قوة واحتكاك فرامل الطائرات

يتم إيجاد القدرة الحصانية على أنها القوة النظرية لمحرك عديم الاحتكاك، حيث يجب طرح إجمالي القدرة الحصانية المفقودة في التغلب على الاحتكاك من القدرة الحصانية المشار إليها للوصول إلى القدرة الفعلية التي يتم تسليمها إلى المروحة على الطائرة، وتُعرف القوة التي يتم تسليمها إلى المروحة للعمل المفيد باسم قوة حصان الفرامل، كما يُعرف الفرق بين القدرة الحصانية المحددة وقوة الفرامل بالقدرة الحصانية الاحتكاكية، وهي القدرة الحصانية اللازمة للتغلب على الخسائر الميكانيكية  مثل عمل الضخ للمكابس واحتكاك المكابس واحتكاك جميع الأجزاء المتحركة الأخرى.

عزم الدوران في الطائرات

يتضمن قياس حصان المحرك قياس كمية تعرف باسم عزم الدوران أو عزم الالتواء، وهو نتاج القوة ومسافة القوة من المحور الذي تعمل حوله، يتم حسابه من خلال: عزم الدوران = القوة × المسافة، حيث إن عزم الدوران هو مقياس للحمل، ويتم التعبير عنه بشكل صحيح (رطل-بوصة) أو (رطل-قدم)، كما لا ينبغي الخلط بين عزم الدوران والعمل.

قياس عزم الدوران في الطائرات

هناك العديد من الأجهزة لقياس عزم الدوران، مثل مقياس القوة أو مقياس عزم الدوران وأحد الأنواع البسيطة جدًا من الأجهزة التي يمكن استخدامها لإثبات حسابات عزم الدوران هي فرامل برونية، وتعتبر جميع أجهزة قياس عزم الدوران هذه قابلة للاستخدام لحساب خرج القدرة لمحرك على منصة اختبار، وهي تتكون أساسًا من طوق أو مكبح يمكن تثبيته على أسطوانة مثبتة على عمود المروحة وتشكل الياقة والأسطوانة فرامل احتكاك يمكن ضبطها بواسطة عجلة.

يتم ربط ذراع بطول معروف بشكل صارم أو جزء منه وينتهي عند نقطة تستند إلى مجموعة من المقاييس، وعندما يدور عمود المروحة، فإنه يميل إلى حمل طوق الفرامل المفصلي معه ولا يتم منعه من القيام بذلك، إلا بواسطة الذراع التي تقع على الميزان ويشير المقياس إلى القوة اللازمة لإيقاف حركة الذراع وإذا تم ضرب القوة الناتجة المسجلة على المقياس بطول الذراع، فإن الناتج هو عزم الدوران الذي يمارسه عمود الدوران على سبيل المثال، إذا كان المقياس يسجل 200 رطل وكان طول الذراع 3.18 قدم، فإن العزم الذي يمارسه العمود يكون: 200 رطل × 3.18 قدم = 636 (رطل-قدم)

وبمجرد معرفة عزم الدوران، يمكن حساب العمل المنجز لكل دورة في عمود المروحة دون صعوبة بواسطة المعادلة: العمل لكل دورة = 2π × عزم الدوران، π=3.14، وإذا تم ضرب الشغل لكل دورة في (rpm)، فإن النتيجة هي الشغل في الدقيقة أو القوة، ملاحظة “rpm” اختصار لـ “Revelation Per Minute”

الاحتكاك في الطائرات

طالما أن الاحتكاك بين طوق الفرامل وأسطوانة عمود المروحة كبير بما يكفي لفرض حمل ملموس على المحرك، ولكنه ليس كبيرًا بما يكفي لإيقاف المحرك، فليس من الضروري معرفة مقدار الاحتكاك بين الطوق والأسطوانة للحساب، وإذا لم يكن هناك حمل مفروض، فلن يكون هناك عزم للقياس وإذا كان الحمل المفروض كبيرًا جدًا بحيث يتوقف المحرك، فقد يكون هناك عزم دوران كبير للقياس ولكن لا توجد دورة في الدقيقة في كلتا الحالتين، من المستحيل قياس حصان المحرك، ومع ذلك إذا كان هناك قدر معقول من الاحتكاك بين أسطوانة الفرامل والياقة وزاد الحمل، فإن ميل عمود المروحة لحمل الطوق والذراع معه يصبح أكبر وبالتالي يفرض قوة أكبر على الميزان.

