تعمل الغالبية العظمى من المحركات الترددية للطائرات المعتمدة على دورة رباعية الأشواط، تسمى أحيانًا دورة أوتو نسبة إلى منشئها، وهو فيزيائي ألماني، ويتميز محرك الدورة رباعي الأشواط بالعديد من المزايا لاستخدامه في الطائرات، وتتمثل إحدى المزايا في أنه يفسح المجال بسهولة للأداء العالي من خلال الشحن الفائق.
ما هي دورات تشغيل محرك الطائرات
الدورة رباعية الأشواط
في هذا النوع من المحركات، يلزم أربع ضربات لإكمال سلسلة الأحداث المطلوبة أو دورة التشغيل لكل أسطوانة، ويلزم إجراء دورتين كاملتين للعمود المرفقي (720 درجة) للأربع ضربات، وبالتالي فإن كل أسطوانة في محرك من هذا النوع تشتعل مرة واحدة في كل دورتين للعمود المرفقي.
تؤثر العديد من العوامل على توقيت محرك معين، ومن المهم جدًا اتباع توصيات الشركة المصنعة للمحرك في أمور الصيانة والإصلاح، كما يتم دائمًا تعيين توقيت أحداث الصمام والاشتعال بدرجات حركة العمود المرفقي، ويجب أن نتذكر أنه يلزم قدر معين من حركة العمود المرفقي لفتح الصمام بالكامل، لذلك يمثل التوقيت المحدد بداية الفتح بدلاً من وضع الفتح الكامل للصمام، ويمكن رؤية مثال على مخطط توقيت الصمام.
ضربات الدخول
أثناء شوط السحب، يتم سحب المكبس لأسفل في الأسطوانة بواسطة دوران العمود المرفقي، وهذا يقلل من الضغط في الأسطوانة ويسبب تدفق الهواء تحت الضغط الجوي عبر المكربن، الذي يقيس الكمية الصحيحة من الوقود، ويمر خليط الوقود والهواء عبر أنابيب السحب وصمامات السحب في الأسطوانات، كما تعتمد كمية أو وزن شحنة الوقود والهواء على درجة فتح الخانق.
يتم فتح صمام السحب بشكل كبير قبل أن يصل المكبس إلى (TDC) على شوط العادم، من أجل تحفيز كمية أكبر من شحنة الوقود والهواء في الأسطوانة، وبالتالي زيادة القدرة الحصانية، ومع ذلك فإن المسافة التي يمكن فتح الصمام فيها قبل (TDC) محدودة بعدة عوامل، مثل احتمال عودة الغازات الساخنة المتبقية في الأسطوانة من الدورة السابقة إلى أنبوب السحب ونظام الحث.
في كل محركات الطائرات عالية الطاقة، يكون كل من صمامات السحب والعادم خارج مقاعد الصمام في (TDC) في بداية شوط السحب، كما ذكرنا أعلاه يفتح صمام السحب قبل (TDC) على شوط العادم، ويتأخر إغلاق صمام العادم بشكل كبير بعد اجتياز المكبس لـ (TDC) وبدء شوط السحب، أي تأخر الصمام ويُطلق على هذا التوقيت اسم تداخل الصمامات؛ وهو مصمم للمساعدة في تبريد الأسطوانة داخليًا، عن طريق تدوير خليط الوقود والهواء البارد الوارد؛ وذلك لزيادة كمية خليط الوقود والهواء المستحث في الأسطوانة وللمساعدة في تنظيف المنتجات الثانوية للاحتراق من الإسطوانة.
تم ضبط توقيت صمام السحب ليغلق بحوالي 50 درجة إلى 75 درجة بعد (BDC)على شوط الانضغاط، وذلك اعتمادًا على المحرك المحدد؛ للسماح بزخم الغازات الواردة لشحن الأسطوانة بشكل كامل، ونظرًا للحجم الكبير نسبيًا للأسطوانة فوق المكبس عندما يكون المكبس بالقرب من (BDC)، فإن الحركة الطفيفة للأعلى للمكبس خلال هذا الوقت لا يكون لها تأثير كبير على التدفق الوارد للغازات، كما يمكن حمل هذا التوقيت المتأخر بعيدًا جدًا؛ لأن الغازات قد تجبر على العودة من خلال صمام السحب وتتسبب في إبطال الغرض من الإغلاق المتأخر.
ضغط الضربة
بعد إغلاق صمام السحب، يؤدي استمرار حركة المكابس لأعلى إلى ضغط خليط الوقود والهواء للحصول على خصائص الاحتراق والتمدد المرغوبة، ويتم إطلاق الشحنة بواسطة شرارة كهربائية؛ وذلك عندما يقترب المكبس من (TDC)، كما يختلف وقت الاشتعال من 20 درجة إلى 35 درجة قبل (TDC)، اعتمادًا على متطلبات المحرك المحدد؛ لضمان الاحتراق الكامل للشحنة بحلول الوقت الذي يتجاوز فيه المكبس (TDC) قليلاً، وتؤثر العديد من العوامل على توقيت الإشعال وقد أمضت الشركة المصنعة للمحرك وقتًا طويلاً في البحث والاختبار لتحديد أفضل إعداد، كما تشتمل جميع المحركات على أجهزة لضبط توقيت الإشعال، والأهم من ذلك أن توقيت نظام الإشعال وفقًا لتوصيات الشركة المصنعة للمحرك.
