موتور توربوفن پس سوز چگونه کار می کند؟

در دهه ۱۹۶۰، در اوج جنگ سرد، نیروی دریایی ایالات متحده تصمیم گرفت نوع جدیدی از هواپیما را آزمایش کند. این مفهوم جت جنگنده چند منظوره (همه کاره) می‌توانست از عرشه ناوهای هواپیمابر نیروی دریایی با کارآیی بی‌نظیری دست به عملیات بزند. هنگام برخاستن از عرشه ناو هواپیمابر، این جت‌ها می‌توانستند بال‌های خود را به سمت جلو بکشند که به آنها امکان می‌داد با ثبات در سرعت‌های پایین‌تر پرواز کنند و از قدرت لیفت اضافی تولید شده نهایت بهره را ببرند.

هنگامی که هواپیما از روی عرشه ناوهای هواپیمابر بلند شده و به ارتفاعات بالا می رفت، بال‌های این جنگنده به سمت عقب متمایل می شد که امکان مانور و سرعت بالاتری را فراهم می‌کرد. نیروی دریایی درخواست‌های خود را برای پیمانکاران ارسال کرد تا یک جنگنده جدید و پیشرفته را توسعه دهند که از این طراحی متغیر بال جارویی استفاده کند، چیزی که به یک دارایی حیاتی بال هوایی نیروی دریایی آینده ایالات متحده تبدیل می‌شود.

جنرال داینامیکس اولین پیمانکار نظامی بود که به این درخواست واکنش نشان داد، شرکتی که قبلاً یک هواپیمای بال متغیر برای نیروی هوایی ایالات متحده ساخته بود که در سال ۱۹۶۷ وارد خدمت شد. F-111 Aardvark قبلاً رد چندین نقش برای نیروی هوایی فعالیت کرده، به عنوان هواپیمای تهاجمی و هواپیمای شناسایی عملیات های متعددی انجام داده و همچنین می توانست برای جنگ الکترونیک پیکربندی شود. این هواپیما همچنین می توانست ماموریت های بمباران استراتژیک را با قابلیت حمل تسلیحات هسته ای انجام دهد. ایده پیکربندی مجدد این هواپیما برای انجام رهگیری در ارتفاع بالا از روی ناوهای هواپیمابر دور از ذهن به نظر نمی رسید. با این حال، تنها یک فروند F-111 بر روی یک ناو هواپیمابر فرود آمده و نیروی دریایی هرگز نوع تخصصی آن را به خدمت نگرفت.

گرومن نیز ایده خاص خود را برای نیروی دریایی داشت و این بار یک جت جنگنده را منحصراً برای این سازمان توسعه داد. جنگنده F-14 Tomcat ساخت گرومن، یک هواپیمای جنگنده چندمنظوره دو موتوره ناونشین با قابلیت عملیات در تمامی شرایط آب و هوایی بود که در نهایت هواپیمای انتخابی توسط نیروی دریایی شد، در رقابت با نسخه تغییر یافته F-111 Aardvark. توسط جنرال داینامیکس.

این دو هواپیما یک ویژگی کلیدی مشترک داشتند

در حالی که این دو هواپیما از چندین جنبه کلیدی با هم تفاوت داشتند، نوآوری‌های منحصربه‌فردی وجود داشت که هر دو هواپیما مشترکاً روی میز آورده بودند. در حالی که واضح ترین آنها مفهوم هندسه متغیر بود که هر دو هواپیما پیشگام آن بودند، در واقع شاهکار متفاوتی از مهندسی هواپیما در این دو معرفی شده بود.

موتور Pratt & Whitney TF30 ، یک موتور بسیار پیشرفته، به عنوان نیروگاه اصلی برای تامکت و آردوارک استفاده می شد و این موتور اولین توربوفن پس سوزی بود که در هواپیماهای نظامی استفاده شده است. F-14 و F-111 هر دو برای پرواز در سرعت های پایین با کنترل بی نقص و با سرعت های بالا در ارتفاع، به نوع جدیدی از موتور نیاز داشتند.

پرت اند ویتنی، یک سازنده موتور قدیمی که اکنون یکی از زیرمجموعه های شرکت RTX Corporation است، با موتور بسیار پیشرفته و شاهکار TF30 پاسخ این مسئله را داد. بیایید نگاهی عمیق‌تر به مهندسی چشمگیر این موتور بیندازیم و تاثیری که توربوفن‌های پس سوز در بازار داشتند را بررسی کنیم.

