موتور پالس جت برای تامین انرژی هلیکوپترهای آزمایشی نیز استفاده شده است. این موتورها به انتهای پره های روتور هلیکوپتر متصل می شوند. در تأمین نیرو برای روتورهای هلیکوپتر، پالس جت ها نسبت به موتورهای توربینی یا پیستونی این مزیت را دارند که گشتاوری روی بدنه ایجاد نمی کنند، زیرا آنها نیرویی به شفت وارد نمی نمایند. 

تاریخچه نظامی موتورهای پالس جت

مخترع روسی و افسر بازنشسته توپخانه، نیکولای آفاناسیویچ تلشوف، یک موتور پالس جت بخار را در سال 1867 ثبت اختراع کرد، در حالی که مخترع سوئدی مارتین ویبرگ نیز ادعا می کند که اولین پالس جت را در سوئد اختراع کرده است، اما جزئیات آن نامشخص است. اولین پالس جت سوختی در سال 1906 توسط مهندس روسی کاراوودین ساخته شد و آنرا در سال 1907 تکمیل کرد. ژرژ مارکونه مخترع فرانسوی، موتور پالس جت بدون سوپاپ خود را در سال 1908 ثبت اختراع کرد و رامون کازانووا در ریپول اسپانیا در سال 1917 یک پالس جت را در بارسلونا به ثبت رساند. رابرت گدارد در سال 1931 موتور پالس جت را بر روی یک دوچرخه جت نشان داد. مهندس پل اشمیت پیشگام یک طراحی کارآمدتر بر اساس اصلاح دریچه های ورودی (یا فلپ ها) بود که باعث حمایت دولت از وزارت هوای آلمان در سال 1933 شد. در سال 1909، ژرژ مارکونه اولین احتراق ضربانی بدون سوپاپ را توسعه داد. این فرد پدر تمام پالس جت های بدون دریچه بود. پالس جت بدون سوپاپ توسط گروه تحقیقاتی پیشرانه فرانسوی SNECMA در اواخر دهه 1940 آزمایش شد. اولین مورد استفاده گسترده پالس جت بدون سوپاپ پهپاد هلندی Aviolanda AT-21 بود. در سال 1934، گئورگ هانس مادلونگ و پل اشمیت مستقر در مونیخ به وزارت هوانوردی آلمان پیشنهاد کردند که یک "بمب پرنده" با نیروی پالس جت اشمیت تامین شود.