بسم الله الرحمن الرحیم گلوگاه اژدها محفظه احتراق در پیشران‌‌های هوا تنفسی محفظه احتراق فضایی در توربین‌‌های گازی، موتور‌‌های رمجت یا اسکرم جت است که احتراق در آن صورت می‌گیرد. همچنین به سوزاننده، یا محفظه احتراق یا نگهدارنده شعله[1] معروف هستند. در یک موتور توربین گازی، محفظه احتراق تحت تزریق هوا با فشار زیاد بوسیله کمپرسور قرار می‌گیرد. سپس هوای فشرده تحت فشار ثابت گرم می‌شود. پس از آن هوای گرم شده از محفظه احتراق از طریق پره‌‌های نازل به سمت توربین هدایت می‌شود، در نمونه موتور‌‌های رم جت یا اسکرم جت، هوا به صورت مستقیم به درون نازل‌‌ها تزریق می‌شود. یک محفظه احتراق باید به رغم جریان بسیار شدید هوا در آن، یک احتراق پایدار را در خود ایجاد و حفظ کند. برای این منظور محفظه احتراق باید به دقت برای ترکیب و احتراق اولیه هوا و سوخت طراحی شود و سپس برای ترکیب بیشتر هوا جهت تکمیل فرایند احتراق آماده شود. ابتدا موتور‌‌های توربین گازی از یک محفظه تکی سود می‌بردند که به عنوان محفظه احتراق قوطی شکل شناخته می‌شد. امروزه 3 نوع پیکر بندی اصلی موجود است: 1. نوع قوطی شکل[2] 2. نوع حلقوی[3] 3. نوع ترکیبی حلقه ای-قوطی شکل[4] البته حالت پس سوز در موتور‌‌های جت معمولا نوع دیگری از محفظه‌‌های احتراق در نظر گرفته می‌شوند. محفظه‌‌های احتراق نقش خیلی مهمی در تعیین بسیاری از ویژگی‌‌های عملیاتی موتور ها، از قبیل بازده سوخت، سطح انتشار گلخانه ای و واکنش گذرا ( پاسخ تغییر وضعیت جریان سوخت و سرعت هوا ) بازی می‌کنند. محفظه احتراق موتور توربو جت رولز رویس اصول وظیفه محفظه احتراق در یک توربین گازی ایجاد انرژی لازم در سیستم، برای گردش توربین و تولید گازی با سرعت بالا برای خروج از طریق نازل اگزوز در موتور هواپیما‌‌ها است. همانند هر چالش مهندسی دیگری، انجام این کار نیاز به حفظ تعادل بسیاری از ملاحظات در طراحی دارد، از جمله: - احتراق کامل سوخت. در غیر این صورت، موتور فقط سوخت احتراق نیافته را هدر می‌دهد و خروجی‌‌های ناخواسته از قبیل هیدرو کربن‌‌های احتراق نیافته، مونو اکسید کردن و دوده را تولید می‌کند. - از دست دادن فشار در محفظه احتراق. توربینی که محفظه احتراق را تغذیه می‌کند نیاز به جریان هوای پرفشار دارد تا با بهره وری مناسب کار کند. - عمل احتراق می‌بایست در درون محفظه احتراق پایدار نگه داشته شود. اگر احتراق بیشتر در عقب موتور صورت گیرد قطعات توربین به آسانی اورهیت[5] خواهد شد و آسیب می‌بیند. علاوه بر این فناوری ساخت پره‌‌های توربین در حال پیشرفته شدن است و این پره‌‌ها می‌توانند در برابر حرارت‌‌های بیشتری تاب آوری داشته باشند، سعی می‌شود محفظه‌‌های احتراق به نحوی طراحی شوند که بتوانند عمل احتراق را در حرارت بالاتری به انجام برسانند و بنابراین اجزای محفظه احتراق باید بتوانند در برابر آن حرارت - در ارتفاع بلند در صورت از دست رفتن جریان احتراق یا خفگی، مجددا باید بتواند احتراق را استارت بزند. - پروفیل یکنواخت خروج حرارت. اگر نقاط خیلی داغ در جرایان خروجی باشد، احتمال دارد توربین در معرض استرس حرارتی یا انواع دیگر آسیب قرار گیرد. به طور مشابه، در پروفیل حرارتی داخل محفظه احتراق می‌بایست از تجمع حرارت در یک نقطه جلوگیری کرد، زیرا موجب آسیب یا حتی تخریب محفظه احتراق از داخل می‌شود. - وزن کم و اندازه کوچک. فضا و وزن در کاربرد‌‌های هوانوردی یک موضوع بسیار مهم است، به همین منظور در یک طراحی خوب کوشش می‌شود محفظه احتراق کوچک و فشرده باشد. در تجهیزاتی به غیر از تجهیزات هوایی، مثل توربین‌‌های گازی تولید برق نیاز به رعایت این فاکتور نیست. - طیف گسترده شرایط عملیاتی. اغلب محفظه‌‌های احتراق باید بتوانند با فشار‌‌های ورودی، حرارت و توده‌‌های جریان متفاوت کار بکنند.