اقرأ في هذا المقال
- ما هو تأثير الحرارة الزائدة على محرك الطائرة
- ما هي طرق تبريد المحرك
- ما هي مكونات نظام التبريد على الطائرة
- ماذا يحدث بداخل نظام التبريد
تولد جميع محركات الاحتراق حرارة عند التشغيل، أيضًا لا تُستثنى من ذلك محركات الطائرات، وهي تعمل عن طريق إشعال الوقود والهواء في غرفة الاحتراق، لذلك يجب تبريد محركات الطائرات، ويكون ذلك إما عن طريق تبريدها بالهواء أو باستخدام سائل مبرد.
ما هو تأثير الحرارة الزائدة على محرك الطائرة
عندما تحترق هذه المواد تتولد الحرارة، بينما يمكن لمحركات الطائرات أن تتحمل بعض الحرارة، فإن الحرارة الزائدة قد تؤدي إلى ما يلي:
- تلف محركات الطائرة.
- كما يمكن للحرارة المفرطة أن تشوه أسطح المحرك.
- أيضًا تحدث تشققات.
- كما وتبخر الزيت.
- كما قد تتسبب في أشكال أخرى من الأضرار الجسيمة.
ما هي طرق تبريد المحرك
ناقش العديد من الخبراء في مجال إصلاح محركات الطائرات ما إذا كان يجب تبريد محركات الطائرات بالهواء أو تبريدها بالسائل، على الرغم من أن الحقيقة هي أن كلا النوعين من الأنظمة يبعثان حرارة مهدرة في الهواء في نهاية المطاف، وهناك إيجابيات وسلبيات لكلا النوعين من المحركات كما يبدو أن الجدل حول الخيار الأفضل سيبقى مستمر.
تبريد المحركات بالهواء
تتميز معظم الطائرات بمحركات مبردة بالهواء بعبارة أخرى، يتم الاستفادة من الهواء الذي يمر فوق هيكل الطائرة لتبريد محركاتها، فالمحركات يتم تبريدها بالهواء مصممة بزعانف تبريد، حيث إنها قطع معدنية صغيرة ورقيقة تبرز من رؤوس المحرك.
كما تعمل زعانف التبريد عن طريق نقل الحرارة من المحركات إلى خارج الطائرة، وسوف تمتص الحرارة من المحركات التي يتم استخدامها معها، حيث ستنتقل الحرارة من المحركات إلى زعانف التبريد، ونظرًا لوجود زعانف التبريد على السطح الخارجي للطائرة، فإن الحرارة ستتبدد بأمان مع حماية المحركات لاحقًا من التلف.
مميزات المحركات المبردة بالهواء
لماذا تحتوي أغلب الطائرات على محركات مبردة بالهواء بالضبط؟ بالمقارنة مع التبريد بالسوائل، فإن تبريد الهواء يوفر العديد من المزايا للطائرات، حيث يقلل تبريد الهواء من الوزن الإجمالي للطائرات، كما لا تتطلب الطائرات ذات المحركات المبردة بالهواء سائل تبريد أو سوائل أخرى ونتيجة لذلك، فإن الطائرات المبردة بالهواء تزن أقل من الطائرات ذات المحركات المبردة بالسائل.
كما تقل احتمالية فشل المحركات المبردة بالهواء عن نظيراتها المبردة بالسائل، حيث إنها لا تتطلب سوى الزعانف، وتتطلب المحركات المبردة بالسائل أجزاء إضافية، حيث يجب أن يكون لديها مبرد وثرموستات بالإضافة لوجود الخراطيم.
