موتورهای جت

انواع موتور های جت:

 

موتور های جت کلا به هفت دسته تقسيم می شوند:   ۱.توربين گاز ۲.توربو فن ۳.رم جت ۴.پالس جت ۵.پرشر جت ۶.توربو جت ۷.توربو پراپ    ۱. توربين گاز  در حقیقت تمامی موتورهای جتی که دارای توربین هستند توربین گاز ناميده می شوند ولی اصطلاح توربین گاز بیشتر به موتورهای جتی داده میشود که هدف استفاده از آنها تولید رانش نیست بلکه چرخاندن توربین و اکثرا برای تولید برق است و برخی اوقات در طراحی و نحوه قرار گرفتن توربین ها و نازل با انواع دیگر موتور جت تفاوت عمده ای دارند .  در توربین های بخار برای چرخاندن توربینها ابتدا آب را توسط سوختهای فسیلی حرارت میدهند تا آب تبدیل به بخار شود و بخار سبب چرخش توربین میشود که این سیستم دارای ضعفهایی است از جمله حجیم بودن دستگاهها و تشکیلات نیروگاه ولی در توربین گاز مرحله تبدیل آب به بخار حذف شده است و گاز های داغ خروجی که در توربین بخار هدر میشوند در این حالت مستقیما سبب چرخش توربین میگردد .   ۲. توربوفن موتور های توربو فن در واقع دارای فرآیندی مابین دو موتور توربوجت و توربو پراپ هستند . تفاوت این موتور با موتور توربو پراپ در این نکته است که پنکه موتور توربوپراپ کاملا خارج از  پوسته و بدنه موتور قرار دارد ولی در موتور توربوفن این پنکه کاملا در داخل پوسته موتور قرار دارد . از این نوع موتور جت برای سرعت های مادون صوت استفاده میگردد .توربوفن ها دارای بازدهی نسبی زیادی هستند . بخشی از هوای ورودی توسط پنکه این موتور توسط داکتی و جدا از محفظه احتراق و توربین ولی در امتداد آنها به سمت نازل پیش برده میشود که در نهایت نیز به گاز های داغ تولیدی میپیوندد و بر نیروی رانش تولیدی میافزاید . در زیر شکلی  برش خورده از یک موتور توربو فن مشاهده میشود ولی داکت هدایت هوا در شکل مشخص نیست .   3. رم جت   رم جتها را توربین گازی به حساب نمی آورند زیرا این نوع از موتور جت دارای کمپرسور و توربین نمیباشد موتور رم جت اکثرا به عنوان موتور دوم مورد استفاده قرار میگیرد به اینصورت که هواپیما یا راکت  در ابتدا توسط موتور اصلی خود به پرواز در میاید و پس از رسیدن به سرعت معین که میزان فشار و سرعت لازم هوای ورودی برای رم جت تامین گردید موتور رم جت خود را روشن میکند . رم جتها نسبت به انواع دیگر موتورهای جت تولید رانش بیشتری میکنند ولی برای شروع پرواز مناسب نمیباشند .   4. پالس جت  پالس جتها یکی از انواع قدیمی موتور جت میباشند که بعضی اوقات بدلیل مشترکاتی با رم جت یکی شمرده میشوند .پالس جت ها همانند رم جت نه دارای کمپرسور هستند و نه دارای توربین ولی از نظر کار کرد تفاوت عمده ای دارند .موتورهای پالس جت  در گذشته کاربرد داشتند و در هواپیما های قدیمی به عنوان پیشران استفاده میشدند ولی هم اکنون استفاده چندانی ندارند چراکه امروزه موتور های توربو جت با بازدهی بالا جایی برای انواع دیگر باقی نگذاشتند ولی به دلیل سیستم کارکرد جالبی که این موتور دارد به تشریح دونوع از این موتور میپردازیم .در موتورهای پالس جت به خصوص نوع دریچه دار عمل احتراق با فرض ایده آل حجم ثابت است . دقت شود که پالس جت ها بر خلاف رم جت ها در سرعت صفر نیز قابلیت استارت و کار آیی هستند .( در مورد پالس جت ها این باور عمومی وجود دارد که حداکثر سرعت پرنده ای که با پیشران پالس جت حرکت میکند زیر 750 کیلومتر بر ساعت میباشد )     سیکل کارکرد پالس جت دریچه دار :     احتراق :  در اين فاز احتراق سوخت منجر به تشكيل توده بزرگي از گرما و فشار ميشود فشار حاصل منجر به بسته ماندن شير يكطرفه كه در پشت هوا و سوخت محترق ميباشد ميگردد در نتيجه توده محترق بناچار فقط در مسيرمورد نظر ميتواند حركت كند.        