الهندسة الميكانيكية

الطائرة النفاثة

اندهش العالم عند رؤية اول طائرة نفاثة تحلق في السماء بسبب السرعة الكبيرة والمسافات العالية التي يمكن ان تصل لها وظهرت الطائرات النفاثة في القرن العشرين وتسمى الطائرة طائرة نفاثة عند استخدامها المحرك النفاث والذي يعني باللغة الانجليزية Jet Engine ويختلف هذا المحرك عن محركات الطائرات القديمة التي كانت تستخدم محركات عادي مثل محركات السيارات تعمل احتراق داخلي باستخدام اسطوانات. الطائرات النفاثة مختلفة فهي تستخدم محركات ذات احتراق خارجي مزودة في توربينات وشفرات للتحكم في ضغط وسرعة الهواء تحقيقا للقانون الثالث في الحركة للعالم نيوتن, في هذه المقالة سوف نتحدث عن الطائرة النفاثة وانواع المحركات النفاثة التي استطاعات اختراق حاجز الصوت (1 ماخ) , الصورة التالية توضح شكل المحرك النفاث:

محرك طائرة نفاثة

يعمل محرك الطائرة النفاثة باستخدام المحرك التوربيني الذي له شكل ديناميكي من الامام والخلف بحيث يسمح بدخول الهواء من الامام واخراجه بتدفق من الخلف بسرعة ليقل الضغط بتطبيق قانون بيرنولي والذي ينص على “أن ضغط المائع (السوئل او الغازات) يقل عندما تزيد السرعة” وقانون نيوتن الثالث للحركة والذي ينص على “لكل قوة فعل قوة رد فعل، مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه” ويعتبر قانون بيرنولي وقانون نيوتن الثالث للحركة القوانين الاساسية في علم هندسة الطيران والذي يعتبر قسم من اقسام الهندسة الميكانيكية , ففي المحرك النفاث او المحركات التوربينية يتم تصميم حجرة الاحتراق (Combustion Chamber) بشكل خارجي والصورة التالية توضح ابرز مكونات المحرك النفاث:

مكونات المحرك النفاث

وبخلاف محركات السيارات لا توجد حجرة الاحتراق في الداخل وبهذه الطريقة يستطيع المحرك دفع الطائرة وتسمى هذه القوة قوة الدفع Thrust Force والتي تدفع الطائرة وتستطيع الطيران والجزء الخلفي من المحرك يسمى باللغة العربية المنفث Nozzle والذي يكون شكله مخروطي ويعمل على زيادة سرعة تدفق الغازات, وتختلف المحركات النفاثة في الاحجام والتعقيد الداخلي في التصميم وذلك تبعًا لحمولة الطائرة وسرعتها وارتفاعها اضافة الى تصميم الاجنحة والذيل فبعض هذه الطائرات صممت لنقل حمولة 8 اشخاص وبعض الطائرات مجهزة لنقل مئات الاطنان وتستخدم هذه الطائرات وقود خاص ويمكن ان تزيد سرعات الطائرات النفاثة عن 900 كم / الساعة.

انواع محركات الطائرة النفاثة

هناك عدة أنواع رئيسية من محركات الطائرات النفاثة ولكل منها استخدام اضافة الى ايجابياتها وسلبياتها وهي كالتالي:

1 – محرك Turboprop Engine, هذا المحرك عبارة عن محرك توربيني عادي ولكن يكون مزود بمروحة بعدة شفرات توضح امام المحرك ليسمح بتدفق الهواء على الجناح وجسم الطائرة وابرز ما يميز هذه المحركات هو الاستهلاك الجيد للوقود ولا تحتاج الى دوران عالي ولكنها ليست مؤهلة لنقل الحمولة الكبيرة جدا وعدد الشفرات في المروحة له دورًا في استقرار الطائرة خصوصا في الارتفاعات العالية ويمكن تحريك هذه الشفرات بزوايا معينة.

2 – محرك Turbojet Engine, يقوم هذا النوع من المحركات على سحب الهواء البارد من اما المحرك لضغطه وتسخينه فيدفع الغازات الساخنة الى الخلف ليدفع الطائرة الى الامام. ليس هذا فقط يوجد انواع اخرى من المحركات النفاثة التي ما زالت تطوير لتواكب تكنولوجيا النقل والسفر ومعايير الأمان اضافة الى الوصول الى سرعات كبيرة خصوصا عندما يتعلق الأمر في الرحلات الفاضية.

سلبيات محركات الطائرة النفاثة

بالرغم من الفوائد والمميزات التي ذكرناها حول المحركات النفاثة يوجد عدة سلبيات وهي على النحو التالي:

  • الضجيج وهي من المشاكل التي توجد في معظم الطائرات النفاثة بسبب تدفق الغازات وصوت الاحتراق فيعاني السكان القريبين من المطارات من هذه المشكلة.
  • التلوث البيئي, ينتج من المحركات النفاثة احتراق كمية كبيرة من الوقود الذي ينتج عنه انبعاثات غازية سامة لحياة الانسان.
  • ارتفاع تكاليف المحركات النفاثة وتكاليف الصيانة والتعقيد في المكونات الداخلية والعمر الافتراضي للقطع قليل.
  • تستهلك الكثير من الوقود عند بداية الاقلاع.