رم‌جت: تفاوت میان نسخه‌ها

 

[[رده:موتورهای جت]]

رم جت بیشتر درسرعت مافوق صوت حدود 3 ماخ( 2300mph;3700km/h) به طور مؤثر کار می کند . این نوع موتور می تواند تا سرعت 6 ماخ (4600mph;7400km/h) نیز کار کند

رم جت میتواند درمواردی که به یک مکانیزم ساده و کوچک برای دست یافتن به سرعت بالا نیاز است استفاده شود مانند موشک.

با افزایش سرعت، راندمان رم جت کاهش میاید چون دمای هوای ورودی به علت تراکم افزایش می یابد. زمانی که دمای هوای ورودی به دمای خروجی( اگزوز)نزدیک می شود انرژی کمتری برای پرتاب مورد نیاز است.برای تولید مقدار قابل استفاده ای از نیروی تراست در سرعت های بالا، رم جت باید تغییر داده شود درنتیجه هوای ورودی فشرده شده(و بنابراین گرم شده)به همان اندازه نیست.

جریان هوای درون محفظه احتراق خیلی سریع حرکت میکند(نسبت به موتور).درواقع این سرعت میتواند سرعت مافوق صوت باشد از این رو آن را به عنوان رم جت احتراق مافوق صوت یا اسکرم جت ([http://scramjet scramjet]) نام گذاری کردند.

تاریخچه:

[http://Cyrano%20de%20Bergerac Cyrano de Bergerac]

تاریخچه شگفت آور ایالات و فرمانروایی های ماه(1657)،اولین کتاب از سه رمان طنز نوشته شده توسط Cyrano de Bergerac است.که در ردیف برترین برترین داستان های علمی تخیلی هستنند.[http://Arthur%20C%20clarke Arthur C clarke]این کتاب را با اختراع رم جت و به عنوان اولین مثال برای پرواز فضایی که قدرت اش را از موشک میگیرد به حساب آورد.

[http://René%20Lorin René Lorin]

ساخت رم جت در سال ۱۹۱۳ به فکر مخترع فرانسوی Reno Lorin خطور کرد.حق ثبت اختراع برای اختراع اش به او اهدا شد. تلاش های او برای تولید نمونه اصلی به علت عدم کافی بودن ماده(مصالح) ناکام ماند.

[http://Albert%20Fono Albert Fono]

در سال ۱۹۱۵ مخترع مجارستانی Albert Fono راه حلی ارائه کرد برای افزایش میزان توپخانه هایی که دارای پرتابه های اسلحه ای بودند که با نیروی پیشران رم جت کار میکردند.بنابراین با سرعت نسبتا کم از سرلوله اسلحه میتوانستیم پوسته های سنگینی را از اسلحه های نسبتا سبک وزن شلیک کنیم.Fono اختراع اش را به ارتش اتریشش-مجارستان تقدیم کرد ولی طرح پیشنهادی او رد شد.او بعد از جنگ جهانی اول در may 1928 دوباره به موضوع نیروی پیشران جت پرداخت و موتور جتی را شرح داد که برای ارتفاع گرفتن زیاد هواپیماهای مافوق صوت مناسب بود(که دارای حف ثبت اختراع در آلمان شد).او در اختراع بعدی اش موتور را برای سرعت مافوق صوت سازگار کرد امتیاز اختراع وی در سال 1932 بعد از چهار سال آزمایش به او اهدا شد.(German Patent No. 554,906, 1932-11-02)

اتحادیه شوروی

در اتحادیه شوروی تئوری موتور رم جت ما فوق صوت در سال 1928 توسط [http://Boris%20Stechkin Boris Stechkin] ارائه شد.[http://Yuri%20Pobedonostsev Yuri Pobedonostsev] رئیس تشکیلات سوم Gird، تحقیقات زیادی در زمینه موتورهای رم جت انجام داد.