انفجار: در اين مرحله سوخت و هواي منبسط شده از نازل خارج ميگرددو گازهاي داغ خروجي منجر به توليد نيروي رانش ميگردد.   سوخت گيری:  گازهاي داغ بدليل انعطاف پذيري و دارا بودن جرم تمايل به حفظ حركت خود به سمت نازل را دارند حتي اگرفشار داخل موتور كمتر فشار محيط باشد خروج اين گازها از محفظه احتراق موجب افت فشار در محفظه و بازشدن شير يكطرفه ميگردد و مقداري سوخت و هوا به اين محفظه وارد ميشود فشردگی: بدليل فشار كم موجود بين هوا و سوخت ورودي    و  گازهاي داغ خروجي مقداري از اين گازهاي داغ به محفظه احتراق باز ميگرددكه اين عمل موجت محترق شدن اين توده هوا و سوخت ميشود و سيكل به مرحله اول باز ميگردد .   سیکل کارکرد پالس جت بدون دریچه :   در پالس جت های بدون دریچه خمی که مابین محفظه احتراق و نازل قرار دارد دقیقا کاری را انجام میدهد که دریچه در نوع دریچه دار انجام میدهد .با وجود این خم در این ناحیه کاهش فشار ایجاد شده و مقداری از گاز های در حال خروج را به محفظه احتراق باز میگرداند .و بقیه مراحل دقیقا همانند نوع دریچه دار میباشد که در بالا توضیح داده شد .   ۵. پرشر جت   اين موتور جت امروزه كاربردي در صنايع هوايي و به عنوان پيشران جت ندارد . اين موتور را ميتوان طرحي ابتدايي از موتور رم جت دانست . در اين پیشران جت سوخت از قسمت بالايي  به داخل لوله اي چند تكه كه از بالا به پايين قطور تر ميگردد پاشيده ميشود و از قسمت بالایی و دهانه لوله و همچنین از فواصلي كه مابين اين لوله چند تكه وجود دارد هواي تازه وارد لوله شده و با سوخت مخلوط ميگردد . سپس مخلوط سوخت و هوا وارد محفظه احتراق شده و محترق ميگردند . براي گرم كردن  سوخت پيش از عمل احتراق ، لوله سوخت رسان را در محفظه احتراق و بدور جدار داخلي آن ميپيچانند  و به اين ترتيب سوخت گرما را از توده گاز داغ محترق شده دريافت ميكند و گرم ميشود ، به اين ترتيب عمل احتراق نيز با كيفيت بهتري انجام ميگردد.   ۶. توربو جت توربو جتها از انواع متداول موتورهای جت هستند که در اکثرهواپیماهای جنگنده و پرنده هایی که با سرعتهای زیاد حرکت میکنند استفاده میگردد . در زیر به طرز کار موتور توربو جت میپردازیم 1 . در مرحله اول هوا از طریق دهانه ورودی وارد ابتدای قسمت کمپرسور میشود . 2 . در مرحله بعدی هوا توسط کمپرسور فشرده شده و بطرف دیفیوژر فرستاده میشود . 3 . پس از کاسته شدن سرعت و افزایش فشار و دمای هوا در دیفیوژر هوا به محفظه احتراق و سپس لوله احتراق فرستاده میشود . 4 . پس از عملیات احتراق در موتور گاز های داغ تولیدی باعث چرخش توربین و در نتیجه محور متصل به توربین میگردد.از نکات قابل توجه در طراحی یک توربو جت طراحی بخش نازل و خروجی است چراکه هدف استفاده از توربوجت نیروی رانش پرنده میباشد . در بهترین حالت فشار ستون هوای داغی که از موتور خارج میگردد با فشار جو اطراف  پرنده برابر است .     توربو جت با جریان محوری (با کمپرسور محوری چند مرحله ای):     توربو جت با جریان مرکزی (با کمپرسور سانتریفیوژ چند مرحله ای):   ۷. توربو پراپ  موتور جت توربو پراپ ، موتوری است ما بین موتور توربوفن و توربو جت .طرز کارکرد این موتور با توربو جت دقیقا همسان میباشد  . پروانه بزرگ که به شفت اصلی متصل است نیروی رانش یا تراست تولید میکند نیروی تراست تولیدی پروانه همراه با نیروی رانش تولیدی توسط گازهای داغ خروجی نیروی رانش برآیند را تولید میکند

