عقاب‌های ایران با قلب جدید "اوج" می‌گیرند

متخصصان صنعت دفاعی کشورمان توانستند به توانمندی ساخت موتورهای توربوجت با اتکا به توان داخلی دست یابند.

کد خبر: ۱۲۵۸۲۵

تاریخ: ۳۱ مرداد ۱۳۹۵ - ۱۵:۵۳

به گزارش شهدای ایران به نقل از فارس، پیشرانه (موتور) هواپیما را باید قلب تپنده آن دانست که با تامین رانش و نیروی کافی جهت پرواز هواگرد، اجرای عملیات‌های گوناگون را امکان‌پذیر می‌سازد.

این سازه پیچیده و حساس از بخش‌های گوناگونی تشکیل شده است که تنها چند کشور خاص جهان همانند ایالات متحده، روسیه، انگلیس و فرانسه توانایی ساخت آن را دارند و در برخی کشورها همانند چین، ایتالیا، ژاپن و رژیم صهیونیستی نیز نخست با کپی از نمونه‌های خارجی و سپس تولید داخل، به توانایی‌هایی برای ساخت دست یافته‌اند.

در این میان اما جمهوری اسلامی ایران با توجه به ناوگان عظیم هوایی موجود در بخش‌های نظامی و غیرنظامی، نیازمند حرکتی رو به جلو برای ساخت بود تا بتواند نیازهای موجود را کم کم به صورت داخلی تامین کند و برای همین تلاش‌های مختلفی در این مسیر صورت پذیرفت که نخست با کپی برخی از قطعات تند مصرف و تولید نمونه‌های داخلی و سپس مهندسی معکوس از موتورهای موجود و هر یک از بخش‌های آنان بود که نهایتا منجر به تولد نخستین موتور توربوجت هواپایه کشور شد که امروز صبح به مناسبت روز صنعت دفاعی با نام «اوج»، با حضور رئیس جمهور رونمایی شد.

در ادامه، در خصوص اهمیت ساخت پیشرانه بومی کشورمان سخن خواهیم گفت.

* دروازه‌ای به سوی علوم هوایی

موتورهای هوایی را می‌توان به عنوان پیچیده‌ترین سازه های ساخت بشر طبقه بندی کرد که توانایی پرواز را به هواگردها بخشیده و آن را در طی فرایند عملیاتی خود توانمند می سازند.

در این میان اما موتورهای هواپیماهای نظامی به سبب اهمیت بالای عملکرد و همچنین اندازه کوچکتر که نیازمند اجرای دستورات در سخت ترین شرایط را داراست، از اهمیتی بیشتری برخوردار است و برخی از قطعات آن از حیث راهبردی در طبقه‌بندی های حساس قرار گرفته و کشورها از دستیابی دیگران به آن جلوگیری به عمل می آورند، ضمن آنکه این سازه ها با دیگر موتورهای موجود همانند پیشرانه‌های نیروگاه ها یا خودرو نیز بسیار متفاوت بوده و الزما ساخت آنان نمی تواند تضمین کننده دستیابی به دانش پیشرانه های هوایی باشد.

* موتور هواپیما چیست و چگونه عمل می‌کند؟

در توضیح ساده پیشرانه هواپیما سازه ایست متشکل از 4 بخش که هوای موجود را با مکش توسط بخش نخست و جلویی موتور با نام کمپرسور به داخل کشیده، سپس آن را طی فرایندی پیچیده فشرده می سازد، بعد از آن این هوای فشرده با ورود به محفظه احتراق با مقدار مشخصی از سوخت ترکیب و مشتعل می‌گردد و گازهای داغ ناشی از آن به بخش سوم با نام توربین می رود و آن را به گردش در می آورد که نیروی حاصل از گردش توربین توسط میله ای به نام شفت به کمپرسور منتقل شده که منجر به گردش آن و مکش هوا می‌شود.

نمای گرافیکی موتور جت/ بخش سرد موتور شامل ورودی هوا و کمپرسور و بخش گرم موتور شامل محفظه احتراق، توربین و اگزاست

نهایتا جریان هوای داغ خروجی از توربین از بخش انتهایی یا اگزاست خارج می شود که در هواپیماهای جنگنده، در این ناحیه سازه ای جهت پس سوز قرار دارد که گازهای داغ خروجی را بار دیگر مشتعل کرده و با انرژی بیشتری به خارج هدایت می سازد که نهایتا حاصل این کار طبق قانون سوم نیوتن که هر عملی را عکس العملی ایست برابر و خلاف جهان آن، منجر به حرکت هواگرد به سمت جلو می شود.