این فاکتور‌‌ها با دو عامل تنظیمات موتور و وضعیت محیطی تغییر می‌کنند ( به عنوان مثال حرکت تخته گاز در ارتفاع کم می‌تواند خیلی متفاوت نسبت به حرکت کم گاز در ارتفاع‌‌های بالا باشد.) - میزان انتشار گازهای گلخانه ای. مقررات سختگیرانه ای برای انتشارات گاز‌‌های گلخانه ای از قبیل دی اکسید کربن و اکسید نیتروژن از هواپیما‌‌ها در نظر گرفته شده است. بنابراین محفظه‌‌های احتراق نیاز به طراحی هایی دارند که موجب انتشار حداقل گازهای گلخانه ای شوند. تاریخچه : پیشرفت‌‌ها در فناوری ساخت محفظه احتراق بر روی چند حوضه خاص متمرکز شده است: انتشار گاز ها، محدوده عملیاتی و دوام. موتور‌‌های جت اولیه مقدار خیلی زیادی دود تولید می‌کردند، پیشرفت‌‌های ابتدایی در فناوری محفظه‌‌های احتراق در دهه 1950 به کاهش دود‌‌های تولید شده بوسیله موتور‌‌های جت منجر شد. هنگامی که دود‌‌های ناشی از فعالیت موتور کاملا حذف شد، تلاشها در دهه 1970 به سمت کاهش دیگر گازهای گلخانه ای، مثل هیدروکربن‌‌های نسوخته و مونو اکسید کربن رفت. در این دهه همچنین مشاهده شد که دوام محفظه‌‌های احتراق بهبود یافته است، همچنین با روش جدید ساخت آستر بهبود یافته، طول عمری در حدود 100 برابر نسبت به آستر‌‌های قدیمی بدست آمد. در دهه 1980 محفظه‌‌های احتراق شروع بهبود بهره وری در تمامی محدوده‌‌های عملیاتی نمودند: محفظه‌‌های احتراق به سمت بهره وری نزدیک به 99 درصد در وضعیت حداکثر قدرت متمایل شدند، اما بهره وری آنها در قدرت‌‌های پایین کاهش یافت. پیشرفت‌‌های صورت گرفته در آن دهه موجب بهبود بازده در سطح‌‌های پایینتر نیز شد. در دهه‌‌های 1990 و 2000 بازنگری هایی در کاهش انتشار گازهای گلخانه ای، مشخصا بر روی انتشار اکسید‌‌های نیتروژن صورت پذریفت. تکنولوژی‌‌های مربوط به محفظه احتراق هنوز به صورت فعالانه در حال مطالعه و توسعه است و اغلب تحقیقات به روی بهبود جنبه‌‌های مشابه متمرکز شده است. اجزا پوسته : پوسته، خارجی ترین قشر محفظه احتراق است، و ساختاری کاملا ساده دارد. و عموما نیاز به نگهداری کمی دارد. پوسته در مقابل بارهای حرارتی که ناشی از جریانات هوای درون آن است محافظت شده است و نگرانی کمی در مورد کارایی حرارتی آن وجود دارد. اما پوسته شبیه یک مخزن تحت فشار عمل می‌کند که می‌بایست در برابر اختلاف بین فشار بالا در داخل محفظه احتراق و فشار کم در بیرون آن مقاومت کند. بارهای مکانیکی ( کمتر از بار‌‌های حرارتی ) یک فاکتور دیگر در طراحی پوسته می‌باشد. دفیوزر ( پخش کننده ) : وظیفه دفیوزر، کاهش سرعت هوای فوق فشرده حاصل از کمپرسور، به سرعت بهینه و مناسب برای محفظه احتراق است. کاهش سرعت، نتیجه اجتناب ناپذیر کاهش فشار کلی را در پی دارد، لذا یکی از چالش‌‌های طراحی محدود کردن از دست دادن فشار تا حد ممکن است. بعلاوه دفیوزر باید طوری طراحی شود که اعوجاج جریان را تا حد ممکن بوسیله اجتناب از تاثیرات جریان مثل جدایش لایه مرزی جلوگیری کند. شبیه به اغلب اجزاء موتور‌‌های توربین گازی، دفیوزر تا حد ممکن باید سبک و کوتاه طراحی شود. آستر : آستر شامل روند احتراق و موجب ایجاد جریان‌‌های هوای متفاوت ( توزیع، رقیق سازی و خنک کردن جریان هوا ) در ناحیه احتراق می‌شود. آستری می‌بایست طوری طراحی شود که در مقابل چرخه‌‌های طولانی حرارت‌‌های بالا بتواند مقاومت کند. به این منظور آستری معمولا از سوپر آلیاژهایی چون Hastelloy X ( سوپر آلیاژی از نیکل – کروم – آهن – مولیبدن با قدرت مقاومتی بالا در برابر حرارت‌‌های بالا، مقاومت در برابر اکسید شدن و تغییر شکل با توانایی مقاومت در برابر حرارت تا 1200 درجه سانتی گراد) ساخته شود. علاوه بر این اگر چه در آستری از آلیاژ‌‌های با کارایی بالا استفاده می‌شود، ولی آستری می‌بایست با جریان هوا خنک شود. برخی از محفظه‌‌های احتراق با استفاده از کوتینگ‌‌های سپر حرارتی ( مواد فوق پیشرفته ای که معمولا در ساخت سطوح فلزی به کار رفته در توربین‌‌های گازی و قسمت هایی از موتور هواپیما‌‌ها استفاده می‌شود) ساخته می‌شوند. اما با این حال خنک کردن آستری بوسیله هوا هنوز مورد نیاز است. به طور کلی دو نوع روش خنک کردن آستر وجود دارد. خنک کردن به روش تعریق و خنک کردن به روش فیلم کولینگ. روش نوار نازک یا فیلم کولینگ به وسیله تزریق هوای سرد از بیرون آستری به درون آن کار می‌کند. این روش نوار نازکی شبیه به نوار فیلم از هوا ایجاد می‌کند که از آستری در برابر حرارت محافظت می‌کند و برای مثال می‌تواند حرارت را از حدود 1800 کلوین به حدود 830 کلوین کاهش می‌دهد. روش دیگر خنک کردن آستری یا روش تعریق، یک روش مدرن تر خنک سازی است که از یک ماده متخلخل برای استری استفاده می‌شود. آستری متخلخل اجازه می‌دهد که مقدار کمی از هوای خنک کننده از میان آن عبور کند، و موجب عملکرد خنک کنندگی ای مشابه خنک کردن به روش نوار نازک می‌شود. دو اختلاف عمده در پروفیل حرارتی حاصل از آستری و مقدار هوای خنک کننده مورد نیاز وجود