معرفی مهندسی مکانیک

پيچيدگی و گستردگي علوم باعث شده شاخه هاي مختلف علمي و مهندسي  پديد آيد.گرايش حرارت و سيالات همانطور که از نام آن پيداست از دو بخش اصلي تشكيل مي شود 

سيالات: که درس مكانيك سيالات درس پايه اين بحث مي باشد

حرارت : که دروس ترمو ديناميك و انتقال حرارت از دروس پايه اين بحث مي باشند

سه درس مهم و رياضييات ستونهاي اصلی اين گرايش را تشكيل

مي دهند.

حال به تعريف اين سه درس مي پردازيم  

ترمو ديناميك : يكي از دروس جذاب و شيرين دنياي مهندسي است و مي توان آن را دانش انرژي و انتروپي  ناميد. به زبان عامه ترموديناميك علمي است که با گرما و كار و آن دسته از خواص مواد که با گرما و كار بستگي دارند  سرو كاردارد ترمو ديناميك در طراحي اجزاي بخصوصي مانند : توربين بخار  پيل سوختني انواع يخچالها موتور موشك  موتورهاي احتراق داخلي و... مي باشد

 

انتقال حرارت : ترمو ديناميك در مورد حالات نهايي يك  فرايند بحث مي كند اما در مورد ماهيت  اندر كنش و نرخ زماني آن هيچ توضيحي نمي دهد اما در درس انتقال حرارت  به گسترش تجزيه تحليلهاي ترمو ديناميكي  از طريق مطالعه شيوه هاي  انتقال حرارت و بدست آوردن روابطي براي محاسبه نرخ گرما مي پردازيم . مباحث ترمو ديناميك و انتقال حرارت مكمل يك ديگرند. پديده انتقال حرارت در مسائل صنعتي روز كاربرد فراواني دارد به عنوان مثال انتقال گرما در رابطه با تبديل انرژي خورشيدي براي گرمايش و تهويه مطبوع و توليد توان الكتريكي اعم از شكافت هسته اي و گداخت هسته اي و ...

 

مکانيک سيالات : بررسي و شناخت قوانين حاكم بر سيال است و براي هر کس که بخواهد با سيال برخورد عملي نمايد ضروري مي باشد . علم مكانيك سيالات عبارتند از درک عميق خواص سيالات و  كاربرد قوانين اساسي ديناميك و ترمو ديناميك . دروس  تهويه و تبريد , توربو ماشين , نيروگاه حرارتي , مكانيك گاز , موتورهاي احتراق داخلي و ... همه با اين سه درس مذكوردر ارتباط مستقيم هستند 

 

آنچه از دست فارغ التحصيلان اين رشته بر مي آيد  :

1. طراحي و محاسبه و ساخت كليه وسايل نقليه زميني , هوايي , دريايي و ماشين آلات كشاورزي , راه سازي , نظامي و...

2. طراحي و محاسبه و اجراي شبكه هاي تاسيساتي مربوط به آنها

3. طراحي و محاسبه و اجراي خطوط انتقال آب , گاز ,  نفت و تاسيسات مربوط به آنها

4. طراحي و محاسبه و ساخت  و اجراي مراكزتوليد نيرو شامل نيروگاههاي گازي , آبي , بخاري و تركيبي

5. طراحي و محاسبه و ساخت وسايل تبريد خانگي و صنعتي , تاسيسات حرارتي و برودتي و سرد خانه ها

6. طراحي و محاسبه و اجرا و نظارت بر  كار هاي   تاسيساتي  ساختمانهاي مختلف مسكوني  , اداري و صنعتي و مراكزورزشي و ...

7. طراحي و محاسبه و ساخت كليه وسايل احتراقي مانند : مشعل , كوره , محفظه هاي احتراقي , ديگها بخار و... 

 

عنوان و ضريب درس هاي کنکور کار شناسي ارشد مهندسي مکانيک

 

اين اطلاعات مربوط به کنکور سال 1385 است:
نام دروس:
۱- زبان عمومي و تخصصي
۲- رياضي
۳- حرارت و سيالات( ترموديناميك/ مکانيک سيالات/ انتقال حرارت)
۴- جامدات (استاتيك/ مقاومت مصالح/ طراحي اجزا)
۵- ديناميک و ارتعاشات (ديناميك/ ارتعاشات/ ديناميك ماشين/ کنترل)
۶- ساخت و توليد ( ماشين ابزار/ قالب پرس/ علم مواد/ ماشين هاي کنترل عددي/ اندازه گيري/   توليد مخصوص/ هيدروليك و نيوماتيک/ مديريت توليد)

  ضرايب هر يک از دروس براي گرايش هاي مختلف (به ترتيب):

 
  ۱- ساخت و توليد (۱/۲/۱/۲/۱/۴)
  ۲- طراحي کاربردي (۱/۲/۲/۳/۲/۰)
  ۳- تبديل انرژي (۱/۲/۳/۲/۲/۰)
  ۴- مهندسي پزشکي بيو مکانيک (۳/۴/۳/۴/۳/۳)
  ۵- سيستم محرکه خودرو (۲/۳/۳/۳/۲/۰)
  ۶- طراحي سيستم هاي تعليق ترمز و فرمان (۲/۳/۱/۳/۴/۰)
  ۷- سازه بدنه خودرو (۲/۳/۲/۴/۳/۰)

 

دانشجويان علاقمند  بهتر است بر نرم افزارهای زير مسلط باشند

 

AutoCAD - Mechanical Desktop - Ansys - Fluid - Working Model  Matlab -  Msc Visual Nastran - Msc Patran - Maple - Adams 

منبع:http://www.hamedmonsef.com

مقدمه اي بر سيستمهاي هيدروليك و نيوماتيك

امروزه در بسياري از فرآيندهاي صنعتي ، انتقال قدرت آن هم به صورت کم هزينه و با دقت زياد مورد نظر است در همين راستا بکارگيري سيال تحت فشار در انتقال و کنترل قدرت در تمام شاخه هاي صنعت رو به گسترش است. استفاده از قدرت سيال  به دو شاخه مهم هيدروليک و نيوماتيک ( که جديدتر است ) تقسيم ميشود .

از نيوماتيک در مواردي که نيروهاي نسبتا پايين (حدود يک تن) و سرعت هاي حرکتي بالا مورد نياز باشد (مانند سيستمهايي که در قسمتهاي محرک رباتها بکار مي روند) استفاده ميکنند در صورتيکه کاربردهاي سيستمهاي هيدروليک عمدتا در مواردي است که قدرتهاي بالا و سرعت هاي کنترل شده دقيق مورد نظر باشد(مانند جک هاي هيدروليک ، ترمز و فرمان هيدروليک و...).

حال اين سوال پيش ميايد که مزاياي يک سيستم هيدروليک يا نيوماتيک نسبت به ساير سيستمهاي مکانيکي يا الکتريکي چيست؟در جواب مي توان به موارد زير اشاره کرد:

 

1.طراحي ساده      2.قابليت افزايش نيرو        3. سادگي و دقت کنترل

4. انعطاف پذيري      5. راندمان بالا                6.اطمينان

در سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک نسبت به ساير سيستمهاي مکانيکي قطعات محرک کمتري وجود دارد و ميتوان در هر نقطه به حرکتهاي خطي يا دوراني با قدرت بالا و کنترل مناسب دست يافت ، چون انتقال قدرت توسط جريان سيال پر فشار در خطوط انتقال (لوله ها و شيلنگ ها) صورت ميگيرد ولي در سيستمهاي مکانيکي ديگر براي انتقال قدرت از اجزايي مانند بادامک ، چرخ دنده ، گاردان ، اهرم ، کلاچ و... استفاده ميکنند.

در اين سيستمها ميتوان با اعمال نيروي کم به نيروي بالا و دقيق دست يافت همچنين ميتوان نيرو هاي بزرگ خروجي را با اعمال نيروي کمي (مانند بازو بسته کردن شيرها و ...) کنترل نمود.

استفاده از شيلنگ هاي انعطاف پذير ،  سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک را به سيستمهاي انعطاف پذيري تبديل ميکند که در آنها از محدوديتهاي مکاني که براي نصب سيستمهاي ديگر به چشم مي خورد خبري نيست.  سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک به خاطر اصطکاک کم و هزينه پايين از راندمان بالايي برخوردار هستند همچنين با استفاده از شيرهاي اطمينان و سوئيچهاي فشاري و حرارتي ميتوان سيستمي مقاوم در برابر بارهاي ناگهاني ، حرارت يا فشار بيش از حد ساخت که نشان از اطمينان بالاي اين سيستمها دارد.

 اکنون که به مزاياي سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک پي برديم به توضيح ساده اي در مورد طرز کار اين سيستمها خواهيم پرداخت.

 

براي انتقال قدرت به يک سيال تحت فشار (تراکم پذير يا  تراکم ناپذير) احتياج داريم که توسط  پمپ هاي هيدروليک ميتوان نيروي مکانيکي را تبديل به قدرت سيال تحت فشار نمود. مرحله بعد انتقال نيرو به نقطه دلخواه است که اين وظيفه را لوله ها، شيلنگ ها و بست ها به عهده ميگيرند .

بعد از کنترل فشار و تعيين جهت جريان توسط شيرها سيال تحت فشار به سمت عملگرها (سيلندرها يا موتور هاي هيدروليک ) هدايت ميشوند تا قدرت سيال به نيروي مکانيکي مورد نياز(به صورت خطي يا دوراني ) تبديل شود.

اساس کار تمام سيستم هاي هيدروليکي و نيوماتيکي بر قانون پاسکال استوار است.

 

قانون پاسکال:

1.    فشار سرتاسر سيال در حال سکون يکسان است .(با صرف نظر از وزن سيال)

2.    در هر لحظه فشار استاتيکي در تمام جهات يکسان است.

3.    فشار سيال در تماس با سطوح بصورت عمودي وارد ميگردد.

همانطور که در شکل 1 مي بينيد يک نيروي ورودي  نيوتني ميتواند نيروي مورد نياز چهار سيلندر ديگر را تامين کند.