موتورهای هوایی به دو دسته «پیستونی» و «جت» تقسیم بندی می شوند که موتور جت نیز 4 زیر شاخه توربوجت، توربوفن، توربوپراپ و توربوشفت را دارد که همگی در 4 بخش اصلی موتور با یک دیگر مشترک ولی برای وظایف گوناگونی استفاده می شود.

در این بین توربوفن، همان موتور توربوجتی است که در بخش ابتدای آن یک فن قرار گرفته تا بخش اعظمی از هوای ورودی را از مجرای کناری موتور مستقیما عبور داده تا در انتها با هوای داغ ترکیب و عملکرد بهتری را موجب شود، ضمن آنکه سبب کاهش صدا نیز خواهد شد.

جنرال الکتریک J-79 جنگنده F-4 فانتوم

موتور توربوپراپ نیز نیروی حاصل از چرخش توربین را با یک شفت به ملخی متصل می کند تا آن را چرخانده که مورد استفاده هواپیماهای ملخی ایست و در توربوشفت نیز نیرو سبب چرخش ملخ بالگرد می‌شود.

با این توصیفات می توان دریافت که ساخت موتور توربوجت در حقیقت نخستین قدم از مسیر ساخت سازه های پیشرانه هوایی است که می تواند منجر به تولد موتورهای پیشرفته توربوفن نسل جدید که در انواع هواپیماهای مسافربری کاربرد داشته، شود.

* دانش راهبردی

همانطور که پیشتر ذکر شد، ساخت موتورهای هوایی دانش بالایی را می طلبد و نیازمند محاسبات دقیقی است.

این محاسبات به صورت نظری با بهره گیری از پیشرفته ترین رایانه های موجود در جهان و متخصصان به نام صورت گرفته و نتیجه آن به صورت عملی نخست بر روی سکوهای تست موتور و سپس بهره برداری بر روی هواگرد خود را نشان خواهد داد لذا تولد هر نمونه جدید از آن زمان زیادی را می طلبد چرا که کوچکترین اشتباه در حد صدم درصد نیز می توان منجر به آسیب های جبران ناپذیر همانند انهدام موتور و نتیجتا هواپیما شود.

موتور جنرال الکتریک J-85 جنگنده F-5 تایگر

در این زمینه قصد داریم تا بخش هایی از سازه پیشرانه را که ساخت آن از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است را به صورت ساده و خلاصه توضیح دهیم، چرا که باز کردن مقوله موتورهای جت به توضیحات فراوانی نیازمند است و هر یک از بخش های ذیل به زیرشاخه های فراوانی تقسیم می شود.

1- بخش کمپرسور (Compressor): در این بخش مهمترین قطعات، تیغه‌های کمپرسور می‌باشند که از سازه دقیق و آیرودینامیک برخوردارند تا بتوانند جریان هوای ورودی به موتور را به دقت فشرده کنند.

این تیغه ها تشکیل دهنده هر بخش یا اصطلاحا stage هستند باید با آلیاژهای دقیق و طراحی مناسب به نحوی باشند که بتوانند جریان هوا به صورت مرحله ای فشرده کرده و آن را به سمت بخش دوم که محفظه احتراق است بفرستند.

این تیغه ها در کشورمان به روش «برش در خلاء) ساخته شده اند و باید توجه داشت که تیغه ها با ماهیت تغییر پذیری و حرکت در جای خود می توانند در شرایط و دورهای متفاوت موتور، میزان مشخصی از هوا را وارد خود کنند و آن را فشرده سازی کنند و در نسل جدید هواپیماها کمپرسور موتور از دو یا سه بخش تشکیل شده است که بخش ابتدایی وظیفه فشرده سازی فشار کم و سپس فشرده سازی در فشار بالا را انجام می دهد.

موتور کلیموف RD-33 جنگنده MiG-29 فالکروم

لازم به ذکر است که کوچکترین اشتباه محسباتی در این بخش منجر به ورود حجم بیشتر یا کمتر هوا می شود که هریک می تواند سبب واماندگی و سقوط هواگرد شود.

دیگر بخش مهم این قسمت نیز مخروط جلویی موتور با نام (Inlet cone) است که برای هدایت مناسب هوا به داخل موتور کاربرد دارد و با توجه به مواجه بودن با جریان بالای هوا و آسیب های ناشی از برخورد قطعات خارجی باید مقاوم باشد.

2- محفظه احتراق (Combustion Chabmer): در این بخش مهمترین سازه، خود محفظه احتراق است که باید بتواند درجه حرارت بالایی را تحمل کند، شکل دقیق و طراحی هندسی آن سبب می شود که جریان هوا پس از ورود به محفظه احتراق تنها در یک نقطه جمع نشده و به نسبت برابر پخش گردد.