علاوة على ذلك، لا يوجد خطر من التجمد مع المحركات المبردة بالهواء بينما يحتوي المبرد على مادة مضادة للتجمد، فإن هذا لا يعني أنه محصن ضد التجمد، ولكن المبرد يمكن أن يتجمد عند تعرضه لدرجات حرارة منخفضة بدرجة كافية، ولأن الطائرات تطير على ارتفاعات عالية، فإن محركاتها تتعرض لدرجات حرارة منخفضة قد تتسبب في تجمد السوائل، مثل سائل التبريد، حيث لا تحتوي المحركات التي يتم تبريدها بالهواء على سائل تبريد، لذلك لا يوجد خطر من التجمد.
المحركات المبردة بالهواء
كما يوحي الاسم، تضمنت المحركات المبردة بالهواء ما يلي:
- محركات مضمنة ومحركات (V-Type): حيث ابتكر (Glenn Curtiss) أول محرك طائرة مبرد بالهواء في عام 1908، مع محرك يتكون من أسطوانات فردية برؤوس متكاملة وزعانف متباعدة نسبيًا، كما تستخدم لتبريد محرك (V-8) حيث أنه في عام 1909، طورت رينو محرك (V-8) مبرد بالهواء باستخدام مروحة تبريد تعمل بالمحرك، ومع ذلك فقد اشتهرت نسخة رينو بعمر قصير جدًا لصمام العادم واستهلاك مرتفع للوقود.
- المحركات الشعاعية الدوارة: حيث تم استخدام المحركات الشعاعية الدوارة على نطاق واسع في الطائرات العسكرية خلال الحرب العالمية الأولى وجعلتها نسبة القوة إلى الوزن جذابة للغاية للمصممين، على الرغم من كونها خيارًا ممتازًا للعمليات العسكرية، إلا أن محركات الطائرات الشعاعية الدوارة لم تكن مناسبة للأغراض التجارية، حيث كانت إحدى عيوب مثل هذا المحرك أن القوى الجيروسكوبية التي أنشأها هذا المحرك وكانت تحديًا بالنسبة للطيارين.
- المحركات الشعاعية الثابتة: رأى مصممو محركات الطائرات الحاجة إلى محركات يمكن استخدامها في كل من الاستخدامات التجارية والعسكرية، كما أدرك بعض المصممين البريطانيين، أن الألمنيوم ينقل الحرارة جيدًا، ومع العلم أن المفاصل المسدودة بين رأس وبرميل محرك الطائرة كانت مصادر متكررة لفشل الحشوات وحدوث التسريبات، وأدى هذا الاكتشاف إلى إنشاء محرك شعاعي ثابت، وهو محرك طائرة أخف بكثير وأكثر كفاءة.
تبريد محركات الطائرة بالسائل المبرد
من ناحية أخرى، تتميز السيارات عادةً بمحرك مبرد بالسائل، حيث تستخدم السيارات والشاحنات وسيارات الدفع الرباعي ذات محركات الاحتراق السائل للحماية من الحرارة الزائدة، كما أن هذا السائل عبارة عن خليط بنسبة متساوية من مضاد التجمد والماء المقطر، كما يتم تبريد بعض محركات الطائرات أيضًا بالسوائل، وذلك باستخدام محرك الطائرة للماء أو الإيثيلين جلايكول أو خليط من الاثنين لتبريد المحرك أثناء رحلة الطائرة.
ما هي مكونات نظام التبريد على الطائرة
- المبرد Radiator: يعمل المبرد كمبادل حراري للمحرك، وعادة ما يكون مصنوعة من الألومنيوم وله العديد من الأنابيب ذات القطر الصغير مع زعانف ملحقة به، كما يقوم بتبادل حرارة الماء الساخن القادم من المحرك مع الهواء المحيط، أيضًا لديه قابس تصريف ومنفذ مدخل وغطاء محكم الإغلاق ومنفذ مخرج.
- مضخة مياه Water pump: عندما يبرد السائل المبرد، فإن مضخة الماء ترسل السائل مرة أخرى إلى كتلة الأسطوانة.