 

 شکل (1)

 

يا در شکل 2  داريم :

 

 شکل (2)        

کار سيستمهاي نيوماتيک مشابه سيستم هاي هيدروليک است فقط در آن به جاي سيال تراکم ناپذير مانند روغن از سيال تراکم پذير مانند هوا استفاده مي کنند . در سيستمهاي نيوماتيک براي دست يافتن به يک سيال پرفشار ، هوا را توسط يک کمپرسور فشرده کرده تا به فشار دلخواه برسد سپس آنرا در يک مخزن ذخيره مي کنند، البته دماي هوا پس از فشرده شدن بشدت بالا ميرود که مي تواند به قطعات سيستم آسيب برساند لذا هواي فشرده قبل از هدايت به خطوط انتقال قدرت بايد  خنک شود. به دليل وجود بخار آب در هواي فشرده و پديده ميعان در فرايند خنک سازي بايد از يک واحد بهينه سازي براي خشک کردن هواي پر فشار استفاده کرد.

اکنون بعد از آشنايي مختصر با طرز کار سيستمهاي هيدروليکي و نيوماتيکي به معرفي اجزاي يک سيستم هيدروليکي و نيوماتيکي مي پردازيم.

 

اجزاي تشکيل دهنده سيستم هاي هيدروليکي:

1- مخزن : جهت نگهداري سيال

2- پمپ :   جهت به جريان انداختن سيال در سيستم که توسط الکترو موتور يا 3- موتور هاي احتراق داخلي به کار انداخته مي شوند.

4- شيرها : براي کنترل فشار ، جريان و جهت حرکت سيال

5- عملگرها : جهت تبديل انرژي سيال تحت فشار به نيروي مکانيکي مولد کار(سيلندرهاي هيدروليک براي ايجاد حرکت خطي و موتور هاي هيدروليک براي ايجاد حرکت دوراني).

شکل 3 يک سيستم هيدروليکي را نشان ميدهد.

 

شکل(3)

 

اجزاي تشکيل دهنده سيستم هاي نيوماتيکي:

1- کمپرسور

2- خنک کننده و خشک کننده هواي تحت فشار

3- مخزن ذخيره هواي تحت فشار

4- شيرهاي کنترل

5- عملگرها

شکل 4 يک سيستم نيوماتيکي را نشان ميدهد.

 

 شکل (4)

 

   يک مقايسه کلي بين سيستمهاي هيدروليک و نيوماتيک:

 

1- در سيستمهاي نيوماتيک از سيال تراکم پذير مثل هوا و در سيستمهاي هيدروليک از سيال تراکم ناپذير مثل روغن استفاده مي کنند.

2- در سيستمهاي هيدروليک روغن علاوه بر انتقال قدرت وظيفه روغن کاري قطعات داخلي سيستم را نيز بر عهده دارد ولي در نيوماتيک علاوه بر روغن کاري قطعات، بايد رطوبت موجود در هوا را نيز از  بين برد ولي در هر دو  سيستم سيال بايد عاري از هر گونه گرد و غبار و نا خالصي باشد

3- فشار در سيستمهاي هيدروليکي بمراتب بيشتر از فشار در سيستمهاي نيوماتيکي مي باشد ، حتي در مواقع خاص به 1000 مگا پاسکال هم ميرسد ، در نتيجه قطعات سيستمهاي هيدروليکي بايد از مقاومت بيشتري برخوردار باشند.

4- در سرعت هاي پايين دقت محرک هاي نيوماتيکي  بسيار نامطلوب است در صورتي که دقت محرک هاي هيدروليکي در هر سرعتي رضايت بخش است .

5- در سيستمهاي نيوماتيکي با سيال هوا نياز به لوله هاي بازگشتي و مخزن نگهداري هوا نمي باشد.

6- سيستمهاي نيوماتيک از بازده کمتري نسبت به سيستمهاي هيدروليکي برخوردارند.