دارد. نتایج خنک کردن به روش تعریق در اغلب پروفیل‌‌های حرارتی نشان می‌دهد که هوای خنک کننده موجب خنک کردن به طور یکنواخت از طریق منافذ می‌شود. روش خنک کننده نوار نازک نیز عموما از طریق دنده‌‌ها و کانال کشی‌‌ها حرارت را کاهش می‌دهد، که خنک کنندگی نایکسانی را در پی دارد که موجب می‌شود در شکاف هایی که هوا در آن جریان دارد قعطات خنک تر و در مابین آنها قطعات گرم تر باشند. مهمتر از آن، روش تعریق هوای خنک خیلی کمتری استفاده می‌کند (حدود 10 درصد از کل جریان هوا، به جای 20 تا 50 درصد که در روش خنک کاری نواری استفاده می‌شود). استفاده از هوای کمتر برای خنک کردن، اجازه می‌دهد که هوای بیشتری صرف احتراق در محفظه احتراق شود، که از اهمیت بسزایی در موتور‌‌های با عملکرد و تراست بالا برخوردار است. دهانه : دهانه حاصل گسترش و دنباله ساختاری گنبدی شکل است که به عنوان یک شکاف ورود هوا عمل می‌کند، که هوای اولیه را از جریان هوای ثانویه جدا می‌کند (واسطه، رقیق ساز و هوای خنک کننده). گنبد/ چرخاننده[6] : قسمت‌‌های از محفظه احتراق هستند که جریان اولیه هوا از طریق آنها وارد ناحیه احتراق می‌شود. نقش این قسمت تولید توربولانس (جریان گردابه ای) در جریان سیال، برای ترکیب سریع هوا و سوخت است. محفظه‌‌های احتراق اولیه (به جای چرخاننده ها) از گنبد‌‌های با بدنه شیب دار استفاده می‌کردند که از یک صفحه ساده برای ایجاد تلاطم جهت ترکیب کردن هوا و سوخت استفاده می‌کرد. اغلب طراحی‌‌های مدرن دارای تثبیت کننده چرخش هستند. چرخاننده یک ناحیه کم فشار محلی ایجاد می‌کند که برخی از محصولات احتراق را مجبور به چرخش مجدد می‌کند، که جریان گردابه ای قابل توجهی را پدید می‌آورد. اگرچه تلاطم‌‌های بالاتر، افت فشار‌‌های بیشتری برای احتراق خواهد داشت، بدین جهت گنبد و چرخاننده باید به دقت طراحی شوند تا از تولید تلاطم و جریان گردابه ای بیشتر از آنچه برای ترکیب مناسب سوخت و هوا مورد نیاز است جلوگیری شود. انژکتور سوخت در یک محفظه احتراق قوطی شکل چرخان در موتور JT9D پرت اند ویتنی تزریق کننده سوخت (انژکتور ) : انژکتور مسئولیت رساند سوخت به ناحیه احتراق و همچنین چرخاننده مسئولیت ترکیب سوخت و هوا را بر عهده دارد. چهار روش اصلی تزریق سوخت وجود دارد: اسپری کردن تحت فشار، انفجار هوا، تبخیر، و پیش آمیختن / انژکتورهای پیش بخار. تزریق با فشار یا اسپری کردن سوخت تکیه بر فشار‌‌های بالای سوخت ( در حدود 3400 کیلو پاسکال ( 500 پی اس آی )) برای اسپری کردن دارد. این نوع از انژکتور سوخت این مزیت را دارد که بسیار ساده است، اما دارای معایبی نیز می‌باشد. سیستم سوخت می‌بایست به اندازه کافی در مقابل فشار‌‌های بالا مقاوم باشد، و سوخت تمایل دارد که به صورت نا همگون اسپری شود که منجر به احتراق ناقص یا غیر یک نواخت می‌شود که آلاینده‌‌ها و دود بیشتری را ایجاد می‌کند. نوع دوم انژکتور، انژکتور انفجار هواست. این انژکتور لایه ای از سوخت را به همراه جریانی از هوا منفجر می‌کند، که سوخت را به صورت قطرات همگنی اسپری می‌کند. این نوع انژکتور منجر به تولید اولین محفظه احتراق بدون دود شد. هوای استفاده شده دقیقا همان مقدار هوای اولیه است که به جای چرخاننده از انژکتور هدایت شده است. این نوع از انژکتور همچنین به فشار کمتری از سوخت نسبت به نوع اسپری سوخت احتیاج دارد. تزریق سوخت تبخیری، سومین نوع است و مشابه انژکتور انفجار هوا است که در آن هوای اولیه در حین آنکه به محفظه احتراق تزریق می‌شود با سوخت ترکیب می‌شود. اما مخلوط سوخت و هوا از میان یک تیوب به درون منطقه احتراق حرکت می‌کند. گرمای ناشی از محفظه احتراق به مخلوط سوخت و هوا هدایت می‌شود، مقداری از سوخت قبل از احتراق تبخیر می‌شود که باعث ترکیب بهتر آن با هوا می‌شود. این روش اجازه می‌دهد سوخت با تششعات گرمایی کمتری محترق شود، که به حفاظت آستری کمک می‌کند. اگرچه، تیوب تیخیر کننده ممکن است مشکلات جدی از جهت دوام به دلیل جریان کم فشار سوخت درون آن داشته باشد (سوخت درون تیوب، تیوب را در برابر گرمای احتراق محافظت می‌کند). انژکتور‌‌های پیش مخلوط کننده/پیش بخار کننده به این صورت کار می‌کنند که قبل از ورود سوخت به محفظه احتراق آن را ترکیب یا تبخیر می‌کنند. این روش اجازه می‌دهد سوخت به صورت کاملا یکنواخت با هوا ترکیب شود، همچنین موجب کاهش آلایندگی موتور می‌شود. یک اشکال این روش آن است که سوخت ممکن است به صورت خودکار احتراق یابد و یا در غیر اینصورت قبل از اینکه ترکیب سوخت و هوا به محفظه احتراق برسد سوخت دچار احتراق شود. اگر این اتفاق رخ دهد محفظه احتراق به شدت آسیب خواهد دید. مشتعل کننده اغلب مشتعل کننده‌‌ها در توربین‌‌های گازی با جرقه الکتریکی احتراق ایجاد می‌کنند، مشابه شمع خودرو. مشتعل کننده باید در محفظه احتراق باشد جایی که سوخت و هوا پیش از این با هم ترکیب شده اند، اما این باید به اندازه کافی از منشاء جریان دور باشد به طوری که از احتراقی که خود بوجود اورده آسیب نبیند. زمانی که مشتعل کننده فرایند احتراق را آغاز کرد، ادامه روند احتراق خودکفا عمل می‌کند و بیش از این نیازی به مشتعل کننده نیست. در محفظه‌‌های احتراق حلقه ای-قوطی شکل شعله‌‌های اتش می‌توانند از یک محفظه احتراق به دیگری منتشر شود، بنابراین نیازی به استفاده از مشتعل کننده در تمامی محفظه‌‌ها نمی باشد. در برخی از سیستم‌‌ها از تکنیک‌‌های مشتعل کننده کمکی استفاده شده است. یکی از این روش‌‌ها تزریق اکسیژن است، که در آن اکسیژن به منطقه اشتعال خورانده می‌شود و به احتراق آسانتر سوخت کمک می‌کند. این مورد به صورت ویژه برای برخی هواپیما هایی که در ارتفاع‌‌های خیلی بالا ممکن است موتورشان خاموش شود و نیاز به راه اندازی مجدد داشته باشد مفید است. مسیر‌‌های جریان هوا هوای اولیه این هوا، هوای اصلی احتراق است. هوایی خیلی فشرده است که از فعالیت کمپرسور با فشار خیلی بالا بدست آمده (عمدتا بوسیله دفیوزر کم سرعت می‌شود) که از میان کانال اصلی در گنبد محفظه و اولین دسته از حفره ‌‌های آستری به محفظه احتراق خورانده می‌شود. این هوا با سوخت ترکیب شده است و سپس محترق می‌شود. هوای واسطه این هوا، هوایی است که از میان دومین دسته از حفره‌‌های آستری به درون محفظه احتراق تزریق می‌شود. این جریان هوا روند واکنش، خنک کردن هوا و رقیق سازی غلظت‌‌های بالای مونو اکسیدکربن و هیدروژن را کامل می‌کند. هوای رقیق کننده هوای رقیق کننده جریان هوایی است که از طریق سوراخهای آستر در انتهای محفظه احتراق تزریق می‌شود تا به خنک شدن هوا قبل از رسیدن به مراحل توربین کمک کند. از این هوا برای تولید مشخصات دمایی یکنواخت مورد نظر در احتراق به دقت استفاده می‌شود. با این حال، همانطور که فناوری تیغه توربین بهبود می‌یابد و به آنها اجازه می‌دهد در دماهای بالاتر مقاومت کنند، از هوای رقیق کمتر استفاده می‌شود و با کم شدن سهم هوای رقیق کننده از هوای ورودی به موتور، امکان استفاده از هوای احتراق بیشتر فراهم می‌شود. هوای خنک کننده هوای خنک کننده جریان هوایی است که از طریق سوراخهای کوچک آستر تزریق می‌شود تا یک لایه (نوار) از هوای خنک ایجاد شود تا آستر از دمای احتراق محافظت شود. نحوه کارکرد هوای خنک کننده باید به دقت طراحی شود تا مستقیماً با هوا و فرآیند احتراق فعل و انفعال نداشته باشد. در برخی موارد، تا 50٪ از هوای ورودی به عنوان هوای خنک کننده استفاده می‌شود. چندین روش مختلف برای تزریق این هوای خنک کننده وجود دارد، و نوع روش می‌تواند بر مشخصات دمایی که آستر در معرض آن قرار می‌گیرد تأثیر بگذارد. انواع چینش محفظه‌‌های احتراق‌‌های نوع قوطی شکل برای موتور توربین گازی، که از زوایه محوری به سمت اگزوز آن را مشاهده می‌کنید. رنگ آبی مسیر جریان خنک کننده، و نارنجی مسیر جریان محصول احتراق را نشان می‌دهد. محفظه احتراق از نوع قوطی شکل محفظه‌‌های احتراق قوطی شکل خود از محفظه‌‌های احتراق استوانه ای تشکیل شده اند. هر "قوطی" خود دارای انژکتور سوخت، مشتعل کننده، آستر، و پوسته مخصوص به خود است. هوای اولیه از کمپرسور وارد هر قوطی می‌شود، جایی که در آن، از سرعتش کم، با سوخت مخلوط، و سپس شعله ور می‌شود. همچنین جریان هوای دومی نیز از کمپرسور به سمت این قوطی‌‌ها روانه می‌شود که به سطح بیرونی آستر دمیده می‌شود (سطح درونی آن جایی ست که احتراق صورت می‌پذیرد). پس از آن هوای ثانویه، معمولا از طریق شکاف هایی در آستر، به محفظه احتراق خورانده می‌شود تا آستر را از طریق نوار باریکی از جریان هوا خنک کند. در بیشتر کاربردها، چندین قوطی در اطراف محور مرکزی موتور مرتب شده و اگزوز مشترک آنها به توربین (ها) منتقل می‌شود. از محفظه‌‌های احتراق‌‌های نوع قوطی شکل به دلیل سهولت در طراحی و آزمایش، بیشتر در موتورهای