نوشته ها

موتور هواپیما های برتری که تغییرات بزرگی ایجاد کرده‌اند هر یک از این موتورها نمایانگر تغییر بزرگی روی سنت‌های مرسوم بودند و هر کدام تأثیر بزرگی بر دنیای پروازهای شخصی داشتند.

چه بخواهیم و چه نخواهیم، موفقیت‌های هوانوردی، از جمله در پروازهای سبک و شخصی، به فناوری‌هایی که نیروی محرکه را برای دستاوردهای ضد جاذبه ما فراهم می‌کنند، وابسته است. این موضوع چیز جدیدی نیست.

پیدا کردن نیروی پیشرانه مناسب شاید بزرگترین مانع برادران رایت پیش از ماجراجویی Kitty Hawk و حتی مدت‌ها پس از آن بود. تنها متخصصی که آنها در اختیار داشتند، کسی نبود جز Charlie Taylor ، پیشگام موتورهای احتراق داخلی.

۸ موتور هواپیمای برتر که تغییرات بزرگی ایجاد کرده‌اند

اولین موتور هواپیمای Taylor، که به سفارش Wright Flyer ساخته شد، 160 پوند وزن داشت و 12 اسب بخار قدرت تولید می‌کرد، که در آن زمان به نسبت قدرتش ، وزن بسیار بالایی داشت.

در حالی که آن زمان انقلابی به نظر می‌رسید، موتورهای دهه‌های بعدی به طور غیرقابل تصوری توانمندتر شدند زیرا فناوری‌های جدید پیشرفت‌های بزرگی را نسبت به قدیمی‌ها داشتند و به بهبود عملکرد و طراحی هواپیماها کمک کردند تا به ارتفاعات جدیدی برسند.

در اینجا هفت موتور و یک موتور دیگر که بازی را تغییر دادند معرفی می‌شوند.

موتور چرخشی Gnome/Le Rhône

حتی در اوایل دهه 1910، مدت‌ها بود که مشخص شده بود وزن دشمن پرواز است. از طرف دیگر، قدرت بهترین دوست هواپیما بود. بنابراین، تلاش برای ساخت موتوری که هم سبک‌تر و هم قدرتمندتر باشد، هدف اصلی طراحان در سراسر جهان بود که به دنبال ساخت موتوری برای هواپیماهای جدید و واقعاً عملی بودند.

بخار یکی از گزینه‌های اولیه بود، اما تا آغاز قرن بیستم، برای اکثر افراد مشخص شده بود که طراحی موتورهای احتراق داخلی گازسوز بهترین راه برای دستیابی به موتورهای پرقدرت و قابل اطمینان‌تر است. با این حال، شکل این موتورها به هیچ وجه ثابت نبود.

راه‌های متعددی به سادگی برای رسیدن به این هدف نهایی وجود داشت و شکل موتورهای اولیه نشان دهنده روحیه خلاقانه‌ای بود که هوانوردی را تعریف کرد و به آن کمک کرد تا به مسیر کارآمدتری برسد.

تعداد بسیار کمی بن‌بست ، حداقل برای فناوری‌های موتوری که به هر شکلی در صنعت در حال رشد جایگاهی پیدا کرده‌اند، وجود دارد. اما یکی از این تلاش‌های بی‌نتیجه، موتور چرخشی بود که نباید با موتور شعاعی اشتباه گرفته شود، طراحی‌ای که عمر طولانی‌تری نسبت به موتور چرخشی داشت.

موتور چرخشی موتوری است که در آن سیلندرها، مانند موتور شعاعی، در اطراف یک محور پروانه مرکزی قرار گرفته‌اند. چیدمان شعاعی هر دو طراحی برای خنک‌سازی هوایی عالی است، اما مفهوم اساسی پشت این دو نوع اساساً متفاوت است.

در یک موتور شعاعی، سیلندرها ثابت هستند و از طریق یک سیستم کام چرخ‌دنده‌ای، میل لنگ/پروانه چرخان را می‌رانند. در یک موتور چرخشی، که در دوره جنگ جهانی اول غالب بود، سیلندرها همراه با میل لنگ/پروانه می‌چرخند.

به گوش انسان مدرن، این کاملاً دیوانه‌کننده به نظر می‌رسد، اما در آن زمان بهتر از هر طراحی دیگری کار می‌کرد و با صرفه‌جویی در وزن در طراحی سیلندر و محفظه‌هایی که در آن زمان برای طراحی سیلندرهای ثابت قابل دسترسی نبود، قدرت بیشتری در وزن‌های کمتر تولید می‌کرد.