- منظم الحرارة Thermostat: إنه ترموستات يعمل كصمام لسائل التبريد ولا يسمح له بالمرور عبر المبرد إلا عند تجاوز درجة حرارة معينة، كما يحتوي منظم الحرارة على شمع البارافين، والذي يتمدد عند درجة حرارة معينة ويفتح عند درجة الحرارة تلك.
أيضًا يستخدم نظام التبريد ترموستات لتنظيم درجة حرارة العمل العادية لمحرك الاحتراق الداخلي، وعندما يصل المحرك إلى درجة حرارة التشغيل القياسية، يتم تشغيل منظم الحرارة.
- سدادات التجميد Freeze Plugs: هي في الواقع سدادات فولاذية مصممة لإغلاق الفتحات في كتلة الأسطوانة ورؤوس الأسطوانات التي تم إنشاؤها أثناء عملية الصب في الطقس البارد، حيث يمكن أن تخرج إذا لم تكن هناك حماية من الصقيع.
- غلاف الحشية الميكانيكية cover gasket: تسد أجزاء المحرك الرئيسية، حيث تمنع اختلاط الزيت ومضاد التجمد وضغط الأسطوانة.
- خزان فائض الرادياتير Radiator overflow tank: هذا خزان بلاستيكي يتم تركيبه عادة بجوار الرادياتير وله مدخل متصل بالرادياتير وفتحة تدفق واحدة، كما أن هذا هو نفس الخزان الذي تصب فيه الماء قبل القيادة.
- الخراطيم Hoses: مجموعة من الخراطيم التي يتم صناعتها من المطاط تربط المبرد بالمحرك الذي يتدفق من خلاله المبرد، حيث يمكن أن تبدأ هذه الخراطيم أيضًا في التسريب بعد مدة من الاستعمال.
ماذا يحدث بداخل نظام التبريد
يعمل نظام التبريد عن طريق تمرير سائل التبريد باستمرار عبر القنوات الموجودة في كتلة المحرك، حيث يتم دفع سائل التبريد الذي يتم تشغيله بواسطة مضخة مياه، عبر كتلة الأسطوانة وعندما يمر المحلول عبر هذه القنوات، فإنه يمتص الحرارة من المحرك.
وعند مغادرة المحرك، يدخل هذا السائل المسخن إلى المبرد، حيث يتم تبريده عن طريق تدفق الهواء الداخل عبر شبكة الرادياتير، وسوف يبرد السائل أثناء مروره عبره، ويعود إلى المحرك مرة أخرى لالتقاط المزيد من حرارة المحرك وحمله بعيدًا.
يوجد منظم حرارة بين المبرد والمحرك واعتمادًا على درجة الحرارة، ينظم منظم الحرارة ما يحدث للسائل، وإذا انخفضت درجة حرارة السائل إلى ما دون مستوى معين، فإن المحلول يتجاوز الرادياتير وبدلاً من ذلك يتم توجيهه مرة أخرى إلى كتلة المحرك، وسيستمر المبرد في الدوران حتى يصل إلى درجة حرارة معينة ويفتح الصمام على منظم الحرارة، مما يسمح له بالمرور عبر المبرد مرة أخرى للتبريد.
ونظرًا لارتفاع درجة حرارة المحرك، يمكن أن يصل المبرد بسهولة إلى نقطة الغليان ومع ذلك، فإن النظام يتعرض لضغوط لمنع حدوث ذلك، وعندما يكون النظام تحت الضغط، يصعب على المبرد الوصول إلى نقطة الغليان ومع ذلك، في بعض الأحيان يتراكم الضغط ويجب تخفيفه قبل أن يتمكن من إفراغ الخرطوم أو الحشية.
يخفف غطاء الراديتر الضغط الزائد والسوائل عن طريق التراكم في الخزان الاحتياطي، وبعد أن يبرد السائل الموجود في خزان التخزين إلى درجة حرارة مقبولة، يتم إعادته إلى نظام التبريد لإعادة تدويره.
