 |
כוח ההנעה הסילוני |
מזה 50 שנים מנועי סילון הם אמצעי ההנעה של המטוסים המודרניים. בבסיס הרעיון נמצא החוק השלישי של ניוטון: "לכל פעולה יש תגובה שווה בעוצמתה, אך מנוגדת בכיוונה". המנוע ממוקם במטוס כך שסילון הגזים החמים מכוון לחלקו האחורי. הסילון שנע לאחור גורם למנוע לנוע לכוון הפוך ממנו וכך הוא גורם למטוס לנוע קדימה.
למעשה מדובר במערכת מכלולים מתואמים שבה 5 מרכיבים עיקריים:
הכונס - דרכו נכנס האוויר למנוע.
המדחס - שנועד לדחוס את האוויר וגם להאט את תנועתו.
תא השרפה - שבו נשרף הדלק ומסופק הכוח הדרוש להנעת המנוע.
טורבינה - שמנצלת חלק מהאנרגיה היוצאת מהמבער להפעלת המדחס שבתחילת המנוע.
הנחיר - שדרכו יוצא סילון הגזים החמים מהמנוע.
נתרכז עתה במרכיבים המרכזיים של המנוע: המדחס, תא השרפה והטורבינה.
|
המדחס |
כשמטוס מגביה טוס, האוויר הנכנס למנועו במרומים דליל יותר, ולכן יש להגדיל את צפיפותו. פעולת דחיסה זו מתבצעת על ידי המדחס. אולם המדחס מבצע פעולה חשובה נוספת – הוא מאט את זרם האוויר שנכנס למנוע. כשהמטוס טס במהירויות גבוהות, נכנס האוויר למנוע במהירות גבוהה. בגלל המהירות, לא יכולה הלהבה שבתא השרפה להתקיים בצורה יציבה ויש צורך להאט את זרם האוויר הנכנס. המדחס דוחס את האוויר, נפחו מוקטן, וכך הוא זורם במהירויות שבהן אפשר לקיים להבה יציבה בתא השרפה. פעולת הדחיסה גם מחממת את האוויר, כך שהוא נכנס לתא השרפה כשהוא כבר מחומם.
לשם המחשה, אם מגדילים את זרימת הגז במבער מעל ערך מסוים, מתנתקת הלהבה – שדלקה קודם בצורה יציבה – מפיית מוצא הגז, ונכבית תוך השמעת קול. באנגלית קוראים לזהblow off : ואצלנו: "לעשות פו...". תהליך דומה עלול להתרחש בתא השרפה אם ינוע האוויר מהר מדי. המדחס מאט את האוויר ומונע זאת.
|
תהליך השרפה |
בצאתו מהמדחס עובר האוויר לתא השרפה. שרפה יכולה להתרחש אך ורק בין דלק גזי וחמצן גזי. האוויר מכיל 21% חמצן, אך הנפט חייב להפוך לאדים לשם בערה. לצורך זה מרססים את האוויר הדחוס ב'דס"ל' (דלק סילונים), שהוא בעצם כמו הנפט שבתנור החימום הביתי בחורף. הנפט מרוסס לזרם האוויר החם ומתאדה.
תהליך השרפה משחרר חום רב. באזור הלהבה מגיעה הטמפרטורה ל-1500 מעלות צלסיוס ויותר. אין שום מתכת שתוכל לעמוד בחום כזה, ויש סכנה שקירות תא השרפה והמנוע כולו, יימסו בחום הרב. כדי למנוע זאת, מזרימים חלק מהאוויר שנלקח מהמדחס אל מחוץ לקירות תא השרפה לצורכי קירור. האוויר מוזרם עד קצה תא השרפה ומקרר את גזי הסילון הנפלטים ממנו כדי שהטורבינה לא תימס עם הגעתם.
|
הטורבינה |
הטורבינה מוציאה תחילה מזרם האוויר מספיק אנרגיה כדי להפעיל את המדחס (לשניים ציר משותף), וכל שאר האנרגיה מיועדת להנעת המטוס.
|
מבער אחורי במטוסי קרב ומטוסים כבדים |
במנועים המיועדים למטוסי קרב ולמטוסי נוסעים גדולים מוסיפים ביציאה מהטורבינה מכלול נוסף – מבער אחורי. לשם כך מאריכים במקצת את המנוע אחרי הטורבינה ושם יש מתזים המזרימים דלק לתוך האוויר החם שיוצא מהטורבינה. הדלק הבוער מספק כמות אנרגיה נוספת והדבר מאפשר למטוס הקרב להשיג מהירויות גבוהות מהרגיל לצורך תמרון בקרב אוויר. במטוסי נוסעים גדולים במיוחד משתמשים במבער אחורי כדי לתת למטוס העמוס תוספת כוח בהמראה.
הפעלת המבער האחורי מבוצעת לעשרות שניות בלבד בגלל הבזבוז העצום בדלק. כך למשל, מטוס קרב המסוגל לטוס 70 דקות עם מכל דלק מלא, יוכל לטוס 10 דקות בלבד אם יפעיל את המבער האחורי ברציפות.
בניגוד לדעה הרווחת, מרבית מנועי הסילון בנויים לטיסה במהירות של פחות ממהירות הקול, וכדי לטוס במהירויות גבוהות ממנה, חייב מנוע הסילון להסתייע במתקן נוסף כמבער אחורי. גם כך יתקשו מרבית מנועי הסילון לטוס במהירויות של מאך* 2 (M=2) או קרוב לזה.
• מאך = יחס של מהירות נתונה למהירות הקול. לכן מאך אחד פירושו מהירות הקול, מאך 2 – פי 2 ממהירות הקול ו-0.5 מאך פירושו, מחצית ממהירות הקול.
למתעניינים:
שלמה לוי - "מנועי טורבינה למטוסים" משרד החינוך והתרבות. אגף המדע והטכנולוגיה.
אתר נאסא: http://www.lerc.nasa.gov/WWW/K-12/Missions/Jim/Project2_act.htm