طالما أن زيادة عزم الدوران تتناسب مع انخفاض عدد الدورات في الدقيقة، فإن القدرة الحصانية التي يتم تسليمها في العمود تظل دون تغيير، حيث يمكن ملاحظة ذلك من المعادلة التي يكون فيها 2πr و33000 عبارة عن ثوابت ويكون عزم الدوران و(rpm) متغيرين وإذا كان التغيير في (rpm)متناسبًا عكسياً مع التغيير في عزم الدوران، فإن الناتج يظل دون تغيير، وتبقى (bhp) بدون تغيير، حيث أن هذا مهم كما أنه يوضح أن القدرة الحصانية هي وظيفة كل من عزم الدوران و(rpm)، ويمكن تغييرها عن طريق تغيير إما عزم الدوران أو (rpm) أو كليهما.

ملاحظة: “bhp” اختصار لـ”brake horsepower”

طاقة وكفاءة المحرك الترددية في الطائرة

القدرة الحصانية للمقاومة ي القدرة الحصانية التي تم حسابها يتم تنقيص منها القدرة الحصانية للمكابح، وهي القوة الحصانية التي يستعملها المحرك الترددي في التغلب على مقاومة الأجزاء المتحركة، وشفط الوقود والتخلص من العادم والزيت ومضخات خاصة بالوقود وغيرها من توابع المحرك، وفي محركات الطائرات المحدثة، قد يصل فقدان الطاقة من خلال الاحتكاك إلى 10 إلى 15 بالمائة من القدرة الحصانية، وهذا يشير أن الاحتكاك والفرامل هي ضغوطًا فعالة.

متوسط ​​الضغط الفعال الذي يرمز له (IMEP)، هو متوسط ​​الضغط الناتج في غرفة الحرق خلال دورة العمل، وهو تعبير عن القوة النظرية غير الاحتكاكية المعروفة بالقدرة الحصانية المحددة، بالإضافة إلى تجاهل القوة المفقودة بسبب المقاومة تمامًا، كما لا تعطي القدرة الحصانية المشار إليها أي مؤشر على كمية الطاقة الفعلية التي يتم تسليمها إلى عمود المروحة للقيام بعمل مفيد ومع ذلك، فهي مرتبطة بالضغوط الفعلية التي تحدث في الأسطوانة ويمكن استخدامها كمقياس لهذه الضغوط.

لحساب خسارة الاحتكاك أو المقاومة وصافي خرج القدرة، يمكن اعتبار القدرة الحصانية المحددة للأسطوانة على أنها قوتان منفصلتان، تنتج كل منهما تأثيرًا مختلفًا، حيث تتغلب القوة الأولى على الاحتكاك الداخلي، وبالتالي تُعرف القدرة الحصانية المستهلكة باسم قوة الاحتكاك والقوة الثانية، التي تعرف باسم قوة حصان الفرامل، تعطي عملاً مفيدًا في المروحة، ويتم تسمية ذلك الجزء من (IMEP) الذي يعطي قدرة حصانية على الفرامل بالضغط الفعال (BMEP).

الضغط المتبقي المستخدم للفوز على الاحتكاك الداخلي يتم تسميته بالاحتكاك يعني الضغط الفعال (FMEP) و(IMEP)، وهو تعبير مفيد لإجمالي الخارج من قدرة الأسطوانة، ولكنه لا يعتبر كمية فيزيائية حقيقية، فإن (FMEP) و (BMEP) عبارة عن تعبيرات نظرية، ولكنها تفيد للتعبير عن ما يخسره الاحتكاك وهو الناتج الخارج الذي يعبر عن الطاقة.

إضافة إلى أن (BMEP) و(FMEP) ليس لهما وجود فعلي وواقعي في الأسطوانة، إلا أنهما يكونان وسيلة ملائمة للتعبير عن حدود الضغط أو تصنيف أداء المحرك خلال نطاق العمل بالكامل، وهناك علاقة تشغيل بين (IMEP) و(BMEP) و(FMEP).

أحد القيود الرئيسية المفروضة على تشغيل المحرك هو الضغط المتطور في الأسطوانة خلال الاحتراق في مناقشة ضغط المعبر عنها ويعني الضغط الفعال، وجد أنه ضمن الحدود، حيث أدى الضغط الذي يرتفع إلى زيادة الطاقة ولوحظ أيضًا أنه إذا لم يتم السيطرة على ضغط الأسطوانة ضمن حدود قريبة، فسيقود ذلك إلى فرض أحمال داخلية خطيرة قد تؤدي إلى تلف المحرك، لذلك من الضروري أن يكون لديك طريقة لتحديد ضغوط الأسطوانة هذه كإجراء احترازي وللتطبيق الفعال للطاقة.

ملاحظة: “IMEP ” اختصار لـ “Indicated Mean Effective Pressure“

ملاحظة: “BMEP” اختصار لـ”Brake Mean Effective Pressure”

ملاحظة: “FMEP” اختصار لـ”Friction Mean Effective Pressure”