المكابس وحلقاتها في محركات الطائرات

مكبس المحرك الترددي هو عضو أسطواني يقوم بالحركة ذهابًا وإيابًا داخل أسطوانة فولاذية، حيث يعمل المكبس كجدار يتحرك داخل غرفة الاحتراق وعندما يتحرك المكبس لأسفل في الأسطوانة، فإنه يسحب خليط الوقود والهواء أثناء تحركه لأعلى، فإنه يضغط الشحنة ويحدث الاشتعال وتدفع الغازات المتوسعة المكبس إلى الأسفل، كما تنتقل هذه القوة إلى العمود المرفقي من خلال قضيب التوصيل العائد لأعلى، كما يدفع المكبس غازات العادم من الأسطوانة وتتكرر الدورة.

كيفية بناء المكبس في الطائرات

يتم تشكيل غالبية مكابس محركات الطائرات من مطروقات سبائك الألومنيوم، ويتم تشكيل الأخاديد في السطح الخارجي للمكبس لاستقبال حلقاته، ويتم توفير زعانف التبريد داخله لتحريك الحرارة بشكل أكبر إلى زيت المحرك.

قد تكون المكابس إما من نوع الجذع أو نوع النعال ولا تستخدم المكابس ذات النعال في المحركات الحديثة عالية الطاقة؛ لأنها لا توفر القوة الكافية أو مقاومة التآكل، كما قد يكون الجزء العلوي من المكبس أو الرأس مسطحًا أو محدبًا أو مقعرًا، ويمكن تشكيل التجاويف في رأس المكبس لمنع التداخل مع الصمامات.

تجميع المكابس وأنواعها

تستعمل المحركات الحديثة مكابس أرضية ذات قطر أكبر عموديًا على دبوس المكبس، حيث أن هذا القطر الأكبر يحافظ على المكبس مستقيمًا في الأسطوانة مع ارتفاع درجة حرارة المحرك من بدء التشغيل الأولي، وعندما يسخن المكبس أثناء الإحماء، يكون لجزء المكبس المتوافق مع الدبوس كتلة أكبر ويتمدد بشكل أكبر، مما يجعل المكبس مستديرًا تمامًا وفي درجات الحرارة المنخفضة، يكون المكبس بيضاوي الشكل وعندما يسخن لدرجة حرارة التشغيل، يصبح دائريًا، كما تقلل هذه العملية من ميل المكبس للضغط أو الصفع في الأسطوانة أثناء الإحماء وعندما يصل هذا المحرك إلى درجة حرارة التشغيل الإعتيادية، يفترض المكبس الأبعاد الصحيحة في الأسطوانة.

يمكن تشكيل ما يصل إلى ستة أخاديد حول المكبس لاستيعاب حلقات الضغط وحلقات الزيت، كما يتم تثبيت حلقات الضغط في الأخاديد الثلاثة العلوية، ويتم تثبيت حلقات التحكم في الزيت مباشرة فوق دبوس المكبس، عادة ما يتم حفر المكبس في أخاديد حلقة التحكم في الزيت؛ للسماح بفائض الزيت الذي تم كشطه من جدران الأسطوانة بواسطة حلقات التحكم في الزيت بالمرور مرة ثانية إلى علبة المرافق، ويتم تثبيت حلقة مكشطة الزيت عند قاعدة جدار المكبس لمنع الاستهلاك المفرط له وتسمى أجزاء جدران المكبس التي تقع بين الأخاديد الحلقية الأراضي الحلقية، بالإضافة إلى العمل كدليل لرأس المكبس، فإن تنورة المكبس تتضمن رؤساء دبوسه ورؤوس مسماره ذات بناء ثقيل لتمكين الحمل الثقيل على رأسه إلى دبوس المكبس.

أهمية دبوس المكبس في محرك الطائرات

يربط دبوس المكبس بقضيب التوصيل، حيث يتم تشكيلها على شكل أنبوب من سبائك فولاذية نيكل مطورة مصلبة ومضغوطة، ويُطلق على دبوس المكبس أحيانًا اسم دبوس المعصم؛ بسبب التشابه بين الحركات النسبية للمكبس والقضيب المفصلي وذراع الذراع البشرية، يكون دبوس المكبس المستخدم في محركات الطائرات الحديثة هو من النوع العائم بالكامل، لأن الدبوس حر في الدوران في كل من المكبس ومحمل دبوس المكبس بقضيب التوصيل، كما يجب تثبيت دبوس المكبس في مكانه لمنع نهايات الدبوس من تحطيم جدران الأسطوانة، أيضًا يوفر سدادة من الألومنيوم الناعم نسبيًا في طرف الدبوس سطحًا محملًا جيدًا مقابل جدار الأسطوانة.

قطارات العتاد التبعي

تُستخدم قطارات التروس، التي تحتوي على كل من التروس الحافزة والمخروطية، في أنواع مختلفة من المحركات لقيادة مكونات المحرك وملحقاته، حيث تُستخدم التروس من نوع (Spur) بشكل عام لقيادة الملحقات الثقيلة المحملة أو تلك التي تتطلب أقل قدر من اللعب أو رد الفعل العكسي في مجموعة التروس، كما تسمح التروس المخروطية بالموقع الزاوي للأعمدة القصيرة المؤدية إلى وسادات تركيب الملحقات المختلفة وفي المحركات الترددية المتقابلة، تكون قطارات التروس الإضافية عادةً ترتيبات بسيطة، ويستخدم العديد من هذه المحركات قطارات تروس بسيطة لتشغيل ملحقات المحرك بالسرعات المناسبة.