توربوفن پس سوز دقیقاً چیست؟

توربوفن پس سوز یک موتور جت است که از یک موتور توربوفن مجهز به پس سوز تشکیل شده است که برای افزایش نیروی پیشرانه در دوره های خاص استفاده می شود. این نوع موتور کارآیی یک توربوفن را با نیروی اضافیِ (که برای پرواز مافوق صوت مورد نیاز است) یک توربوجت پس سوز ترکیب می کند.

به گفته سازمان ملی هوانوردی و فضایی (ناسا)، پس سوز معمولاً در قسمت اگزوز موتور قرار دارد و هنگام خروج هوای گرم موتور از توربین، سوخت اضافی را به این جریان تزریق می کند که به سرعت گازهای خروجی را سوزانده و به طور قابل توجهی شتاب ایجاد می کند. برخی از موتورهای توربوفن پس سوز حتی سوخت را در هوای سردتری که کمپرسور توربوفن را دور زده است، مشتعل می‌کنند و نیروی پیشرانه را حتی بیشتر نیز خواهد کرد.

موتورهای توربوفن پس سوز عمدتاً در جت های جنگنده مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا امکان پرواز مافوق صوت، مانورهای رزمی و برخاستن در مسافت های کوتاه را فراهم می کنند و در عین حال نسبت پیشرانه به وزن بالاتری را نسبت به اکثر موتورها ارائه می دهند، اما با بازده سوخت پایین تر همراه هستند. با گذشت زمان، توربوفن های پس سوز به طور گسترده ای برای تامین انرژی جت های جنگنده استفاده شدند.

توسعه و میراث موتور TF30

موتور Pratt & Whitney TF30، اولین توربوفن پس سوز جهان که وارد تولید انبوه شد، یک موتور توربوفن کم بای پس بود که در اصل برای هواپیمای F6D Missileer، یک جنگنده مادون صوت، ساخته شده بود. اگرچه این برنامه بعداً لغو شد، این موتور برای نیرو دادن به هواپیماهایی مانند F-111 Aardvark، F-14A Tomcat و A-7 Corsair II به یک پس سوز مجهز شد. این موتور برای اولین بار در سال ۱۹۶۴ مورد استفاده قرار گرفت و تولید آن به مدت ۲۴ سال تا سال ۱۹۸۶ ادامه یافت. در اینجا برخی از مشخصات TF30 آمده است:

دستهویژگی های موتور Pratt & Whitney TF30وزن خشک۱,۸۰۷ کیلوگرمحداکثر پیشرانه۱۴,۵۶۰ پوندنرخ بای پس۰.۸۷۸ به ۱

به ادعای فلایت گلوبال، منشأ این موتور به برنامه موتور توربوفن JT10A در سال ۱۹۵۹ باز می گردد، موتوری که برای Douglas Model 2067، یک نسخه مفهومی اولیه برای هواپیمای Douglas DC-9، توسعه یافته بود. در حالی که این موتور وعده راندمان مصرف سوخت بهتری را می داد، بعداً با توقف توسعه برنامه Douglas Model 2067، کنار گذاشته شد.

اما در سال ۱۹۶۰ بود که نیروی دریایی ایالات متحده تصمیم گرفت این موتور برای کاربردهای نظامی مافوق صوت بهترین استفاده را دارد. جنرال داینامیکس بعداً TF30 را برای F-111 Aardvark انتخاب کرد، یک پس سوز اضافه به آن اضافه نمود و این موتور را به اولین توربوفن پس سوز عملیاتی در جهان تبدیل کرد.

توربوفن های پس سوز امروزی

میراث اولین موتور توربوفن پس سوز جهان امروزه یکی از عناصر اصلی هوانوردی نظامی است. اکثر جت های جنگنده بزرگ در واقع از توربوفن های پس سوز استفاده می کنند و تمام برنامه های زیر منحصراً بر این موتورها تکیه دارند:

Lockheed Martin F-35 Lightning II

Lockheed Martin F-22 Raptor

General Dynamics F-16 Fighting Falcon

Boeing F-15EX Eagle II

در کل، توان خروجی چشمگیر و قابلیت اطمینان بودن موتورهای توربوفن پس سوز، علاوه بر راندمان سوخت عالی، آن را به گزینه ای ایده آل برای برنامه های جت های جنگنده تبدیل کرده است. داستان Pratt & Whitney TF30 همچنان میراثی الهام بخش از مهندسی پیشگامانه را پشت سر خواهد گذاشت.