ضربة الحركة الدورانية
عندما يتحرك المكبس خلال موضع (TDC) في نهاية شوط الانضغاط ويبدأ لأسفل عند شوط الطاقة، يتم دفعه إلى الأسفل عن طريق التمدد السريع للغازات المحترقة داخل رأس الأسطوانة بقوة، كما يمكن أن تكون أكبر من 15 طنًا ( 30000 رطل/بوصة مربعة) بأقصى خرج قدرة للمحرك، وقد تتراوح درجة حرارة هذه الغازات المحترقة بين 3000 و 4000 درجة فهرنهايت، وعندما يتم دفع المكبس إلى الأسفل أثناء شوط الطاقة بواسطة ضغط الغازات المحترقة التي تمارس عليه، يتم تغيير الحركة الهابطة لقضيب التوصيل إلى حركة دورانية بواسطة العمود المرفقي بعد ذلك، تنتقل الحركة الدورانية إلى عمود المروحة لقيادة المروحة مع تمدد الغازات المحترقة، كما تقل درجة الحرارة إلى الحدود الآمنة قبل تدفق غازات العادم عبر منفذ العادم.
تكون الحاجة إلى استخدام أكبر قدر ممكن من القوة التوسعية وكسح الأسطوانة بشكل كامل وسريع قدر الإمكان، كما يتم فتح الصمام بشكل كبير قبل (BDC) على شوط الطاقة في بعض المحركات عند 50 درجة و 75 درجة قبل (BDC)، بينما لا يزال هناك بعض الضغط في الأسطوانة، ويتم استخدام هذا التوقيت، بحيث يمكن للضغط إجبار الغازات على الخروج من منفذ العادم في أسرع وقت ممكن، وتحرر هذه العملية الأسطوانة من الحرارة الضائعة بعد الحصول على التمدد المطلوب وتجنب ارتفاع درجة حرارة الأسطوانة والمكبس، كما يعتبر التنظيف الشامل أمرًا مهمًا للغاية، لأن أي نواتج عادم متبقية في الأسطوانة تخفف شحنة الوقود والهواء الواردة في بداية الدورة التالية.
ضربة العادم
عندما ينتقل المكبس عبر (BDC) عند اكتمال شوط الطاقة ويبدأ صعودًا على شوط العادم، يبدأ في دفع غازات العادم المحترقة إلى خارج منفذ العادم، حيث تخلق سرعة غازات العادم التي تخرج من الأسطوانة ضغطًا منخفضًا في الأسطوانة، ويعمل هذا الضغط المنخفض على تسريع تدفق شحنة الوقود والهواء الحديث إلى الأسطوانة، حيث يقوم بداية صمام السحب في الفتح، ويتم ضبط توقيت فتح صمام السحب ليحدث عند 8 درجات إلى 55 درجة قبل (TDC) على شوط العادم في المحركات المختلفة.
دورة ثنائية الأشواط
ظهر المحرك ثنائي الأشواط من جديد، حيث يتم استخدامه في الرياضات الخفيفة للغاية والخفيفة والعديد من الطائرات التجريبية، كما يوحي الاسم تتطلب محركات الدورة ثنائية الشوط شوطًا واحدًا للأعلى وضربة واحدة لأسفل للمكبس؛ لإتمام سلسلة الأحداث المطلوبة في الأسطوانة، وبالتالي يكمل المحرك دورة التشغيل في دورة واحدة للعمود المرفقي، ويتم إنجاز وظائف السحب والعادم خلال نفس الضربة، ويمكن أن تكون هذه المحركات إما مبردة بالهواء أو بالماء، وتتطلب عمومًا مبيتًا لتقليل التروس بين المحرك والمروحة.
الدورة الدوارة
تحتوي الدورة الدوارة على دوار ثلاثي الجوانب يدور داخل مبيت بيضاوي الشكل، لتكمل ثلاث من أربع دورات لكل دورة، ويمكن أن تكون هذه المحركات أحادية الدوار أو متعددة الدوار، ويمكن تبريدها بالهواء أو بالماء، كما يتم استخدامها في الغالب مع الطائرات التجريبية والخفيفة، حيث أن خصائص الاهتزاز منخفضة جدًا أيضًا لهذا النوع من المحركات.
دورة الديزل
تعتمد دورة الديزل على ضغوط ضغط عالية لتوفير اشتعال شحنة الوقود والهواء في الأسطوانة، وعندما يتم سحب الهواء في الأسطوانة، يتم ضغطه من خلال مكبس وعند أقصى ضغط، يتم رش الوقود في الأسطوانة عند هذه النقطة، يؤدي الضغط العالي ودرجة الحرارة في الأسطوانة إلى احتراق الوقود، مما يؤدي إلى زيادة الضغط الداخلي للأسطوانة، كما يؤدي هذا إلى دفع المكبس لأسفل، مما يؤدي إلى تدوير العمود المرفقي أو تحريكه، وتستخدم المحركات المبردة بالماء والهواء التي يمكن أن تعمل بوقود الكيروسين نسخة من دورة الديزلو، وهناك العديد من أنواع دورات الديزل المستخدمة بما في ذلك محركات الديزل ثنائية الأشواط ورباعية الأشواط.
ملاحظة: “TDC” اختصار لـ “Top Dead Centre”
ملاحظة: “BDC” اختصار لـ “Bottom Dead Centre”