طراحی‌های چرخشی Gnome/Le Rhône به طور جداگانه توسعه یافتند و بسیاری از آنها تحت لیسانس ساخته شدند. این شرکت‌ها درست قبل از شروع جنگ جهانی اول ادغام شدند و موتورهای تحت لیسانس در سراسر جهان تولید شدند.

در طول جنگ، این موتورها که در رایج‌ترین نسخه خود 110 اسب بخار قدرت داشتند، برای چندین سال بهترین موتورهای هواپیمای موجود بودند. به دلیل اینکه این موتورها توسط کشورهایی در هر دو جناح متحدین، از جمله ایالات متحده، و کشورهای قدرت مرکزی، از جمله آلمان، تحت لیسانس تولید شدند، به تجهیزات استاندارد هواپیماهای هر دو جناح تبدیل شدند.

بیش از 100,000 از این موتورها توسط لیسانسی‌های مختلف در چندین کشور تولید شد و بیشتر هواپیماهای جنگ جهانی اول با یکی از این موتورها قدرت می‌گرفتند.

اما چندین عیب آشکار برای این نوع وجود دارد، از جمله نیاز به مخلوط کردن روغن روان‌کننده (روغن کرچک) با سوخت، که یک سیستم بدون حفاظت بود و همچنین کثیف و زمان‌بر بود.

یکی از تصورات نادرست درباره موتورهای چرخشی این است که آنها یا کاملاً موفق هستند یا کاملاً شکست خورده، و برای این باور دلایل خوبی وجود دارد. اما در عملیات عادی، توان خروجی می‌توانست با تنظیم میزان سوخت کنترل شود، که نیاز به تنظیم حساسیت داشت و در مواقعی که تغییرات توان مداوم مورد نیاز بود، عملی نبود.

بنابراین، خلبانان یاد گرفتند که از کلید قطع احتراق (که به آن بلیپ هم می‌گویند) برای خاموش کردن احتراق موتور استفاده کنند و هنگامی که نیاز به قدرت داشتند، آن را دوباره روشن کنند.

این دلیل صدای عجیب “وروم، وروم” موتور چرخشی هنگام فرود این هواپیماها است. همچنین مشکل پیش‌پزشکی ژیروسکوپی مرتبط با داشتن یک جرم سنگین چرخان در بینی هواپیما وجود داشت که  به ویژه در موتورهای سنگین‌تر که در سطوح توان بالاتر عمل می‌کردند، مشکلات هندلینگ ایجاد می‌کرد.

موتورهای چرخشی نیز در رشد پتانسیل محدود بودند، زیرا تعداد سیلندرها به فضای موجود در مرکز شکل ستاره‌ای محدود می‌شد و برخلاف موتورهای شعاعی، موتورهای چرخشی چند ردیفه، اگرچه تلاش‌هایی برای آنها شده بود، ولی اجرا و در مقیاس وسیع دشوار بودند.

تا پایان جنگ جهانی اول، موتورهای چرخشی در حال از دست دادن طراحی خود بودند.

لیبرتی L-12

لیبرتی L-12، که در اواخر جنگ جهانی اول به عنوان یک بازیگر واقعی ظاهر شد، محصولی است که نشانه‌ای از تقسیم موتورهای کم قدرت از موتورهایی که بزرگتر و قوی‌تر خواهند شد، است. L-12 در واقع خانواده‌ای از موتورها است که با مدل‌های شش و هشت سیلندر نیز تولید شده است.

اما این L-12، یک موتور V-12 آب خنک بود که چشمان مردم را به پتانسیل موتورهای پیستونی گازی باز کرد. با موتوری که قادر به تولید 400 اسب بخار قدرت بود، تقریباً چهار برابر موتورهای چرخشی محبوب آن زمان، برای طراحان مشخص شد که آینده قدرت هوانوردی و در نتیجه خود هوانوردی، بی‌پایان است.

رایت ویروایند

در هوانوردی سبک قبل از عصر موتورهای هواپیمایی متقابل هواخنک، موتور شعاعی نوع غالب موتور بود. بخشی از این امر به دلیل تصمیم قاطع برنامه‌ریزان نظامی ایالات متحده برای انتخاب این نوع موتور بود و این انتخاب به خوبی جواب داد، زیرا تعدادی از موتورهای شعاعی، از موتورهای نسبتاً جمع‌وجور تا موتورهای فوق‌العاده قدرتمند، در هواپیماهای مختلف از هواپیماهای آموزشی و شخصی تا بزرگترین بمب‌افکن‌ها نصب شدند.

