المحركات التوربينية والمكبسية هما من أكثر محركات الطائرات شيوعًا، وتشترك المحركات التوربينية والمحركات المكبسية في شيء رئيسي واحد، فهي تستخدم المراوح لتوليد قوة الدفع، كما تستخدم المحركات التوربينية توربينًا يتم غزله بواسطة غازات العادم لتدوير المروحة، بينما تستخدم المحركات المكبسية دوران العمود المرفقي لتدوير المروحة مباشرة.
المحرك التوربيني
المحرك التوربيني هو نوع من المحركات النفاثة أو التوربينات الغازية، وغالبًا ما تشير التوربينات النفاثة والغازية إلى نفس الشيء، ومن هنا جاء اسم المروحة التوربينية مثل جميع المحركات النفاثة، حيث يبسط المحرك التوربيني عملية الاحتراق الداخلي للمحرك.
يدخل الهواء من خلال مقدمة المحرك عبر المدخل ثم يمر عبر ضاغط (أو سلسلة من الضواغط)، حيث يزداد كل من ضغطه ودرجة حرارته بشكل كبير، ثم ينتقل الهواء بعد ذلك إلى غرفة الاحتراق، حيث يتم إدخال وقود الطائرات وخلطها مع الهواء الساخن المضغوط، ويحترق الخليط وتخرج القوة المتفجرة هواء العادم الساخن نحو مؤخرة المحرك.
ومع المروحة التوربينية يتم استخدام غاز العادم هذا لتدوير التوربين في الجزء الخلفي من غرفة الاحتراق بدلاً من إطلاقه من الخلف واستخدامه كدفع، ويتصل التوربين بعمود يعود بعد ذلك إلى مقدمة المحرك ويدخل في علبة التروس، حيث يأخذ الدوران من التوربين ويخطوه إلى سرعة أبطأ بكثير يمكن استخدامها بواسطة المروحة، كما يتم استخدام دوران المروحة وسرعتها لتوليد قوة الدفع الذي يمكّن الطائرة من الطيران.
المحرك المكبسي
على الرغم من أن النوعين من الطائرات يتميزان بوجود مروحة دافعة، فإن طائرة ذات المحرك المكبسي تستعمل أي نوع من المحركات النفاثة، على عكس الطائرات التي تعمل بمحرك توربيني أو توربوفان، في حين أن كلاهما محرك احتراق داخلي ولهما نفس العملية الديناميكية الحرارية العامة فإن الطرق التي يعملان بها ميكانيكيًا تختلف اختلافًا كبيرًا.
بدلاً من ذلك، يمكن التفكير في محرك طائرة مكبس على أنه شيء يشبه المحرك في السيارة، طالما أن سيارتك تستخدم محرك احتراق داخلي (أي ليست كهربائية)، فإن محركها مشابه لمحركات المكبس التي تستخدمها الطائرات، والفرق الحقيقي الوحيد هو أن محرك مكبس الطائرة يقود مروحة وأن محرك السيارة يشغّل نظام الدفع.
وتتطلب المحركات المكبسية نفس الأشياء العامة مثل المحركات التوربينية: الهواء والوقود والاحتراق، حيث يدخل الهواء إلى المحرك من خلال فتحة السحب ويشق طريقه إلى غرفة الاحتراق ومحرك المكبس، غرفة الاحتراق هي أسطوانات المحرك، حيث يعمل المكبس، ومن هنا جاء مصطلح محرك المكبس أو المحرك المكبسي.
يتم توصيل المكبس بقضيب توصيل متصل بالعمود المرفقي، وعندما يدخل الهواء إلى الأسطوانات، يتم حقن الوقود وعندما يدور العمود المرفقي ويؤدي إلى تبادل المكبس، فإن شوط الانضغاط للمحرك يتسبب في الاحتراق بين الوقود والهواء، مما يدفع المكبس للخلف، وهذا يؤدي بدوره إلى مزيد من الدوران للعمود المرفقي.
ثم يتم توصيل العمود المرفقي مباشرة بالمروحة ويتسبب في دورانها بنفس سرعة الدوران، دون الحاجة إلى علبة تروس، وعندما تدور المروحة، تبدأ في توليد قوة الدفع اللازمة لتشغيل طائرة المكبس ورفعها إلى السماء.
ما هو الفرق بين الطائرات التوربينية و المكبسية
الآن بعد أن أصبح لدينا القليل من المعلومات الأساسية حول نوعي المحركات اللذين يميزان المحرك التوربيني عن طائرة ذات محرك مكبسي، فقد حان الوقت لمقارنة الاثنين بالتفصيل والتحقق من أوجه التشابه والاختلاف، حيث سنركز على أربع فئات رئيسية لمقارنة الطائرتين: كيف يتم تشغيل المراوح، والكفاءة والقيود والأداء والسلامة.
المروحة
إن الطرق التي تعمل بها المحركات هي أكبر الاختلافات الفردية بين الطائرتين، ولأخذ معرفة أعم فإن الاختلاف الحقيقي بين المحركين هو كيفية دفع المراوح.
مع المحرك التوربيني، يتم تدوير التوربين بسرعات عالية بواسطة غازات العادم بعد احتراق الوقود والهواء، وعندما يدور التوربين يعمل عمود متصل به إلى علبة تروس، حيث تنخفض سرعة الدوران إلى شيء أكثر قابلية للاستخدام ومن علبة التروس، ينتقل عمود الخرج بعد ذلك إلى المروحة ويدورها إلى السرعة المطلوبة لتوليد قوة الدفع.
