تبلیغات
به وبلاگ انجمن مهندسی هوافضا دانشگاه پیام نور شیراز خوش آمدید، امیدواریم مطالب وبلاگ مورد توجه و استفاده ی شما عزیزان قرار گیرد، لطفا با پیشنهادات و نظرات خود ما را در افزایش کیفیت و کمیت هر چه بیشتر مطالب و موضوعات مرتبط با علوم هوافضایی یاری نمایید.با تشکر از حضور گرمتان.

ابزار وبلاگ

انجمن دانشجویان مهندسی هوافضا دانشگاه پیام نور شیراز - آشنایی جامع با گرایش پیشرانش
تاریخ : شنبه 7 فروردین 1395 | 21:22 | نویسنده : فاطمه (مونا) مباشری
با توجه به ایام انتخاب رشته سعی براین شد که بتونیم هرچه زودتر مطالب مربوط به آشنایی جامع با گرایش پیشرانش رو آماده کنیم و در اختیار کسانی که نیاز به آشنایی دارند قرار بدیم. قبل از این دو گرایش آیرودینامیک و سازه رو به طور کامل معرفی کردیم …. به هرحال ممکنه که از نکاتی غافل شده باشیم از صاحب نظرها درخواست می کنیم که اگر نکته ای یا انتقادی به مطالب دارند حتما تذکر بدهند تا مطالب غنی تر بشن … با تشکر

 به صورت خلاصه و كلی میشه گفت هر چیزی كه نیروی لازم برای حركت جسم پرنده رو تامین كنه در دایره پیشرانش قرار می گیره…

گرایش پیشرانش، نیروی جلوبرنده و محرك رو بررسی می كنه…. بنابراین انواع سیستمهای پیشرانش هوایی (هواپیما و بالگرد و انواع روتوکرافتها) و فضایی (موشكها و ماهواره ها و کلیه فضاپیماها) موضوع مورد مطالعه برای یك مهندس پیشرانش در عرصه هوافضاست.

واژه مرسومی كه معمولا هوافضایی ها برای نیروی پیشران به كار می برند، نیروی تراست هست (Thrust force) كه غالبا جهت آن در راستای حركت جسم پرنده می باشد.

دسته بندی كلی گرایش پیشرانش

این گرایش رو میشه به دو دسته اصلی تقسیم كرد. البته ممکنه در محیطهای دانشگاهی، شما تقسیمم بندی های دیگری رو هم ببینید.

دسته اول:

 پیشرانش هوایی:

همه موتورهایی که در مسیر حرکت خودشون، از هوا برای کارکرد موتور استفاده میکنند در این دسته هستند؛ اصطلاحاً به این گروه از موتورها، هواتنفسی (Air Breathing) هم گفته میشه. همه موتورهای پیستونی و جت مورد استفاده در هواپیما، بالگرد و یا موشکهای کروز عضو این خانواده هستند.

موتورهای پیستونی كه مثل موتور خودروهای زمینی كار می كنند، نسل اول موتورهای هوایی هستند و برای هواپیماهای سبك که نیاز به سرعت پرواز خیلی بالایی ندارند، استفاده میشوند. وظیفه آنها تولید قدرت و توان برای به حركت در آوردن ملخ می باشد.

موتورهای جت گروه دیگری از پیشرانهای هوایی هستند كه به گروه های زیر تقسیم بندی میشوند:

-          توربوپراپ

-          توربوجت

-          توربوفن

-          رم جت

-          اسكرم جت

-          توربوشفت

که البته مورد آخر، کاربرد هوافضایی زیادی نداره و بیشتر در نیروگاهها مورد استفاده است. موتور توربوجت، هم در جنگنده ها و هم در موشکهای کروز مورد استفاده است.

در پیشرانش جت هوا ابتدا از ورودی موتور داخل كمپرسور شده و سپس در محفظه احتراق انرژی آن افزایش پیدا كرده و گازهای داغ با سرعت بالا از نازل موتور خارج می شوند. در واقع موتور های جت با با بلعیدن هوا و انرژی دادن به آن، ایجاد نیروی تراست می كنند. فرایند و قسمتهای مختلف موتور جت در زیر نشان داده شده:

پیشرانش جت سهم عمده ای در این گرایش دارد. در واقع این زمینه زیر مجموعه مبحث توربین های گاز هست كه در رشته مكانیك كاربرد وسیعی دارد.

پیشرانش فضایی:

همون طور که گفته شد، دسته دوم موتورها، موتورهای مورد استفاده در ماهواره ها و فضاپیماها و بیشتر موشکهاست. فرق این موتورها با دسته اول در اینه که برای کارکرد خودشون نیازی به هوا ندارند.

موتور موشک:

شناخته شده ترین عضو این خانواده، موتورهای شیمیایی (یا همون موتور موشکی که میشناسیم) هستند. این موتورها سوخت و اکسیدایزر مورد استفاده خودشون رو داخل خودشون دارند و نیازی به استفاده از هوا ندارند. از لحاظ سوخت، میشه این موتورها را به سه دسته تقسیم کرد.

موتور موشك و راكت، علاوه بر ایجاد نیروی تراست، نیروی بالابر را هم تأمین می كند. راکت­ها و موشک­ها با موتور سوخت جامد در سیستم های نظامی و تدافعی عملکرد بهتری دارند و بسیار قابل توجه اند. و موتورهای با سوخت مایع بیشتر برای مسافت های طولانی و ماموریت فضایی مورد استفاده قرار می گیرند.

فضاپیماهای بین سیاره ای:

برای مأموریتهای بین سیاره ای، استفاده از موتورهای معروف موشکی ممکن نیست، چون که وزن سوخت و اکسیدایزر مورد نیاز خیلی خیلی زیاد میشه و اصلاً انجام مأموریت را غیرممکن میکنه. از طرف دیگر، به دلیل نبودن نیروی جاذبه قابل توجه در این مأموریتها، نیروی پیشران مورد نیاز خیلی کم هست. به همین دلیل، از موتورهای هسته ای، یونی، پلاسما و … استفاده میشود. این موتورها میتونند ضربه و تراست کمی تولید کنند اما در عوض مدت زمان کاریشون تا چند ماه ممکنه ادامه پیدا کنه.

کنترل وضعیت ماهواره:

ماهواره ها (یا قمرهای مصنوعی) اجسامی هستند که در مدار سیاره زمین یا سیاره های دیگر قرار داده میشوند و به دلیل وجود میدان جاذبه سیاره، دور سیاره میچرخند. البته در شرایط ایده آل که هیچ نیروی اصطکاکی در مسیر حرکت ماهواره وجود نداشته باشه، ماهواره به مسیر خودش در یک مدار خاص ادامه میده. ولی در واقعیت به دلیل وجود نیروهای پسا (هر چند خیلی کم هستند) ماهواره از مدار خودش به مدارهای پایین تر منتقل میشه.

یکی از راههای جلوگیری از این اتفاق، استفاده از موتورهای کوچک در ماهواره است. به این موتورهای کوچک اصطلاحاً تراستر گفته میشود. تراسترهای مورد استفاده در ماهواره ها معمولا از نوع گاز فشرده هستند.

پیشرانش در طبیعت

در یك نگاه می شه فهمید كه الگوی وسایل پرنده در طبیعت، انواع پرندگان و حشرات هستند. سیستمهای پروازی این پرنده ها، خیلی پیچیده و پیشرفته و بعضا باهم متفاوته كه در عین ظرافت بسیار عالی طراحی شده اند. تا حالا به این فكر كرده اید كه پرنده ها چگونه نیروی پیشرانش رو تولید می كنند؟ پیشرانش پرنده ها توسط بال هاشون انجام میشه… به طوری كه قسمت بیرونی بال های پرنده وظیفه ایجاد نیروی پیشران رو دارند.

در تصویر بالا پرنده در حال پایین آوردن بالهاست، كه در این حالت با پیچش قسمت بیرونی بال نیروی پیشران لازم برای حركت به جلو رو تامین می كنه.

دسته ای از پرنده ها و حشرات، این قابلیت رو دارن که با طرز خاصی بال زدن، خودشون رو ثابت توی هوا نگه دارن. به طور مثال، پرنده ای که در عکس زیر دیده میشه مرغ مگسخوار (Hummingbird) نام داره و با همین قابلیت که در هوافضا بهش میگن: پرواز در حالت هاور (Hover) خودش رو در هوا نگه میداره و از شهد گلها استفاده میکنه.

نرم افزارهای پیشرانشی

از اونجایی كه خیلی از مباحث پیشرانش با آیرودینامیك تلاقی داره، در زمینه نرم افزارها هم باید بگیم كه همین تلاقی وجود داره… به طور مثال نرم افزار تحلیل سیالاتی فلوئنت كاربرد زیاد در تحلیل مسائل پیشرانشی مثل مدل سازی احتراق داره….

با توجه به زمینه های مختلف پیشرانش بالطبع نرم افزارهای گوناگونی وجود دارند. توربین گاز كه یكی از زمینه های مهم و گسترده پیشرانش هست از اهمیت زیادی برخورداره و متناسب با اون نرم افزارهای مربوط به اجزای مختلف توربین گاز طراحی و ساخته شده است. مثلا نرم افزار Gusturb 10 نرم افزاری مناسب برای تحلیل سیكل انواع موتورهای جت و توربین گازی هست…. این نرم افزار رو برای دانلود در سایت قرار دادیم…

نرم افزار دیگه مربوط به طراحی توربین، كمپرسور، فن (Fan) و  هندسه پره های اون هست (blade design software):

 

- CFturb

- Axial Fan Selection Software (FVA)

- FANx

-Qblade software

- Rocket Propulsion Analysis (RPA)

-Propulsion System Design Software for MATLAB

  این ها نمونه ای از  نرم افزارهای پیشرانشی هست كه صرفا برای آشنایی معرفی شدند و شاید به خیلی هاشون دسترسی نداشته باشید….

پیشرانش در دانشگاه

در دانشگاه هم گرایش پیشرانش نزدیكی بسیاری با گرایش آیرودینامیك داره به طوری كه در بعضی از دانشگاههای جهان به جای آیرودینامیك و پیشرانش، تلفیقی از این دو گرایش با نام آیرو-پروپالشن وجود داره… یكی از دانشگاههایی كه به شدت به دنبال این رویكرده، دانشگاه علم و صنعت هست.

در دانشگاه های ایران (همانند كارشناسی) توجه بیشتری به موتورهای هواپیما میشه و موتور موشك باز هم در حاشیه قرار داره….اگرچه یك درس برای آشنایی با موشك وجود داره…. در واقع دروس كارشناسی ارشد پیشرانش جوری طراحی شده كه دانشجو با قسمتهای مختلف یك توربین گاز و عملكرد اونها آشنا میشه… توربین گازی به صورت خلاصه دستگاهی هست كه هوا رو فشرده می كنه و با احتراق سوخت انرژی اون رو افزایش می ده…. از این افزایش انرژی در راه های مختلف می شه استفاده كرد مثل تولید نیروی تراست در هواپیما و یا تولید قدرت و توان برای تولید برق در ژنراتورها.

 رشته پیشرانش در دانشگاه های ایران دارای مواد درسی زیر هست:

- اصول جلوبرنده های پیشرفته

- طراحی آیرودینامیك توربوماشین ها

- سوخت و احتراق پیشرفته

- آیرودینامیك ورودی

 سه درس اصول جلوبرنده های  پیشرفته، طراحی آیرودینامیك توربو ماشین ها و سوخت و احتراق پیشرفته  یه جورایی مربوط به توربین های گازی می شوند. مبحث آیرودینامیك ورودی  مشترك بین موتور موشك و هواپیماست و در نهایت آئرو ترمودینامیك موتورهای موشك، به راكت و موشك می پردازه…

اصول جلوبرنده های  پیشرفته

به طور خلاصه این درس به بررسی انواع موتورهای جت و تحلیل ترمودینامیكی  اونها می پردازه….و البته در كنار اون موتورهای موشك هم مورد مطالعه قرار می گیره…. روابط لازم استخراج میشه و در نهایت این درس دانشجوی پیشرانش دیدی جامع و كامل با انواع موتورهای پیشرانشی و تغییرات پارامترهای اصلی اون پیدا می كنه… مثلا وقتی بهش میگن كه یه موتور رم جت در فلان ارتفاع و سرعت، پرواز می كنه، میتونه تحلیل كنه و حدود كارایی و راندمان اون رو تخمین بزنه… منبع پیشنهادی برای این درس كتاب پیشرانش جت و راكت متینگلی هست

(Elaments of PropulsionGas Turbines and Rockets).

طراحی آیرودینامیك توربو ماشین ها

توربوماشینها در واقع شاخه گسترده ای داره و در صنایع مختلف نیروگاهی و دریایی و هوایی و زمینی كاربرد داره…. اگر بخوام نماد و سمبل مبحث توربوماشین رو بیان كنم باید در یك كلام بگم : پره (blade) ….. چون قلب تپنده توربوماشین، پره ها هستند… در درس طراحی آیرودینامیك توربوماشینها به بررسی انواع كمپرسورها و توربینها اعم از محوری و شعاعی پرداخته میشه … وظیفه كمپرسور فشرده سازی هواست و وظیفه توربین ها گرفتن كار از گازهای پرفشار و داغ برای تولید توان هست. در پایان این درس شایسته هست كه دانشجو توانایی طراحی آیرودینامیك توربین و كمپرسور و پره های اون رو داشته باشه… هرچند این طراحی ابتدایی و اولیه باشه…. بنابراین اگر شما دانشجوهای ارشد پیشرانش دیدید كه استادتون در این زمینه براتون كم گذاشته یقه ش رو بگیرید!

منبع پیشنهادی :Turbines Compressors and Fans – S M Yahya

سوخت و احتراق پیشرفته

سوخت و احتراق بسیار زمینه مهمی در صنعت ساخت موتورهاست به طوری كه بالا بردن كیفیت سوخت و كارایی احتراق به كاهش هزینه و آلودگی كمك بسیار كرده و در كل بازده موتور افزایش پیدا می كنه….  در این درس محفظه احتراق توربین گازی و یا احتراق سوخت موشكی مورد بررسی قرار می گیره…  از جمله مباحثی كه در این درس مطرح میشه عبارتند از:

حد اشتعال، سرعت اشتعال، درجه حرارت شعله، خواص و ساختمان هیدروكربن، آنتالپی تشكیل و واكنش، تجزیه شیمیایی، ثبات شعله، توربولانس و چرخش، مدل كردن كامپیوتری شعله های laminar و Turbulent، معیارهای عملكرد برای سیستم احتراق توربین های گاز، راندمان احتراق، ثبات و عملكرد محفظه احتراق، مبانی طراحی محفظه احتراق،روش افت فشار و ارزیابی احتراق در بهینه سازی محفظه، انواع مخازن احتراقی و مزایای نسبی آنها….

منبع پیشنهادی: An introduction to combustionconcepts and application

[تصویر: 88949909277763253448.jpg]

آیرودینامیك ورودی

 این میحث كه انطباق زیادی با مباحث آیرودینامیكی دارد به بررسی رفتار جریان هوا در ورودی های مختلف خصوصا ورودی موتورهای جت می پردازه…. اهمیت این موضوع زمانی دوچندان میشه كه دهانه موتور در سرعتهای مافوق صوت و گذر صوتی بررسی بشه… ایجاد موجهای ضربه ای قائم و مایل و چگونگی تشكیل آنها از دغدغه های طراح هست…از جمله مباحث مطرح شده در این درس عبارت است از:

فشار دهانه ورودی زیر صوت، اثرات حدود صوت در جریان قبل از ورود، جدایی از لبه و جریان حدود صوت در گلوگاه، تراكم مافوق صوت خارجی، افت ها در دهانه های ورودی مافوق صوت، انحراف های لایه مرزی، پسای خارجی دهانه ورودی، نوسان موج های ضربه ای در ورودی،  كنترل دهانه های ورودی در زوایای برخورد، وسایل و طرحهای جدید و ….

منبع پیشنهادی: Intake Aerodynamics- J. Seddon – مقدمه ای بر آیرودینامیك ورودی ها

    

آئروترمودینامیك موتورهای موشك

در این درس با انواع راكتهای سوخت مایع، جامد، سوخت دوگانه آشنا می شوید. جریان در نازل خروجی، احتراق، انواع سوخت ها و قدرت پیشبرندگی مخصوص از دیگر مباحث این درس هستند… به طور كلی در این درس با زیر و بم موشك و راكت و عملكرد اون آشنا خواهید شد.

منبع پیشنهادی: Rocket Propulsion Elements

برای آشنایی بیشتر با کلیه کتب هوافضایی اینجا کلیک کنید. 

بازار كار پیشرانش

این شاخه از هوافضا نسبت به گرایش آیرودینامیك اقبال و گستردگی بیشتری داره… خصوصا در ایران به مباحث موشكی می پردازند و پیشرانش موشكی مورد توجه بیشتری نسبت به پیشرانش هوایی هست

و هم چنین در صنعت فضایی، كه بحث ماهواره بر مطرح میشه، مباحث پیشرانشی ماهواره بر و حتی پیشرانش ماهواره وارد بوردس شده و تراستر ماهواره ها از مقوله های جاری هست…

اما پیشرانش فقط این ها نیست… آینده توربین های گازی در ایران هم روشنه و دانشمندان ایرانی  سعی می كنند كه دانش فنی توربین های گازی رو بدست بیارند… و خودتون بهتر می دونید كه با رسیدن به این دانش توانایی ساخت موتورهای جت، توربین گازهای نیروگاهی و پیشرانه های مختلف زمینی و دریایی تامین خواهند شد.

یك مهندس پیشرانش در زمینه جریان های داخلی تحلیل خوبی پیدا می كنه و حتی میتونه برخی پروژه های سیالاتی رو انجام بده… مثلا در صنایع نفت و گاز و جریان های سیال مربوط به آنها





طبقه بندی: پیشرانش،  دستاورد های هوا فضا،  موشک،  جنگنده،  جت،  دانستنی های مهندسی هوافضا، 
برچسب ها: پیشرانش، پیشران، جلوبرندگی، موتور، اسکرم جت، رم جت، تراست،