اگر می‌خواهید تفاوت پتانسیل انواع موتور را درک کنید، فقط کافی است یک هواپیمای بیچ استاگر وینگ 1945 با موتور شعاعی را در کنار یک بیچ بونانزا 1945 با موتور چهار سیلندر مقابل قرار دهید.

موتور شعاعی که موجی از توسعه این نوع موتور که همچنان مورد علاقه است اما اکنون عمدتاً منسوخ شده را آغاز کرد، رایت ویروایند بود که توسعه آن به اوایل دهه 1920 برمی‌گردد، زمانی که نیروی دریایی رایت را وادار به توسعه این نوع موتور کرد.

این موتور به عنوان یک شعاعی نه سیلندر شروع شد، اما شرکت به زودی شروع به ساخت مدل‌های کم قدرت‌تر و کم وزن‌تر پنج و هفت سیلندر نیز برای هواپیماهای سبک‌تر کرد.

مزیت موتور شعاعی این بود که هوا خنک بود و با قرار گرفتن سیلندرها در فضای باز، به طور طبیعی مقدار زیادی هوا دریافت می‌کردند که این موضوع یک حالت خطرناک از خرابی یعنی از دست دادن خنک‌کننده مایع را حذف می‌کرد، در حالی که خنک‌کننده هوا چنین عامل خطری نداشت؛ تا زمانی که پرواز می‌کردید، جریان هوا وجود داشت.

معایبی نیز وجود داشت. موتورهای شعاعی ابعاد بزرگی دارند، بنابراین ذاتاً بیشتر از موتورهای خطی یا V-شکل در برابر هوا مقاومت ایجاد می‌کنند و با بزرگتر و قدرتمندتر شدن، مجبور به استفاده در کاربردهای بزرگتر نیز بودند.

موتورهای شعاعی تولید شده توسط پرت اند ویتنی (Wasp Junior)، کانتیننتال، جیکوبز و خود رایت، با سری Cyclone، همگی در بین جنگ‌ها و به میزان کمتر پس از آن، برای هواپیماها به طور انبوه تولید شدند و در برخی از زیباترین و ارزشمندترین هواپیماهای سبک که تاکنون ساخته شده‌اند ، قبل از اینکه جای خود را به موتورهای مقابل و دنیای جدیدتر و مدرن‌تر پروازهای شخصی سبک بدهند، نصب شدند.

موتور کانتیننتال A40 پایپر کاب

یک موتور کانتیننتال 40 اسب بخاری اولیه، A40 در کاب‌های اولیه استفاده می‌شد و مدل‌های جدید محبوبی را به وجود آورد، از جمله O-200 که یکی از پر تولیدترین موتورها در تاریخ است.

نیاز فزاینده به سرعت و بار بیشتر، استفاده از موتورهای شعاعی بزرگ یا کمتر به طرح‌های خطی یا V-شکل در کاربردهای تجاری و نظامی را ضروری می‌کرد. اما برای هواپیماهای سبک، این طرح‌ها خوب عمل نمی‌کردند زیرا نسبتاً سنگین، پیچیده و برای تولید گران‌قیمت بودند.

موتورهایی که مورد توجه قرار گرفتند، سری مدل‌های چهار سیلندر متقابل، هواخنک بودند که توسط موتورهای کانتیننتال و بر اساس کاب پایپر (نئ Taylor) ساخته شدند. موتور 40 اسب بخاری با جرقه مغناطیسی حدود 155 پوند وزن داشت و شکل فشرده آن را به موتور کوچک مناسبی برای قدرت‌دهی به طراحی انقلابی که چند سال بعد با نام پایپر J-3 کاب شناخته می‌شد، تبدیل کرد.

از همان ابتدا مشخص بود که 40 اسب بخار قابل قبول است اما ایده‌آل نیست، بنابراین A40 به نسخه‌های قدرتمندتر و تنها کمی سنگین‌تری تبدیل شد که بالاترین بیان آن مدل‌های 90-100 اسب بخاری C-90 و A-200 بودند که 50-60 اسب بخار اضافی برای تنها 15-25 پوند وزن خشک اضافی تولید می‌کردند.