تست موتور F100 جنگنده F-15 ایگل در مراکز تعمیراتی بر روی سکوی تست موتور

از سوی دیگر طراحی دقیق نازل های سوخت (Fuel Nozzle) باید به گونه ای باشد که پس از پاشش سوخت به درون محفظه و سپس احتراق هوای فشرده شده ، از ریختن آن به یک نقطه و در نتیجه داغ شده و ذوب یک بخش جلوگیری کند، ضمن آنکه سطح داخلی محفظه احتراق نیز با بهره گیری از آلیاژهای با تحمل حرارت بالا و طراحی منحصر به فرد خود ، در برابر بیشترین بار حرارتی موتور مقاوم است.

3- توربین (Turbine): توربین هواپیما، سومین بخش از موتور محسوب می شود که با گازهای داغ که با سوخت مشتعل شده اند سر و کار دارد.

این بخش نیز همانند کمپرسور از بخش ها (stage) ها مختلف و البته کمتری تشکیل شده است که با تیغه های خود جریان هوای داغ را فشرده می کنند.

این جریان هوای داغ که از میان تیغه های توربین می گذرد، منجر به گردش آن می شود، این گردش توسط یک میله یا شفت (Shaft) به کمپرسور منتقل شده تا حرکت آن و مکش هوا را تضمین سازد.

در این قسمت نیز طراحی دقیق تیغه های توربین که نسبت به بخش کمپرسور از توانایی تحمل حرارت بالاتری برخوردار هستند و همچنین شفت که بار انتقال نیرو و کارکرد موتور را بر عهده دارد از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است و نیاز است تا با محسباتی دقیق ساخته شود چرا که هرگونه اشتباه در این بخش، منجر به افزایش بیش از حد دور و در نتیجه از هم پاشیدن کل سازه می شود و در این میان تنها کافیست که در تیغه های کمپرسور یا توربین یکی شکسته شود، با توجه به دور بسیار بالای موتور و نیروی حاصل از آن، کل مجموعه پیشرانه از هم می‌پاشد.

در این میان لازم به ذکر است که برای راه اندازی ابتدایی موتور هواپیما، از دستگاهی با نام GPU (Ground Power Unit) یا راه انداز زمینی استفاده می شود که جریان هوایی را وارد موتور کرده و استارت را امکان پذیر می سازد.

4- خروجی موتور (Exhuast): چهارمین و آخرین بخش موتور اگزاست آن است که گازهای داغ پس از توربین و عبور از اگزاست، موتور را ترک کرده و حاصل آن حرکت هواپیما به سمت جلو خواهد شد، اهمیت سازه این بخش نیز در تحمل حرارت آن نهفته است.

اگزاست با بهره گیری از آلیاژهای پیشرفته با نام آلیاژ سوپر ساخته می شوند که می تواند درجه حرارت های بسیار بالا را تحمل کند و از آب شدن آن جلوگیری به عمل آورد.

این آلیاژها و فرمول های ترکیبی آن تنها در اختیار چند کشور محدود است که در رده استراتژیک طبقه بندی می شود، ضمن آنکه ریخته گری این بخش و کل موتور نیز در کنار جوش دادن بخش های متفاوت کل سازه که اتصال دقیق آنها و ایجاد یک روند پایدار مهندسی در انتقال هوا را ممکن می شود نیز اهمیت بسیار بالایی دارد که کافیست تنها یک قطعه به صورت دقیق در جای خود قرار نگرفته باشد، نتیجه حداقل انهدام موتور و از بین رفتن هواپیما خواهد بود.

پس سوز جنگنده تایفون بریتانیایی که در حقیقت آخرین بخش موتور به حساب می آید و قابل مشاهده است

در هواپیماهای جنگنده، بخش اگزاست تنها منحصر به یک تکه جهت هدایت گازهای داغ به خروج نمی باشد و به آن قسمتی جهت دستیابی به پس سوز یا Afterburner نیز اضافه شده است که در آن گازها بار دیگر با سوخت ترکیب شده و در نتیجه مشتعل می شوند که جریان آتش پشت جنگنده ها حاصل این قسمت است که منجر به رانش بیشتر در شرایط خاص شده، اما مصرف سوخت را به شدت بالا می برد و به سبب حرارت زیاد، استفاده از آن از بعد زمانی محدود است.

در نسل جدید موتورهای جت، بخش انتهایی یا اگزاست هواپیماها به صورت متحرک است که در مانورهای متفاوت حرکت کرده و رانش مورد نیاز را در جهت مشخصی فراهم می سازد که سالهای آینده احتمالا شاهد دستیابی به آن نیز توسط کشورمان خواهیم بود.