مع وجود المحرك المكبسي من ناحية أخرى، فإن الحركة الترددية للمكابس تجبر حركة تصاعدية على قضبان التوصيل والتي بدورها تدير العمود المرفقي وتبدأ الدورة من جديد، ولكن أثناء دوران العمود المرفقي، يتم توصيل المروحة به مباشرة وتدور بنفس السرعة التي يدور بها المحرك من أجل توليد الدفع المطلوب.
على الرغم من أن كل من الطائرات وأنواع المحركات تستخدم المراوح لتوليد الدفع، فإن المحركات التوربينية لديها القدرة على إنتاج طاقة أعلى بكثير من محرك المكبس.
الكفاءة
مثل العديد من العوامل التي تدخل في تحديد المحرك الأفضل؛ وذلك لأن كلا النوعين من المحركات يمكن أن يكونا أكثر كفاءة من الآخر في مجموعة معينة من الظروف، حيث يمكن أن يكون المحرك التوربيني أكثر كفاءة من محرك المكبس، ويمكن بسهولة أن يكون محرك المكبس أكثر كفاءة من المحرك التوربيني.
على الرغم من عدم صحة ذلك في 100٪ من الحالات، إلا أن هناك قاعدة عامة عندما يتعلق الأمر بكفاءة هذين النوعين من المحركات، حيث يبدو أن المحركات التوربينية تصبح أكثر كفاءة مع زيادة حجمها، في حين أن المحركات المكبسية عادة ما تكون أكثر كفاءة كلما كانت أصغر.
الأداء
سلسلة المعلومات التي ربما يهتم بها المعظم خلال هذه المقارنة بين هذين النوعين من الطائرات هي تلك التي تتعامل مع الأداء، مثل القوة والسرعة والارتفاع، وهذا هو نوع المعلومات التي من المحتمل أن يتم عليه بناء الرأي.
القوة
من حيث إنتاج الطاقة النقية، فإن المحرك التوربيني لديه القدرة على إنتاج المزيد، حيث يعود هذا إلى عناصر الكفاءة السابقة، لأن المحركات الأكبر عادة ما تنتج طاقة أكبر، ونظرًا لأن المحركات التوربينية أكثر كفاءة مع زيادة حجم المحركات، فيمكنها الاستمرار في إنتاج المزيد والمزيد من الطاقة، وهنا يسقط محرك المكبس ويكون غير قادر على مواكبة ذلك.
لإعطائك فكرة، أقوى محرك طائرة مكبس هو (Lycoming XR-7755) هذا العملاق ذو 36 أسطوانة ينتج 5000 حصان، وهذا بالتأكيد كثير بالنسبة لمحرك المكبس، ولكن ليس لمحرك التوربينات، حيث أن أقوى محرك توربيني على الإطلاق هو (Kuznetsov NK-12) الروسي الذي ينتج 15000 حصان أي ثلاثة أضعاف القوة.
السرعة
عادة ما ترتبط سرعة تحليق الطائرات وقوتها ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض، لذلك ربما نفكر في أن المحركات التوربينية تسير أسرع من الطائرات ذات المكبس، هذا صحيح في معظم الحالات، وفي المقارنة عادة ما تكون الطائرة المجهزة بمحرك توربيني أكبر وأقوى وأسرع من طائرة ذات مكبس.
تعمل المحركات التوربينية بأقصى كفاءة لها بسرعات دون سرعة الصوت، حيث تقطع حوالي 500 ميل في الساعة أو نحو ذلك، وليس لدينا أي محركات مكبسية تعمل بسرعات تفوق سرعة الصوت، ومع ذلك، وصلت (Grumman F8F Bearcat) إلى سرعة 528 ميل في الساعة في عام 1989 في نيو مكسيكو، لكن في معظم الحالات سيصل المحرك التوربيني بشكل أسرع قليلاً!
الارتفاع
فإن مدى ارتفاع الطائرات يتبع نمطًا متطابقًا تقريبًا وفي معظم الحالات، يطير المحرك التوربيني أعلى من طائرة ذات مكبس عادي وبسيط، حيث تميل المحركات التوربينية إلى العمل بأقصى كفاءة لها على ارتفاعات تتراوح بين 20000 و 30000 قدم، وعادة ما يكون للطائرات المكبسية سقف خدمة يتراوح بين 12000 و 15000 قدم.
الأمان
نعلم جميعًا أن السلامة هي أحد أهم جوانب أي شيء يتعلق بالطيران، وإذا أعطينا الخيار، فأننا نريد دائمًا اختيار أكثر الطائرات أمانًا وتصميمًا ممكنًا، لأنه لا يوجد سبب لاختيار أي شيء آخر، فهل المحرك التوربيني أكثر أمانًا من طائرة ذات مكبس؟
تنحصر مخاوف السلامة الرئيسية لهذين النوعين من الطائرات في نقاط وأنماط الفشل مع محرك المكبس، هناك الكثير من الأجزاء المتحركة التي تسير في اتجاهات مختلفة من أعلى إلى أسفل، يسار ويمين دوراني مع تلامس جميع أنواع وأجزاء الحركة المختلفة هذه، هناك خطر متزايد من فشل الاهتزاز والعديد من الأجزاء التي يمكن أن تتعطل.
من ناحية أخرى، فإن أكبر نقطة فشل في المحرك التوربيني هي علبة التروس؛ لأنه إذا فشل ذلك فسوف تدور المروحة بسرعة كبيرة جدًا، على الرغم من أن المحرك التوربيني قد يحتوي في الواقع على أجزاء أكثر، فإن السبب في وجود أنماط أقل للفشل هو أنها تدور وتتحرك في اتجاه واحد إلى حد كبير، مما يقلل بشكل كبير من مخاطر الاهتزاز المفرط.