در سال ۱۹۴۷ [http://Mstislav%20keldysh Mstislav keldysh] بمب افکن antipodal ای ،مشابه بمب افکن [http://sanger-bredt sanger-bredt] را پیشنهاد داد که به جای موشک قدرت اش را از رم جت میگرفت. در سال 1954 [http://NPO%20Lavochkin NPO Lavochkin] و موسسه [http://Keldysh Keldysh]شروع به توسعه موشک cruise ای که قدرت اش را از رم جت میگیرد و ماخ ۳ دارد کردند.این پروژه با R-7 ICBM که توسط Sergei Korelev توسعه داده شده بود رقابت کرد و در سال ۱۹۵۷ لغو شد.

در ۱ مارس ۲۰۱۸ رئیس جمهور روسیه وللدیمر پوتین اعلام کرد که موشک رمجت [http://cruize cruize] ای را که قدرت خود را از انرژی هسته ای میگرد ایجاد کرده است که قادر است طول پرواز را زیاد کند

آلمان

در سال ۱۹۳۶ [http://Hellmuth%20Walter Hellmuth Walter]، تست موتوری را طراحی کرد که با گاز طبیعی کار میکرد.کار های تئوری در شرکت های BMV و Junkers وDFL انجام شد.

در سال ۱۹۴۱ [http://Eugen%20sanger Eugen sanger] (مهندس هوافضا استرالیایی) شرکت DFL موتور رم جت ای با محفظه احتراقی با دمای بالا پیشنهاد کرد.او لوله های رمجت ای با قطر ۵۰۰mm )۲۰in) و ۱۰۰۰mm)۳۹in) ساخت.او تست های سوختی روی کامیون ها و تست هایی روی [http://Dornier%20Do Dornier Do] (دورنیر دو ۱۷) در سرعت پرواز بالای ۲۰۰m/s)720km/h) انجام داد.بعد از کمیاب شدن بنزین در آلمان به علت شرایط جنگ آزمایش ها با بلوک های متراکم شده خاک زغال سنگ به عنوان سوخت انجام شد ولی به علت سرعت سوخت آرام موفق آمیز نبود.

ایالات متحده

نیروی دریایی ایالات متحده یک سری از موشک های هوا به هوا تحت عنوان [http://Gorgon Gorgon] که از مکانیزم های متفاوتی برای نیروی پیشران و‌همچنین از نیروی پیشران رم جت استفاده میکردند توسعه داد.

نیروی دریایی ایالات متحده به Fritz zwincky اجازه نداد تا اختراعاتش(مانند امتیاز وبت اختراع ایالات متحده 2,461,797 برای جت زیر دریایی و رم جتی که در سیال واسطه کار میکند) را در ملأ عام مطرح کند.

مجله تایم کارهای فرتیس تسوئیکی را در مقاله های Missed swiss در July 11, 1955 و Underwater Jetدر March 14, 1949 گزارش کرد.

فرانسه

در فرانسه کار های [http://Rene%20Leduc Rene Leduc] قابل توجه بود.مدل Leduc، Leduc 0.10 یکی از اولین هواپیماهایی بود که در سال ۱۹۴۹ قدرت اش برای پرواز از طریق رم جت فراهم میشد.

نورد Griffon 1500 در سال ۱۹۱۵ به ماخ ۲.۱۹(۷۴۵.۲۳۵ متر بر ثانیه،۲۶۸۲.۸۵کیلومتر بر ساعت) رسید.

طراحی

رمجت معمولا اطراف ورودیش طراحی میشود . شی که با سرعت بالا حرکت میکند منطقه ای فشار قوی تولید میکند .رمجت این فشار بالا را در جلوی موتور استفاده میکند تا هوا را درون تیوب کند جایی که درآن هوا با سوخت می سوزد و گرم میشود . سپس از درون یک نازل عبور میکند که تا به سرعت مافوق صوت برسد . این افزایش سرعت به رمجت نیروی رانشی ( thrust ) به سمت جلو میدهد. .