توربین گازی اولیه استفاده می‌شد (می توان یک محفظه قوطی را به شکل منفرد آزمایش کرد، به جای کل سیستم). تعمییر و نگه داری این محفظه‌‌ها به راحتی صورت می‌پذیرد، چرا که می‌توان تنها یک قوطی را برای تعمییر جدا کرد و نیازی به باز کردن کل بخش احتراق در موتور نیست. اکثر موتورهای توربین گازی مدرن (به ویژه برای استفاده در هواپیما) از محفظه‌‌های احتراق قوطی شکل استفاده نمی کنند، زیرا وزن آنها اغلب بیش از رقبایشان است. علاوه بر این، افت فشار در قوطی به طور کلی بیشتر از سایر محفظه‌‌ها است (به میزان 7٪). بیشتر موتورهای مدرنی که از محفظه قوطی استفاده می‌کنند، توربوشفت هستند که دارای کمپرسورهای گریز از مرکز می‌باشند. محفظه احتراق قوطی شکل حلقوی. محور مشاهده در راستای اگزوز می‌باشد. محفظه قوطی -حلقوی نوع بعدی محفظه‌‌های احتراق محفظه‌‌های قوطی-حلقوی است. به این نوع محفظه‌‌ها کنولار[7] نیز گفته می‌شود. مانند احتراق نوع قوطی، محفظه احتراق‌‌های کنولار دارای مناطق احتراق گسسته است که دارای آسترهای جداگانه با انژکتورهای سوخت خاص خود هستند. برخلاف احتراق قوطی، تمام مناطق احتراق دارای یک حلقه مشترک (فضای بین 2 دایره متحد المرکز) هستند. مناطق احتراق همچنین می‌توانند از طریق سوراخهای آستر یا لوله‌‌های اتصال با یکدیگر "ارتباط" برقرار کنند که باعث می‌شود مقداری هوا به صورت محیطی جریان یابد. جریان خروجی از احتراق کانولار به طور کلی دارای مشخصات دمایی یکنواخت تری است که برای قسمت توربین بهتر است. همچنین نیازی نیست که هر محفظه ای مشتعل کننده مخصوص خود را داشته باشد. هنگامی که آتش در یک یا دو قوطی روشن شد، می‌تواند به راحتی به بقیه گسترش یابد و شعله ور شود. این نوع احتراق نیز نسبت به نوع قوطی سبکتر است و افت فشار کمتری دارد (در حد 6٪). با این حال، تعمییر نگه داری محفظه احتراق کانولار دشوارتر از محفظه احتراق احتراق قوطی شکل است. نمونه هایی از موتورهای توربین گازی که از محفظه احتراق کانولار استفاده می‌کنند می‌توان از موتور توربوجت General Electric J79 و توربوفن‌‌های Pratt & Whitney JT8D و Rolls-Royce Tay نام برد. محفظه احتراق حلقوی تصویر فوق محفظه احتراق از نوع حلقوی (Annular) از یک موتور نوع توربین گازی با دید محوری و از سمت خروجی گاز‌‌ها است. دایره‌‌های کوچک نارنجی رنگ نازل‌‌ها تزریق سوخت می‌باشند که جدیدترین و پراستفاده ترین نوع محفظه احتراق می‌باشد. محفظه‌‌های احتراق حلقوی نیاز به مناطق احتراق جداگانه را از بین می‌برند و تنها از یک آستر و پوسته به صورت پیوسته و حلقه ای شکل استفاده می‌کنند. محفظه‌‌های احتراق حلقوی مزایای زیادی دارد، از جمله احتراق یکنواخت تر، اندازه کوتاه تر (بنابراین سبک تر) و سطح کمتر (نیاز کمتر به حفاظت و خنک کاری). علاوه بر این، محفظه‌‌های احتراق‌‌های حلقوی تمایل به داشتن دمای خروجی بسیار یکنواخت تری دارند. آنها همچنین کمترین افت فشار را در میان سه طرح بیان شده دارند. طراحی حلقوی نیز ساده تر است، اگرچه آزمایش به طور کلی به یک بستر آزمایشی در اندازه کامل نیاز دارد. به عنوان مثالی از موتورهایی که از محفظه احتراق حلقوی استفاده می‌کنند می‌توان از CFM International CFM56 نام برد. تقریباً در تمام موتورهای توربین گاز مدرن از احتراق حلقوی استفاده می‌شود. به همین ترتیب، بیشتر تحقیقات و توسعه‌‌های احتراق بر بهبود این نوع متمرکز است. محفظه احتراق دو حلقه ای یکی از انواع محفظه احتراق حلقوی استاندارد، محفظه احتراق دو حلقه ای (DAC) است. مانند یک محفظه احتراق حلقوی، DAC یک حلقه پیوسته و بدون مناطق احتراق جداگانه در حول شعاع خود است. تفاوت در این است که این نوع محفظه احتراق دارای دو منطقه احتراق در اطراف حلقه است. یک منطقه پایلوت و یک منطقه اصلی. منطقه پایلوت مانند یک احتراق حلقوی منفرد عمل می‌کند و تنها منطقه ای است که در سطوح کم قدرت کار می‌کند. در سطح قدرت بالا، از منطقه اصلی نیز استفاده می‌شود و باعث افزایش جریان هوا و جرم از طریق احتراق می‌شود. در موتورهای جنرال الکتریک از این نوع محفظه احتراق عموما به منظور کاهش انتشار NOx و CO2 استفاده می‌شود. بر اساس گسترش اصول مشابه احتراق دو حلقه ای، احتراق سه حلقه ای و "چند حلقه ای" پیشنهاد شده و حتی ثبت اختراع شده است. نموداری از محفظه احتراق دو حلقه ای آلایندگی یکی از