5- متعلقات موتور (Engine Accessory): علاوه بر چهار بخش اصلی موتور، قطعاتی نیز بر روی آن نصب می باشد که برای اجرای دقیق عملکرد آن نظارت دارد.

نخستین آن FCU یا قطعه کنترل میزان سوخت است که کارکرد آن بسیار دقیق و ویژه بوده و با محساباتی پیچیده میزان پاشش و مصرف سوخت را به دقت بررسی می کند که هر عملکرد آن می تواند تاثیرات شگرفی در موتور داشته باشد و در حقیقت قلب اصلی کارکرد پیشرانه جت به حساب می آید.

دیگر قطعه این بخش چرخ دنده ها (Gear Box) هستند که در مجموعه ای جمع شده و با متصل بودن به دسته گاز داخل کابین (Engine Throttle) دور موتور را تنظیم می کنند تا کارکرد از حالت خاموش و سپس درجا (idle) تا میزان دورهای متفاوت و نهایت 100% که همان پس سوز است تغییر کند.

این چرخ دنده ها که با خود موتور و شفت درگیر هستند، به دقت با هم درگیر بوده تا فرمان تغییر دور موتور از داخل کابین دقیقا اجرا شود و این در خصوص انواع هواپیماها اهمیت فراوانی دارد خصوصا آنکه جنگنده ها در عملیات خود به صدم ثانیه تحرک نیز وابسته اند و در اینجا اهمیت توجه به محاسبات بسیار پیچیده آشکار می شود.

از جمله قطعات دیگر متعلقات موتور میتوان به سامانه های الترونیکی (Exciter) جهت تامین برق شمع ها، سنسورهای حرارتی برای تشخیص دقیق دمای موتور، لوله های هوا از بخش هایی از کمپرسور (Bleed Air) جهت خنک کردن بخش هایی از هواپیما، بهره گیری برای سامانه های ضد یخ زدگی (anti Icing)، گرمای کابین و همچنین نیازهای اولیه خلبان همانند بادشدن جی سوت (یا شلوار فشار) در مانورها اشاره کرد.

* عقاب‌های ایران با قلب جدید «اوج» می‌گیرند

با این توصیفات کوتاه که در بالا ذکر شد، می‌توان به این نکته پی برد که ساخت و بهره‌برداری از موتورهای جت در کشورهای دارنده دانش پیشرفته هوایی از چه اهمیتی بالایی برخوردار است و لازم به ذکر است که عموما هربخش از این قطعات در کشورهای خاص تولید شده و در بیشتر موارد یک پیشرانه حاصل تلاش چند شرکت فراملیتی است و اینکه قدرتی خود دست به ساخت یک موتور به صورت 100% بزند تنها با اهمیت بالای نظامی یا تولید استراتژیک توجیه می شود حال آنکه کشورمان توانسته است نخستین موتور توربوجت ملی را با نام «اوج» بسازد، لذا این دستاورد بزرگ و بی نظیر خود نشان از توانایی متخصصان ایران دارد که می توانند غیر ممکن ها را ممکن سازند.

از سویی دیگر، دستیابی به دانش کلی ساخت حتی با این استثناء که ممکن برخی قطعات به صورت بومی نباشد خود نشان از عزم جدی در راه تولید دارد چرا که روند ساخت یک به یک بخش ها خود مسیری است که می تواند منجر به دستیابی به بخش های پیچیده تر شده و با گذشت زمان هریک بومی شوند تا نهایتا موتوری همانند اوج خلق شود.

این نکته نیز باید مورد توجه قرار بگیرد که یک موتور جنگنده حداقل از چندین هزار قطعه متفاوت تشکیل شده است که هریک وظیفه خاص خود را دنبال می کنند و هماهنگ کردن آنان کاری به شدت طاقت فرسا است و توصیفات موجود در این مطلب تنها یک دید کلی از موتورهای هوایی ایست.

با مشاهده تصاویر منتشره از این پیشرانه و همچنین تست های گرم آن در سکوهای تست، می توان دریافت که به زودی شاهد کارکرد آن بر روی جنگنده های موجود در ناوگان هوایی نظامی ایران خواهیم بود ضمن آنکه بنا بر توصیفات عملکردی آن همچون قابلیت کارکرد در تا ارتفاع 50000 پا و استفاده در هواپیماهایی تا وزن ده تن حداقل برای دو جنگنده F-5 و صاعقه و احتمالا F-7 مناسب خواهد بود، ضمن آنکه امیدواریم که هرچه سریعتر روند ساخت موتورهای جت در کشورمان به سازه های توربوفن منتهی شود.