آشنایی با پس‌سوز

پس‌سوز یا Afterburner مکانیسمی برای افزایش آنی نیروی رانش (تراست) موتور است. منظور از موتور، موتور جت یا توربوفن که معمولا در هواپیمای جنگنده‌ نظامی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از نظر ظاهری، پس‌سوز به صورت شعله‌ای بلند در امتداد موتور جنگنده و در ناحیه خروجی موتور دیده می‌شود. در بحبوحه جنگ جهانی دوم مهندسان آلمانی و امریکایی به دنبال راهی برای افزایش نیروی رانش موتور بدون افزایش وزن بودند.

اصول کار پس‌سوز

قانون سوم نیوتن می‌گوید: زمانی که جسمی به جسم دیگر نیرویی وارد می‌کند، جسم دوم به همان اندازه و در جهت خلاف نیروی وارد شده به جسم اول نیرو وارد می‌کند. این قانونی اساسی برای حرکت است، خصوصا در بحث مورد نظر ما. به صورت تقریبی از کل هوای وارد شده به موتور جت، حدود ۲۵ درصد آن صرف احتراق می‌شود و باقی مانده صرف خنک کردن موتور می‌گردد. بنابراین حجم قابل توجهی از اکسیژن در گاز خروجی موتور جت باقی می‌ماند. گازهای داغ خروجی توانایی احتراق مجدد دارند به شرط مهیا شدن سوخت اضافی. بنابراین در انتهای محفظه احتراق و بعد از پره‌های انتهایی توربین، لوله‌هایی به صورت شبکه‌ای قرار می‌گیرد که با پاشش سوخت به صورت مستقیم درون گاز‌های داغ، باعت احتراق مجدد اکسیژن باقیمانده می‌شود. این احتراق به گونه‌ای ست که تراست بالایی در موتور ایجاد می‌گردد. در هواپیمای مافوق صوت کنکورد تا ۱۷ درصد و جنگنده‌ها ۵۰ تا حتی ۷۰ درصد به رانش جت افزوده می‌شود. بنابراین بدون افزایش وزن شاهد ایجاد نیروی تراست بالا در موتور خواهیم بود.

پس سوز

محدودیت‌ها

همان‌طور که اشاره شد، با پاشش سوخت به صورت مستقیم درون گازهای داغ خروجی از موتور جت، شاهد ایجاد رانش بسیار زیاد در موتور خواهیم بود. بنابراین در زمان استفاده از پس‌سوز مصرف سوخت بسیار بالا می‌رود؛ افزایشی تا ۳ برابر مصرف شرایط عادی. بنابراین اولین محدودیت، مدت زمان استفاده از پس‌سوز است. مورد بعدی برمی‌گردد به دمای تولید شده در موتور جت در حالت پس‌سوز. جالب است بدانید دمای تولید شده در حالت پس‌سوز چیزی در حدود ۱۷۰۰ درجه سانتی‌گراد است. قابل توجه این که آهن در دمای ۱۵۳۵ درجه ذوب می‌شود. از این رو طراحی آلیاژ مخصوص که چنین شرایط دمایی را تحمل کند امری ضروری ست. نکته قابل توجه دیگر اختلاف دمایی بین بیرون موتور جت (معمولا زیر صفر) با داخل است که شرایط بحرانی به لحاظ تنش حرارتی برای محفظه موتور ایجاد می‌کند. برای همین هم در موتورهای جت مجهز به پس سوز اصول خنک‌کاری در این بخش نیز مورد توجه قرار می‌گیرد. موضوع بعدی به محل قرارگیری نازل پاشش سوخت و نوع طراحی محفظه پس‌سوز برمی‌گردد. اولا شعله ایجاد شده باید ثابت، پیوسته و در راستای نیروی رانش باشد. همچنین طراحی باید به گونه‌ای انجام شود که احتراق به صورت کامل در داخل موتور صورت بگیرد. نکته دیگر که چندسالی ست مورد توجه قرار گرفته، موضوع پنهانکاری (جنگنده‌های نسل پنجم) در شرایط استفاده از پس‌سوز است. با روشن شدن پس‌سوز، نازل خروجی موتور باز می‌شود تا جریان سیال (گازهای داغ) با سرعت بیشتری خارج شود. بنابراین با باز شدن نازل خروجی سطح مقطع راداری افزایش می‌یابد که خود باعث کشف سریع‌تر پرنده می‌گردد. همچنین گرمای حاصل از پس‌سوز رادارها و موشک‌هایی که جذب گرمای موتور می‌شوند را در رهگیری یاری می‌رساند. بنابراین استفاده از پس‌سوز شرایط پنهانکاری جنگنده را به شدت تحت تاثیر قرار می‌دهد. درجنگنده‌های نسل جدید مثل اف۲۲ (رپتور) بعضی از این محدودیت‌ها با استفاده از سازکار و کار موتورهای توربوفن تا حد زیادی مرتفع شده است.

موارد استفاده

همان‌طور که بیان شد، هدف اصلی از طراحی افتربرنر یا پس‌سوز افزایش تراست آنی موتور جت است. اما با توجه به محدودیت‌ها خصوصا مصرف سوخت، نمی‌توان مدت زمان زیادی جت در این حالت فعال باشد. بنابراین معمولا از پس‌سوز در شرایط بلند شدن از باند کوتاه خصوصا ناو هواپیمابر، عملیات درگیری هوایی (داگ فایت)، فرار از موشک‌های رهگیر و برای پرواز با سرعت مافوق صوت (سوپرسونیک) تا رسیدن به این سرعت استفاده می‌شود.

اشتراک گذاری

رامین جهان پور

کارشناس عمران هستم. از سال 87 مشغول فعالیت تولید محتوا در حوزه آی تی بودم و هم اکنون در زمینه حمل و نقل می نویسم.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *