موتور توربوپراپ چیست و نحوه عملکرد آن چگونه است؟

موتور توربوپراپ که در واقع به همان موتور‌های پراپلر‌دار گفته می‌شود، نوعی موتور توربینی گازی با ویژگی‌های خاص و منحصر به فرد است. این موتور‌ها جدای از داشتن شباهت‌های زیاد به موتور‌های جت، دارای یک توربین در پشت محفظه احتراق و یک ملخ (پروانه) در جلوی خود هستند که رانش لازم برای پرواز را ایجاد می‌کند.

در ادامه این محتوا با آسمان ایکس همراه باشید تا درباره بخش‌های تشکیل دهنده موتور‌های توربوپراپ، کاربرد آنها و همچنین نحوه کارکردشان نکاتی را بیان کنیم.

بخش های تشکیل دهنده موتور توربوپراپ

قطعات و بخش‌های مختلف یک توربین توربوپراپ به ترتیب از جلو تا انتها به شرح زیر است که پس از نام بردن، اتصالات و کاربرد هر کدام، در بخش توضیح عملکرد به تفضیل ارائه خواهد شد:
• ملخ یا پروانه اصلی
• گیربکس موتور
• شافت ثانویه (رابط بین گیربکس و ملخ)
• توربین ثانویه
• کمپرسور
• انژکتور یا تزریق کننده سوخت
• محفظه احتراق
• توربین اولیه (که یک توربین گازی است)
• خروجی سوخت مصرف شده (اگزوز)
• شفت اولیه (رابط بین توربین اولیه و کمپرسور که در ترتیب یاد شده قرار نمی‌گیرد)

نحوه عملکرد موتور توربوپراپ

نحوه عملکرد موتور توربوپراپ را می‌توان به صورت خلاصه شده به این صورت ارائه کرد:

با چرخش پرپ (یا همان پروانه) در جلوی موتور، هوای ورودی به کمپرسور می‌رود. در این بخش با فشرده سازی هوای وارد شده و پس از آن مخلوط شدن با سوخت، هوای آماده در محفظه احتراق با سوختن بتواند توربین اصلی (یا اولیه) و دیگر بخش‌های موتور که در ادامه توضیح داده خواهد شد را به چرخش درآورد.

به طور جزئی‌تر، در این فرایند کمپرسور گریز از مرکز، فرایند فشرده سازی هوا را تا حدی که دما و فشار آن به اندازه کافی بالا برود ادامه داده و سپس آن را به محفظه احتراق می‌فرستد. در این بخش نیز به کمک یک انژکتور سوخت به کامبر اضافه شده و به علت فشرده شدن بسیار زیاد هوای مخلوط با سوخت، خود به خود مشتعل می‌شود.

سوخت و هوای احتراق شده نیز با هدایت به بخش توربین می‌رسد و نسبتا منبسط می‌شود. در نتیجه با سرعت بسیار زیادی توربین را به چرخش در می‌آورد که خود به وسیله انتقال از شفت اصلی، باعث افزایش قدرت کمپرسور می‌شود.

در انتهای این فرایند نیز به دلیل نیرو گرفتن کمپرسور، مکش هوا به خوبی انجام می‌شود تا پروانه جلویی موتور نیز با سرعت هر چه بیشتر به حرکت در آید و هواپیما بتواند نیروی لازم برای حرکت خود را تامین کند.

خوب است بدانید که با به حرکت درآمدن توربین موتور، شفت هم (که هر دو بخش توربین و کمپرسور به آن متصل هستند) به حرکت در‌می‌آید و چرخش آن رابطه مستقیم با چرخش کمپرسور دارد.

همچنین شایان ذکر است که در موتور‌های توربوپراپ علاوه بر توربین اصلی، توربینی ثانویه‌ای نیز در بخش ملخ وجود دارد که با گیربکس در ارتباط است و چرخش آن پس از انتقال توسط گیربکس باعث چرخش ملخ می‌شود.

بیشتر بخوانید: الکتروموتور چیست

تفاوت موتور توربوپراپ با توربوجت

یکی از مهم‌ترین تفاوت‌های موتور‌های توربوپراپ با موتور‌های توربوجت این است که به دلیل مصرف بخشی از نیروی تولید شده (تراست) در کمپرسور و مولد الکتریکی، انرژی نهایی تولید شده دارای مقدار کمتری نسبت به دیگر موتورهاست و تمام انرژی تولید شده از احتراق صرف چرخش توربین اصلی نمی‌شود.