موتوری بسیار مشابه، Lycoming O-145، کمی بعد ظاهر شد و آن نیز مانند رقبای کانتیننتال خود، به خوبی برای هواپیماهای سبک آن دوران مناسب بود، از جمله پایپر کاب که Lycoming نیز در آن نصب شده بود. پیدا کردن جزئیات دقیق درباره تعداد این موتورها که در دوران اوج خود تولید شدند سخت است، اما اعداد احتمالاً بسیار بیشتر از 100,000 بوده‌اند، شاید برای هر کدام.

این دو شرکت با هم بازار موتورهای هواپیماهای سبک را برای دهه‌ها تسخیر کردند و هنوز هم بیشتر موتورها را برای هواپیماهای سبک جدید تولید می‌کنند، همه این موتورها بر اساس این طراحی‌های اولیه ساخته شده‌اند.

موتورهای سری Lycoming 540 / Continental 520 / 550

ممکن است عجیب به نظر برسد که مدل‌های موتور شش سیلندر کانتیننتال و لایکومینگ را از مدل‌های چهار سیلندر هوا خنک مقابل که بر اساس آنها ساخته شده‌اند جدا کنیم، اما تأثیر آنها بر هوانوردی سبک بسیار زیاد بوده است.

موتورهای برجسته این دو شرکت، سری 550 برای فناوری‌های هوافضای کانتیننتال و سری 540 برای لایکومینگ، به توسعه‌دهندگان هواپیماهای تک‌موتوره و دوقلوی با عملکرد بالا یک موتور مطمئن برای ارائه قدرت قابل اعتماد برای برخی از برجسته‌ترین هواپیماهای عصر مدرن، از جمله بیچ بونانزا، سسنا 210 سنتوریون و سیرس SR22 داده‌اند.

در حالی که دانش سنتی بر این باور است که این موتورها با گذشت زمان ثابت مانده‌اند، اما این واقعاً درست نیست. فناوری پشت این موتورها، از جمله توربوشارژ و فرآیندهای تولید بسیار بهبود یافته، آنها را در طول سال‌ها قابل اعتمادتر و قدرتمندتر کرده است.

Rotax 912

یکی از انقلابی‌ترین موتورها در تاریخ هواپیماهای سبک، Rotax 912 در صدها مدل مختلف هواپیماهای ورزشی و تأیید شده به کار رفته است. یک موتور چهار سیلندر با خنک‌کنندگی هیبریدی (هوا و مایع)، اولین مدل 912 که در سال 1989 معرفی شد، 80 اسب بخار قدرت روان و کارآمد ارائه داد که به پرتاب هوانوردی ورزشی به سطحی جدید کمک کرد.

پیشتر، موتورهای دو زمانه، که بسیاری از آنها توسط Rotax تولید شده بودند، بر این بخش حاکم بودند. تخمین زده می‌شود که این شرکت حدود 75,000 موتور هواپیما تولید کرده است که بسیاری از آنها از موتورهای محبوب برای اسنوموبیل‌ها مشتق شده‌اند.

مدل 912 در همان سال 1989 که یک طراحی دو زمانه پیشرفته جدید، مدل 582، نیز معرفی شد، به بازار عرضه شد که همچنان در حال تولید است. این موتور قله خط تولید موتورهای دو زمانه Rotax است که برای هواپیماهای فوق سبک و ورزشی بسیار سبک طراحی شده‌اند. این موتور به عنوان تجهیزات استاندارد در بیش از 225 هواپیمای فوق سبک و بسیار سبک مختلف استفاده شده است.

با تولید 65 اسب بخار قدرت، این موتور برای هواپیماهای فوق سبک دو نفره مناسب است (که بیشتر آنها عملاً هواپیماهای آزمایشی کوچک هستند و به طور فنی “فوق سبک” نیستند).

برای کسانی که نمی‌خواهند روغن و سوخت را مخلوط کنند، مدل 582 دارای تزریق روغن اختیاری است. موتور مایع‌خنک دارای یک دنده کاهش داخلی است زیرا محدوده دور موتور عادی آن برای کارایی پروانه بسیار بالا است – حداکثر قدرت در 6,500 دور در دقیقه ارائه می‌شود.

معرفی مدل 582 به توسعه‌دهندگان هواپیماهای بسیار سبک یک جایگزین قابل‌اعتمادتر و قدرتمندتر نسبت به موتورهای کوچک موجود ارائه داد و با این کار، به راه‌اندازی بخش و مقررات هواپیماهای ورزشی سبک کمک کرد.