عوامل محرکه در طراحی توربین گاز مدرن، کاهش میزان انتشار است و احتراق عامل اصلی تولید گازهای گلخانه ای در توربین گاز است. به طور کلی، پنج نوع انتشار عمده از موتورهای توربین گاز وجود دارد: دود، دی اکسید کربن (CO2)، مونوکسیدکربن (CO)، هیدروکربن‌‌های نسوخته (UHC) و اکسیدهای نیتروژن (NOx). دود عمدتا با مخلوط کردن یکنواخت سوخت و هوا کاهش می‌یابد. همانطور که در قسمت انژکتور سوخت در بالا بحث شد، انژکتورهای سوخت مدرن (مانند انژکتورهای سوخت ایربلاست) به طور مساوی سوخت را اتمایز می‌کنند و توزیع‌‌های نا متوازن سوخت را کاهش می‌دهند. اکثر موتورهای مدرن از این نوع انژکتورهای سوخت استفاده می‌کنند و اساساً بدون دود هستند. دی اکسید کربن محصولی از فرآیند احتراق است و در اصل با کاهش مصرف سوخت کاهش می‌یابد. با افزایش بیشتر موتورهای توربین گازی، تولید دی اکسید کربن نیز کاهش خواهد یافت. انتشار هیدروکربن نسوخته (UHC) و مونوکسیدکربن (CO) بسیار با هم مرتبط هستند. UHC اساساً سوختی است که کاملاً سوخته نشده است و UHC بیشتر در سطح کم قدرت تولید می‌شود (جایی که موتور تمام سوخت را نمی سوزاند). بیشتر محتوای UHC در فرایند احتراق واکنش داده و CO را تشکیل می‌دهد، به همین دلیل این دو نوع انتشار به شدت با یکدیگر ارتباط دارند. به عنوان یک نتیجه از این رابطه نزدیک، یک احتراق که برای انتشار CO به خوبی بهینه شده است ذاتاً برای انتشار UHC بهینه سازی شده است، بنابراین بیشتر کارهای طراحی بر انتشار CO است. مونوکسیدکربن یک محصول میانی احتراق است و با اکسیداسیون از بین می‌رود. CO و OH واکنش نشان داده و به شکل CO2 و H در می‌آیند. این فرآیند که باعث مصرف CO می‌شود، به مدت زمان نسبتاً طولانی، دمای بالا و فشارهای بالا نیاز دارد (به طور نسبی استفاده می‌شود زیرا فرآیند احتراق خیلی سریع اتفاق می‌افتد). این واقعیت به این معنی است که یک احتراق کم CO دارای مدت زمان ماندگاری طولانی است (اساساً مدت زمانی که گازها در چمبر احتراق هستند). اکسیدهای نیتروژن (NOx) مانند CO در ناحیه احتراق تولید می‌شود. با این حال، بر خلاف CO، بیشترین تولید در شرایطی است که CO بیشترین مصرف را دارد (درجه حرارت بالا، فشار بالا، مدت زمان پایایی طولانی). این بدان معنی است که به طور کلی، کاهش انتشار CO منجر به افزایش NOx و بالعکس می‌شود. این واقعیت به این معنی است که موفقیت آمیزترین میزان کاهش انتشار به ترکیب چندین روش نیاز دارد. پس سوز پس سوز جز دیگری است که به برخی موتورهای جت اضافه می‌شود، در درجه اول موتورهای هواپیمای مافوق صوت. هدف آن ایجاد یک افزایش موقتی در رانش است، هم برای پروازهای مافوق صوت و هم برای برخاستن (چرا که به طور معمول بارگیری بال[8] زیاد در هواپیماهای مافوق صوت به معنی آن است که سرعت برخاست بسیار زیاد خواهد بود.) در هواپیماهای نظامی نیروی محرکه اضافی نیز برای موقعیت‌‌های جنگی مفید است. این با تزریق سوخت اضافی به جریان جت در پایین دست توربین و احتراق آن حاصل می‌شود. مزیت پس سوز افزایش قابل توجه میزان تراست است. عیب آن مصرف بسیار زیاد سوخت و راندمان پایین آن است، اگرچه این مورد معمولاً برای دوره‌‌های کوتاهی که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرد قابل قبول است. پس سوز موتور هواپیمای میگ-23 معمولا موتورهای جت را به هنگام استفاده از پس سوز مرطوب و به هنگام عدم استفاده از آن خشک می‌نامند. به همین ترتیب میزان تراست موتور را در صورت عدم استفاده از پس سوز تراست خشک و در زمان استفاده از آن تراست مرطوب یا میلیتاری پاور[9] می‌نامند. مانند محفظه احتراق موتورهای توربین گازی، بخش پس سوز نیز شامل پوسته و آستر می‌باشد که وظایف مشابهی را بر عهده دارند. یک تفاوت مهم بین محفظه احتراق اصلی و پس این است که افزایش دما توسط بخشی از توربین محدود نمی شود، بنابراین پس سوز‌‌ها دارای درجه حرارت بیشتری نسبت به محفظه‌‌های اصلی احتراق هستند. تفاوت دیگر این است که پس سوز‌‌ها به خوبی محفظه احتراق اصلی برای مخلوط کردن بهینه هوا و سوخت طراحی نشده اند، بنابراین تمام سوخت در پس سوز سوزانده نمی شود. همچنین پس سوز‌‌ها نیاز به فلیم هولدر[10] (نگاه دارنده شعله) دارند تا سرعت هوای ورودی به پس سوز احتراق را خاموش نکند. پس سوز‌‌ها عموما دارای بدنه‌‌های شیب دار یا "vee-gutters" در پشت