این تفاوت همچنین باعث شده تا گاز‌های خروجی موتور (که از آخر آن به بیرون هدایت می‌شوند) بخش قابل توجهی از انرژی خود را در موتور صرف کرده و توان کافی برای ایجاد سطح رانش بالا نداشته باشند. در نهایت تمام این تفاوت‌ها، کاربردهای مختلفی را برای موتور‌های توربوجت و توربوپراپ به وجود آورده است.

کاربرد‌های موتور توربوپراپ

موتور های توروبوپراپ عموما در حمل و نقل‌های هوایی نظامی و مسافربری و گاها باربری کاربرد دارند. این موتور‌ها به علت سرعت متوسطی که می‌توانند ایجاد کنند، در هواپیما‌های زیر صوت و با سرعت‌های حدودی کمتر از 0.8 یا 0.7 ماخ استفاده می‌شوند.

هواپیما‌هایی‌ که از این نوع موتور برای حرکت خود استفاده می‌کنند اکثرا نیاز به قدرت بیشتری نسبت به سرعت دارند.

از هواپیما‌هایی که با موتور‌های توربوپراپ کار می‌کنند می‌توان به فوکر 50 و ITR72 از دسته هواپیما‌های مسافربری کوچک و همچنین به لاکهید C130 هرکولس و ایرباس A400m اطلس از دسته هواپیما‌های نظامی اشاره کرد.

همچنین به دلیل کاربرد بسیار موتور توربوپراپ در ساخت هواپیما‌های مسافربری منطقه‌ای، این هواپیما‌ها را با این نام یعنی” هواپیمای توربوپراپ منطقه‌ای ” نیز می‌شناسند. این دسته از هواپیما‌ها عموما برای سفر‌های کوتاه با مسافرین بین 35 الی 100 نفر طراحی شده‌اند و در مسافت‌های کمتر از 740 کیلومتر به صرفه‌تر از جت‌ها هستند.

مصرف سوخت و همچنین هزینه‌های تعمیر و نگهداری بسیار کمتر این هواپیما‌ها به نسبت جت‌ها مزیت رقابتی بسیار قدرتمند آنهاست.

این مزایا و همچنین موارد دیگری که در ساخت خود هواپیما‌های منطقه‌ای رعایت می‌شود، باعث شده تا شرکت‌های مسافربری و همچنین ارتش‌ کشور‌های مختلف، برای جابجایی کوتاه از این هواپیما‌ها بهره ببرند.

همچنین بخوانید: منظور از جاروبک و کموتاتور چیست؟

چرا موتور‌های توربوپراپ برای سرعت‌های فراصوت استفاده نمی‌شوند؟

پاسخ اصلی این سوال، به دلیل وجود پروانه در این موتور‌ها و همچنین این نکته که در حین حرکت، سرعت بخش‌های خارجی پره به مراتب بیشتر از بخش‌های مرکزی آن است، بر می‌گردد. با توجه به این دو مورد، هنگام رسیدن سرعت بخش‌های خارجی به سرعت صوت، بخش‌های داخلی هنوز با این مقدار سرعت در چرخش نیستند و این موضوع باعث وارد شدن فشار زیاد به پروانه شده و در نهایت به شکستن و یا کنده شدن پروانه ختم می‌شود.

لذا با اینکه سعی شده در موتور توربوپراپ با انجام بهینه‌سازی های مختلف، مصرف سوخت کاهش پیدا کند (که به عنوان مثال مصرف سوخت این موتور‌ها دو سوم موتورهای توربوفن است) و از اتلاف نیرو نیز جلوگیری شود، اما نمی‌توان از آنها برای سرعت‌های بالا استفاده کرد.

در نهایت با اینکه ممکن است از معایب توربوپراپ‌ها، به اتلاف انرژی قابل توجه به علت متحرک بودن قطعات بیشتری از موتور به نسبت دیگر انواع موتور‌ها اشاره شود؛ اما هنوز موتور توربوپراپ با تمام ویژگی‌های منفی و مثبت خود، در شرکت‌های هواپیمایی و سازمان‌های نظامی پیشرو دنیا در ساخت پهپادها و هواپیما‌های مدرن استفاده می‌شود.

همچنین خوب است بدانید متاسفانه هنوز کشور ما به فناوری تولید این موتور‌ها دست پیدا نکرده است و امیدواریم با همت مهندسین جوان ایرانی، در آینده نه چندان دور از آن در ساخت پهپاد‌ها استفاده شود.

مقالات مرتبط:

• انواع موتور پهپاد
• موتور پیستونی و انواع آن
• موتور توربوفن و طرز کار آن
• موتور وانکل و طرز کار آن