أهمية حلقات المكبس

تمنع حلقات الكباس تسريب ضغط الغاز من غرفة الاحتراق وتقليل تسرب الزيت إلى غرفة الاحتراق إلى أدنى حد، كما تتلائم الحلقات مع أخاديد المكبس، لكنها تنبثق للضغط على جدران الأسطوانة، وعندما يتم تشحيمها بشكل صحيح، فستشكل الحلقات ختم غاز فعال.

كيفية بناء حلقة المكبس

معظم حلقات المكبس مصنوعة من الحديد الزهر عالي الجودة، يتم طحنها إلى المقطع العرضي المطلوب ثم يتم تقسيمها بحيث يمكن انزلاقها فوق الجزء الخارجي من المكبس، وفي الأخاديد الحلقية التي يتم تشكيلها في جدار المكبس، نظرًا لأن الغرض منها هو سد الفراغ بين المكبس وجدار الأسطوانة، كما يجب أن تلائم جدار الأسطوانة بشكل مريح بما يكفي لتوفير نوبة مانعة للتسرب، ويجب أن يمارسوا ضغطًا متساويًا في جميع النقاط على جدار الأسطوانة، ويجب أن يثبّتوا ضغطًا متساويًا على جوانب الأخاديد الحلقية.

غالبًا ما يستخدم الحديد الزهر الرمادي في صنع حلقات المكبس، وفي بعض المحركات تُستخدم حلقات مكبس فولاذية معتدلة مطلية بالكروم في أخدود حلقة الضغط العلوية؛ لأن هذه الحلقات يمكن أن تتحمل درجات الحرارة العالية الموجودة في هذه المرحلة بشكل أفضل، كما يجب استخدام حلقات الكروم مع جدران الأسطوانات الفولاذية، ولا تستخدم حلقات الكروم على اسطوانات الكروم.

الهدف من وجود حلقة الضغط في محرك الطائرات

الهدف من حلقات الضغط هو منع تسرب غازات الاحتراق إلى ما بعد المكبس أثناء تشغيل المحرك، كما يتم وضعها في الأخاديد الحلقية أسفل رأس المكبس مباشرة، ويتم تحديد عدد حلقات الضغط المستخدمة في كل مكبس حسب نوع المحرك وتصميمه، على الرغم من أن معظم محركات الطائرات تستخدم حلقتين ضغط، بالإضافة إلى واحدة أو أكثر من حلقات التحكم في الزيت.

أما المقطع العرضي للحلقة إما مستطيل أو إسفيني الشكل ذو وجه مدبب ويمثل الوجه المخروطي حافة محمل ضيقة لجدار الأسطوانة، مما يساعد على تقليل الاحتكاك وتوفير إحكام أفضل.

حلقات التحكم في الزيت

يتم وضع حلقات التحكم في الزيت في الأخاديد الموجودة أسفل حلقات الضغط مباشرة، وفوق فتحات مسمار المكبس، كما قد يكون هناك واحد أو أكثر من حلقات التحكم في الزيت لكل مكبس، ويمكن تركيب حلقتين في نفس الأخدود أو يمكن تركيبهما في أخاديد منفصلة، حيث تنظم حلقات التحكم في الزيت سمك طبقة الزيت على جدار الأسطوانة وإذا دخل الكثير من الزيت إلى غرفة الاحتراق، فإنه يحترق ويترك طبقة سميكة من الكربون على جدرانها ورأس المكبس وشمعات الإشعال ورؤوس الصمامات.

يمكن أن يتسبب هذا الكربون في التصاق الصمامات وحلقات الكباس إذا دخلت في الأخاديد الحلقية أو أدلة الصمام، بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يتسبب الكربون في اختلال إشعال شمعة الإشعال وكذلك التفجير أو الاشتعال المسبق أو الاستهلاك المفرط للزيت، كما يتم للسماح للزيت الفائض بالعودة إلى علبة المرافق، ويتم حفر ثقوب في الجزء السفلي من أخاديد حلقة المكبس للتحكم في الزيت أو في الأراضي المجاورة لهذه الأخاديد.

حلقة مكشطة الزيت

عادة ما يكون لحلقة مكشطة الزيت وجه مائل، ويتم التثبيت لها في الأخدود أسفل تنورة المكبس، كما يتم تثبيت الحلقة بحافة الكشط بعيدًا عن رأس المكبس أو في الوضع العكسي، اعتمادًا على موضع الأسطوانة وسلسلة المحرك، وفي الوضع العكسي، تحتفظ حلقة الكاشطة بالزيت الفائض فوق الحلقة عند شوط المكبس لأعلى ويعاد هذا الزيت إلى علبة المرافق عن طريق حلقات التحكم في الزيت في الضربة الهابطة.