برای مقایسه یک توربوجت از فنی که توربین آن با گاز به حرکت درآمده،استفاده می کند تا هوا را حتی بیشتر از ان متراکم کند . این امر تراکم و بازدهی بیشتر و توان بسیار بیشتری در سرعتهای پایین (شرایطی که اثر رم ضعیف است ) فراهم میکند ولی پیجیده تر ، سنگین تر و گرانتر است و همچنین محدودیت دمایی بخش توربین ، بالاترین سرعت ورانش در سرعت بالا را کاهش می دهد.

ساخت

دیفیوزر (diffuser )

بیشتررمجتها در سرعت مافوق صوت کار میکنند و ازیک یا چند موج شوک هرمی و یا نامستقیم شکل استفاده میکند (که از یک شوک نرمال قوی بوجود امده ) تا جریان هوا را به سرعتی ما دون صوت در انتهای ورودی تبدیل کند انتشار بیشتر از این بعدا نیاز است تا سرعت هوا را برای محفظه احتراق به حد مناسبی پایین آورد.

رمجت زیر سرعت صوت به ورودی به این پیچیدگی ها نیاز ندارد ، ازانجایی که ورودی از قبل سرعتی کمتر از سرعت صوت دارد،یک سوراخ ساده مورد استفاده قرار میگیرد. این سوراخ همچنین در سرعتهای کمی بالاتر از سرعت صوت هم کار می کند ، ولی زمانی که هوا در ورودی خفه شود ، ناکارآمدخواهد بود . ورودی واگراست تا سرعت ورودی ثابتی با عدد ماخ 0.5(170.15m/s و 612.5km/h)فراهم کند.

مانند بقیه موتورهای جت کار محفظه احتراق این است که با سوزاندن سوخت هوا در فشار ثابت ،هوای داغ تولید میکند . جریان هوا درموتور جت معمولا بسیار بالاست، به همین دلیل نواحی محافظت شده ای برایاحتراق با استفاده از شعله نگه دار(flame_ holders) به جود آمده اند تا از خروج شعله جلو گیری کنند.

از انجایی که توربین(downstream*) وجود ندارد محفظه احتراق رمجت می تواند به صورت ایمن درسوخت استوکیومتری (*) عمل کند.

در بیشتر اوقات ناحیه ای (pilot *) محافظت شده، وقتی که ورودی کم میشود ادامه احتراق را فراهم میکند.

در بقیه تکنیکهای ساخت وساز از محافظ شعله(flame holder )استفاده می شود .

که این محافظ ها در طراحی به انواع گوناگونی ازقوطی احتراق گرفته تا صفحات صاف ساده تقسیم می شوند‌ تا محافظ شعله باشندومخلوط شدن سوخت را بهبود ببخشد.وجود بیش از حد سوخت می تواند باعث ایجاد شوک نرمال در یک سیستم که از ورودی مافوق صوت استفاده می کند ، بشود که از لبه ی ورودی جلوترمی رود که این جریان هوا در موتور و نیروی رانش (thrust )خروجی را به صورت چشم گیری کاهش می دهد .

نازل ( nozzles)

نازل از انجایی که سرعت جریان بخار خروجی را افزایش میدهد تا thrust ایجاد میکند،جزء مهمی از طراحی رمجت است.

برای رمجتی که عدد ماخ پرواز زیرسرعت صورت دارد جریان خروجی در یک نازل ، همگرا سرعتش زیاد میشود.

برای عدد ماخ پرواز مافوق صوت معمولا تسریع توسط نازل واگرا.همگرا (de Laval nozzle ) اتفاق می افتد.

کارکرد و کنترل :

با وجود اینکه رمجتها در سرعتی به کمی ۴۵ متر بر ثانیه(۱۶۰ کیلومتر بر ساعت)نیز استفاده شده اند،پایینتر از ماخ 0.5 (170.1m/s; 612.5km/h) نیروی thrust کمی دارند وبه خاطر ratio*پایین فشار،بسیار ناکارآمد هستند.

بالاتر از این سرعت با سرعت پرواز اولیه مناسب ،رمجت بی نیاز به متصدی (operator* )می باشد ، البته به جز حالتی که drag وسیله بسیار بالا باشد موتور متمایل است که تا سرعتهای بالا و بالاتر پرواز تسریع یابد که باعث افزایش دمای ورودی میشود.

از انجایی که این امر میتواند اثر مخربی روی درستی کارکرد موتور داشته باشد ، سیستم کنترل سوخت باید جریان سوخت موتور را کاهش دهد تا عدد ماخ و در نتیجه دمای ورودی تا حد مناسبی پایا شود.

کنترل

رم جت ها بر اساس نوع سوخت(مایع یا جامد) و بوستر ها رده بندی میشوند. در سوخت مایع رم‌جت (LFRJ) ، سوخت هیدروکربن به محفظه احتراق واقع در جلو شعله نگهدار تزریق میشود.شعله نگهدار باعث پایا ساختن شعله حاصل از ترکیب شدن سوخت با هوای متراکم جذب شده توسط لوله می شود.

طرح های یک پارچه به وسیله نازل های متفاوتی که برای بالابردن نیاز داریم و فاز های پرواز رم جت پیچیده شده اند.به علت سطح زیاد نیروی تراست در بوستر ها ، برای رمجت هایی که نیروی تراست مطلوب دارند در مقایسه با رمجت هایی که نیروی تراست کمتری متحمل میشوند، ما به شکل های متفاوتی از نازل ها نیاز داریم.

این معمولا از طریق نازل های جداگانه که بعد از فرسودگی بوستر ها ازبین میرفتند، به دست می آمد.با این حال طرح هایی مانندMeteor دارای بوستر های بدون نازل هستند.این مزایای حذف خطر برای پرتاب کردن ساده و قابل اطمینان و توأم با کاهش جرم و هزینه هواپیما به وسیله باقی مانده ejected boost nozzleاست.اگرچه این در مقایسه با آنچه که توسط dedicated booster nozzle ارائه شد عملکرد کمتری دارد.

Antegral rocket/ Ramjet ducted rocket

مقاله اصلی Air-augmented rocket :

در یک راکت لوله ای با قابلیت تنظیم جریان variable flow ducted rocketیک دریچه (exhaust ) تولیدکننده گاز را خفه می کند تا thrust کنترل شود .

برخلاف LFJR رمجتتهایی که سوخت رانش جامد دارند نمیتوانند آتش بگیرند، راکت لوله ای ازنظرپیچیدگی در جایی بین SFRJهای ساده و LFRJهایی که توانایی کنترل با رنج بالایی دارند،قرار میگیرد.

سرعت پرواز

رمجتها معمولا thrust بسیارکم (و یا ناچیزی) درسرعتهایی پایین ترازنصف سرعت صوت می دهند.وبه خاطر فشارکم قبل از اینکه سرعت هوا به 1000 کیلومتر بر ساعت(280 m/s; 620 mph) برسد نا کارآمد هستند (تقریبا 600s ).

حتی بالاتر از حداقل سرعت ،flight envelope (رنجی از شرایط پرواز) مانند سرعتهای کم یا زیاد و ارتفاع های کم یا زیاد میتوانند باعث compromise *های قابل توجهی شوند.

عملکرد رمجتهای قدیمی بالاتر ازماخ 6 کاهش می یابد.دلیل این امرکمبود فشار ایجاد شده توسط شوکیست که به خاطر کاهش سرعت هوای ورودی به سرعت مادون صوت ایجاد می شود.

به علاوه دمای ورودی محفظه احتراق تا دمای بسیار بالایی افزایش می یابد و به دمای جدایی دریک ماخ معین میرسد .