اما این مدل 912 بود که به تحقق وعده‌های هوانوردی ورزشی کمک کرد. از سال 1989، این شرکت مدل‌های پیگیری متعددی توسعه داده است، از جمله مدل‌های قدرتمندتر با احتراق طبیعی و توربوشارژ که امروزه با مدل 915 iS به حدود 150 اسب بخار می‌رسند.

مدل 912 حدود 33 درصد کارآمدتر از موتورهای پیستونی گازی معمولی است و می‌تواند با سوخت خودرو، همچنین 100LL کار کند.

Thielert Centurion 1.7

آخرین به‌روزرسانی در هواپیماهای عمومی سبک که تأثیر زیادی داشته است، موتور Thielert Centurion 1.7 بود که در اوایل دهه 2000 توسط شرکت Diamond در هواپیمای DA42 (که آن زمان Twin Star نامیده می‌شد) معرفی شد. این موتور یک تبدیل گسترده از موتور خودروی مرسدس است. این اولین موتور دیزلی هواپیمایی موفق بود، اگرچه در این مورد، “موفقیت” کلمه‌ای است که باید با شروط زیادی استفاده شود.

این موتور چهار سیلندر، 135 اسب بخاری، توربوشارژ و با سوخت جت-A مزایای متعددی دارد، اما جذاب‌ترین آن کارایی بسیار بالای سوخت آن است که در بسیاری از کاربردها تا 40 درصد کارآمدتر از موتورهای پیستونی بنزینی با توان مشابه است.

همچنین، همانطور که خواندید، از سوخت جت-A استفاده می‌کند که به‌طور گسترده در سراسر جهان در دسترس است و در بسیاری از مناطق بسیار ارزان‌تر از بنزین هواپیما است، به‌علاوه جت-A به طور طبیعی بدون سرب است. و به دلیل توربوشارژ بودن، موتور توان خود را در ارتفاعات بسیار بالاتر از رقبای پیستونی بنزینی حفظ می‌کند.

اما معرفی این موتور ، با زمان کم قبل از نیاز به تعمیرات اساسی برای قطعات حیاتی، قابلیت اطمینان ضعیف و پشتیبانی ناکافی از سوی سازنده بدنه هواپیما، حداقل در ابتدا، یک فاجعه بود. خود  Thielert  اعلام ورشکستگی کرد و Diamond اقدام فوق‌العاده‌ای انجام داد و شرکت تولید موتور خود، Austro Engines  را تأسیس کرد.

موتورهای  Thielert، که اکنون بهبود یافته‌اند، توسط Continental Aerospace Technologies  در ایالات متحده تولید می‌شوند، اگرچه حداقل هنوز نرخ پذیرش قوی ای در بازار بازسازی نداشته‌اند،  اما با توجه به وعده‌های موتور دیزلی هواپیمایی و مزایای اثبات شده آن نسبت به موتورهای پیستونی گازی، بسیاری هنوز باور دارند که روز آن فرا خواهد رسید.

موتورهای الکتریکی

حداقل تا حدی، درست نیست که دستگاه‌های محرکه الکتریکی را “موتور” بنامیم. آنها در واقع ” محرک ” هستند زیرا، برخلاف موتورها، انرژی تولید نمی‌کنند که آن را به حرکت تبدیل کنند.

از سوی دیگر، این اصطلاحات تقریباً قابل تعویض شده‌اند، تا حدی که راهنمای MIT در این موضوع این است که این دو اصطلاح، برای همه اهداف و مقاصد، این روزها قابل تعویض هستند.

در این مقطع به نظر می‌رسد که آینده پرواز با نیروی الکتریکی پیش برود، بنابراین منطقی خواهد بود که موتورهای الکتریکی به موضوع مطالعه و جذابیت جدیدی برای خلبانان تبدیل شوند، به همان صورتی که مرلین‌ها و دابل واسپ‌ها تا کنون بوده‌اند.

اما احتمالاً این اتفاق نخواهد افتاد. موتورهای الکتریکی برق ذخیره شده در جای دیگری را می‌گیرند و آن را به پروانه چرخان تبدیل می‌کنند. آنها در مقایسه با حتی ساده‌ترین موتور پیستونی گازی، بسیار ساده‌تر هستند. شاید شخصیت‌های جدید هوانوردی باتری‌های فناوری جدید و فوق‌العاده باشند؟ بله، احتمالاً این هم اتفاق نخواهد افتاد، اگرچه این بدان معنا نیست که ما از داشتن آنها در زندگی‌مان خوشحال نخواهیم بود.

منبع