انژکتور‌‌های هستند که یک جریان کم سرعت محلی را به روشی مشابه محفظه‌‌های احتراق گنبدی ایجاد می‌کند. رمجت ها موتور‌‌های رمجت[11] از بسیاری جهات با موتورهای توربینی متفاوت هستند اما عموما از اصول یکسانی استفاده می‌کنند. یک تفاوت عمده کمتر بودن اجزای متحرک، به ویژه قسمت‌‌های چرخان پس از محفظه احتراق است. در این موتورها احتراق مستقیما به نازل منتقل می‌شود. این امر موجب می‌شود تا در موتورهای رمجت احتراق در دمای بالاتری صورت گیرد. تفاوت دیگر این است که در بسیاری از موتور‌‌های رمجت همانند موتورهای توربینی از آستر استفاده نمی شود. علاوه بر این برخی محفظه‌‌های احتراق موتور‌‌های رمجت، به جای انواع مرسوم تر از نوع دامب کامباستور[12] هستند. دامب کامباستور‌‌ها سوخت را تزریق می‌کنند و به گردش مجدد تولید شده توسط یک تغییر بزرگ منطقه در احتراق (و نه چرخش در بسیاری از احتراق‌‌های توربین گاز) متکی هستند. همانطور که گفته شد، بسیاری از محفظه‌‌های احتراق موتور‌‌های رمجت نیز شبیه به محفظه‌‌های احتراق موتورهای توربین گازی معمول است، همانند محفظه احتراق استفاده شده در موشک RIM-8 Talos که از یک محفظه احتراق قوطی شکل استفاده می‌کند. RIM-8 Talos اسکرمجت‌‌ها [13] پیشران‌‌های اسکرمجت (رمجت با احتراق مافوق صوت)[14] دارای شرایط احتراق بسیار متفاوت تری نسبت به موتورهای توربین گازی معمول هستند. این نوع پیشران‌‌ها معمولا دارای تعداد کمی، یا حتی هیچ، قطعه متحرکی هستند. در حالی که محفظه ی احتراق در پیشران‌‌های اسکرمجت به نسبت پیشران‌‌های توربینی تفاوت‌‌های عمده ای دارد، اما در عین حال با چالش‌‌های مشابهی نیز مواجه هستند، همانند آمیختن مناسب هوا و سوخت و پایدار نگاه داشتن احتراق. با این حال آنچنان که از نام آن نیز برمی آید، یک پیشران اسکرمجت باید در یک جریان با سرعت مافوق صوت با این چالش‌‌ها هماورد داشته باشد. برای مثال برای یک پرنده با پیشران اسکرمجت که در سرعت 5 ماخ پرواز می‌کند، جریان ورودی به محفظه احتراق باید دارای سرعت اسمی 2 ماخ باشد. یکی از چالش‌‌های مهم در یک موتور اسکرام جت جلوگیری از حرکت امواج شوک تولید شده توسط احتراق در بالادست ورودی است. اگر چنین چیزی رخ بدهد ممکن است موتور از کار بیافتد، که موجب خواهد شد که در کنار بسیاری مشکلات دیگر نیروی رانش نیز از دست برود. برای جلوگیری از این امر، موتورهای اسکرام جت تمایل دارند یک قسمت جدا کننده داشته باشند (تصویر را ببینید) که بلافاصله جلوتر از منطقه احتراق است. چالش مهم دیگر که اشاره شد دشواری پایدار نگاه داشتن احتراق در محفظه احتراق است. پایداری احتراق در یک محفظه احتراق با ورودی جریان مافوق صوت، برای مثال 2 ماخ، به روشن نگاه داشتن شعله ی یک شمع در میان طوفان تشبیه شده است. از نظر طراحی یک تفاوت مهم اسکرمجت‌‌ها با رمجت‌‌ها عدم وجود دیفیوزر است. همانطور که بیان شد تفاوت اصلی موتورهای رمجت و اسکرمجت سرعت جریان ورودی به محفظه احتراق است. در موتورهای رمجت به رغم آنکه وسیله پرنده در سرعت مافوق صورت پرواز می‌کند، از یک دیفیوزر، معمولا دارای فرم‌‌های دوکی شکل یا سهموی، استفاده می‌شود تا سرعت جریان ورودی به محفظه احتراق را کاهش دهد، حال آنکه در موتورهای اسکرمجت، همانطور که شرح آن ذکر شد، چنین قسمتی وجود ندارد. دیفیوزر‌‌های بزرگ موتور ترکیبی توربو-رمجت جی-58 به خوبی مشخص است. یک اسکرام جت به سرعت بالای هواگرد متکی است تا هوای ورودی را قبل از احتراق فشرده و کند کند، اما در حالی که یک رمجت سرعت هوا را تا محدوده مادون صوت کاهش می‌دهد، سرعت جریان هوا در اسکرمجت در کل موتور مافوق صوت است. این به اسکرام جت اجازه می‌دهد تا در سرعتهای بسیار بالا کارآمد عمل کند: پیش بینی‌‌های نظری حداکثر سرعت اسکرام جت را بین 12 ماخ (14000 کیلومتر در ساعت) و 24 ماخ (25000 کیلومتر در ساعت) قرار می‌دهد. اسکرام جت از سه جز اساسی تشکیل شده است: یک ورودی همگرا، جایی که هوای ورودی فشرده و کند می‌شود، یک محفظه احتراق، که در آن سوخت گازی با اکسیژن جوی می‌سوزد تا گرما تولید کند. و یک نازل واگرا، جایی که هوای گرم شده برای تولید رانش شتاب می‌گیرد. بر خلاف یک موتور جت معمولی، مانند یک توربوجت یا یک موتور توربوفن، یک اسکرام جت از قطعات چرخان، فن مانند برای فشرده سازی هوا استفاده نمی کند. بلکه سرعت قابل دستیابی هواپیما در