موتورهای مربوط :

مقاله اصلی: Air turboramjet

مثال دیگری از این دست air turboramjetاست که یک کمپرسور دارد که توانش ازگرم شدن گاز توسط مبدل گرمایی در داخل محفظه احتراق تامین میشود .

همه ی رمجت ها سرعت هوای ورودی را درون محفظه احتراق تا سرعت زیر صوت کاهش می دهند.

اسکرم جت ها مانند رمجت ها هستند ولی بخشی از هوا با همان سرعت ما فوق صوت به داخل موتور می رود.

به علت سرعت زیاد ما فوق صوت هوا در ورودی محفظه احتراق خفگی دمایی گاز خروجی اتفاق نمی افتد.تزریق سوخت معمولا به داخل یک منطقه محافظت شده که در محفظه احتراق وجود دارد انجام می شود وبا وجود اینکه چندین دهه است که اسکرمجت ها مورد مطالعه قرار می گیرند،تنهابه تازگیست که در بعضی واحد های کوچک آزمایشگاهی در پرواز آزمایش شدند (برای مثال Boeing X-43)

از بعد از می سال 2010 این موتور برای رسیدن به ماخ 5 در 200 ثانیه بر روی X-51A Waverider.[ در حال آزمایش شدن می باشد.

Precooled engines

تعدادی از رمجت های ساده کنارهم موتورهای سیکل مرکب را تشکیل می دهند که برای این به وجود آمده اند که محدودیت های رمجت های ساده را از بین ببرند یک نمونه از این دست موتور SABREاست که از یک precooler*استفاده می کند که در پشت آن رمجت و تجهیزات توربین قرار دارد

موتور ATREX که در ژاپن ساخته شده نمونه آزمایش در حال اجرای این موضوع است.این موتور از سوخت هیدروژن مایع در یک shojhv جالب —- که —— استفاده می کنند .سوخت هیدروژن مایع از طریق یک مبدل گرمایی داخل هوای ورودی پمپ می شود همزمان هیدروژن مایع گرم و هوای ورودی سرد می شود

در این جا اگزوز داغ استفاده می شود تا هیدروژن را از این هم گرم تر کند سپس تبدیل به یک گاز با فشار زیاد می شود.

این گاز سپس از لبه های فن می گذرد تا توان فن را در سرعت های ما دون صوت تهیه کند .بعد از این که با هوا مخلوط شد در محفظه احتراق می سوزد.

Nuclear-powered ramjet:

ایالات متحده طی جنگ سرد یک رمجتی که قدرت اش را از انرژی هسته ای میگیرفت با نام پروژه pluto طراحی و آزمایش کرد. این سیستم که برای استفاده در موشک cruise در نظر گرفته شده بود بدون احتراق استفاده میشدو راکتور هسته ای با درجه حرارت بالا و بدون حفاظ هوا را گرم میکرد.

پیشبینی شده بود که رمجت بتواند برای ماه ها با سرعت مافوق صوت پرواز کند.ازآنجا که راکتور بدون پوشش محافظ بود برای هرکسی بودن درون و یا حتی کنار مسیر پرواز وقتی این پرواز در ارتفاع کم صورت میگرفت خطرناک بود.اگرچه خود اگزوز رادیواکتیو نبود.در نهایت پروژه لغو شد چراکه به نظر میرسید که ICBM برای رسیدن به هدف بهتر عمل میکند.

Ionospheric ramjet

اتمسفر فوقانی در حدود ۱۰۰km)62 mile) حاوی اکسیژن تولید شده توسط خورشید از طریق photochemistry(رشته ای از علوم شیمی که درباره اثر نور در مواد شیمیایی بحث می نماید) میباشد.

یک مفهموم توسط ناسا برای بازسازی و تبدیل این گاز نازک به مولکول های دو اتمی در سرعت های اوربیتالی برای نیرو بخشیدن به رمجت، ارائه شده است.

Bussard ramjet