حال حرکت در جو باعث فشرده شدن هوا در ورودی می‌شود.. به همین ترتیب، هیچ قطعه متحرکی در اسکرام جت مورد نیاز نیست. در مقایسه، موتورهای توربوجت معمولی به فن‌‌های ورودی، چندین مرحله از فن‌‌های کمپرسور دوار و چندین مرحله توربین چرخان احتیاج دارند که همگی به وزن، پیچیدگی و تعداد بیشتری نقطه خرابی به موتور می‌افزایند. عملکرد اسکرام جت به دلیل ماهیت طراحی آنها محدود به سرعت‌های نزدیک به مافوق صوت است. این پیشران‌‌ها از آنجا که فاقد کمپرسور مکانیکی هستند، برای فشرده سازی هوای ورودی به شرایط عملیاتی، به انرژی جنبشی بالای یک جریان مافوق صوت نیاز دارند. بنابراین، یک وسیله نقلیه مجهز به سیستم اسکرمجت باید با استفاده از برخی دیگر از وسایل مانند موتور توربوجت، ریلگان یا بوستر راکتی به سرعت مورد نیاز برسد. در حالی که اسکرمجت‌‌ها از نظر مفهومی ساده هستند، اما ساخت نمونه واقعی که چنین عملکردی را از خود به نمایش بگذارد توسط چالش‌‌های فنی شدید محدود می‌شود. پرواز هایپرسونیک در جو باعث درگ بسیار زیاد می‌شود و دمای هوا در روی سطح هواپیما و درون موتور می‌تواند بسیار بیشتر از هوای اطراف باشد. حفظ احتراق در جریان مافوق صوت چالش‌‌های دیگری به همراه دارد، زیرا سوخت باید در میلی ثانیه تزریق، مخلوط شود، مشتعل شود و بسوزد. در حالی که از دهه 1950 تکنولوژی اسکرام جت در دست توسعه است، تنها اخیرا وسایلی آزمایشی مجهز به پیشران اسکرمجت توانسته اند پرواز کنند. تصویر دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) از NASA X-43A با موتور اسکرمجت در سرعت 7 ماخ تصاویری از پروژه‌‌های تحقیقاتی کمپانی لاکهید مارتین: تکانه ویژه[15] پیشران‌‌های مختلف منابع https://en.wikipedia.org/wiki/Combustor https://military.wikia.org/wiki/Scramjet با تشکر از bigbang ===================================================== سلام عید همگی مبارک قصه این تاپیک به چند سال قبل و دوره تحریریه دوم بر می گشت. موضوع توسط بنده مطرح شده بود و جناب bigbang قبول زحمت کرده بودند، ولی با توجه به حجم زیاد موضوع و مشغله ایشون تاپیک نیمه کاره مانده بود تا خرداد مال سال قبل که تکمیل کار به بنده واگذار شد. من مدت قابل توجهی است که به دلیل مسائل کاری و گرفتاری های شخصی خیلی کمتر تونستم در میلیتاری در خدمت دوستان و استاتید باشم و هرچه زمان بیشتر پیش می رفت این زمان کمتر و کمتر می شد به نحوی که تکمیل همین تاپیک پیش رو حدود 9 ماه طول کشید. البته این جریانی بوده که برای خیلی از کاربران دیگه میلیتاری هم رخ داده، سال ها قبل کاربرانی از محدوده سنی نیمه اول دهه 60 اکثریت فعالیت رو در میلیتاری داشتن، به مرور به نیمه دوم این روند منتقل شد و الان کاربرانی از نیمه دوم دهه 70 و حتی جوان تر در سایت فعال هستند که برای همگی آرزوی موفقیت دارم. از سال 2014 که رسما عضو شدم تا الان زمان نسباتا زیادی گذشته، از مطالب و دانش خیلی ها خوندم و یاد گرفتم، دوستانی که خیلی هاشون الان نیستن و برخی شون خوشبختانه هنوز حضور فعال دارند. در برابر تا حدی که در توانم بود سعی کردم چند خطی به گنجینه میلیتاری اضافه کنم. تو این مدت با خیلی ها آشنا شدم، شاگردی خیلی ها رو کردم و به شاگردی شون افتخار می کنم؛ با بعضی عزیزان به مرحله رفاقت رسیدیم که برام مثل برادر هستند. داستان 7 میلیمتر هم مث خیلی های دیگه تو میلیتاری رسید به تهش. از خیلی وقت قبل قصد خداحافظی داشتم ولی این تاپیک نیمه کاره نسباتا قدیمی یه مانعی بود برام که این اودیسه هم بالاخره بعد چند سال تموم شد. برای همگی آرزوی سلامتی و موفقیت دارم. خدانگهدار [1] flame holder [2] can [3] annular [4] cannular [5] Overheat (وارد آمدن گرمای بیش از حد که موجب ایجاد تغییر نامطلوب در ساختار مواد می‌شود) [6] swirler [7] Cannular [8] wing loading - در آئرودینامیک، به وزن کل هواپیما تقسیم بر مساحت بال‌ها بارگیری بال گفته می‌شود. هر چه هواپیما سریع‌تر حرکت کند نیروی برآی بیشتری در هر واحد مساحتی بال‌ها ایجاد می‌شود، بنابراین یک بال کوچکتر می‌تواند در پرواز افقی وزن بیشتری را تحمل کند و در واقع بارگیری بال بیشتری را تحمل کند. [9] military power [10] flameholder [11] Ramjet [12] dump combustor [13] Scramjets [14] Scramjet (supersonic combustion ramjet) [15] specific impulse