أهمية الأسطوانات وترقيمها في محركات الطائرات

يسمى جزء المحرك الذي يتم تطوير الطاقة فيه بالأسطوانة، هذا يعني أن الأسطوانة توفر غرفة احتراق يتم فيها احتراق الغازات وتمددها، كما تحتوي الأسطوانات على المكبس وقضيب التوصيل ويوجد هناك أربعة عوامل رئيسية يجب مراعاتها في تصميم وبناء مجموعة الأسطوانات سيتم التعرف عليها في هذا المقال.

عوامل رئيسية يجب مراعاتها في تصميم الأسطوانات

• أن تكون قوياة بما يكفي لتحمل الضغوط الداخلية التي تحدث أثناء تشغيل المحرك.

• أن تكون مصنوعة من معدن خفيف الوزن لتقليل وزن المحرك.

• تتمتع بخصائص جيدة لتوصيل الحرارة لتبريد فعال.

• أن تكون سهله نسبيًا وغير مكلفة في التصنيع والفحص والصيانة.

مكونات رأس أسطوانة المحرك

يتكون رأس الأسطوانة للمحرك المبرد بالهواء بشكل عام من سبائك الألومنيوم؛ لأن سبائك الألومنيوم موصلة جيدة للحرارة ووزنها الخفيف يقلل من الوزن الإجمالي للمحرك، كما يتم تشكيل رؤوس الأسطوانات أو صبها في قوالب للحصول على قوة أكبر ويكون الشكل الداخلي لرأس الأسطوانة بشكل عام شبه كروي، حيث إن الشكل شبه الكروي أقوى من التصميم التقليدي ويساعد في إزالة غازات العادم بشكل أسرع وأشمل.

الأسطوانة المستعملة في المحرك المبرد بالهواء هي من نوع الصمامات العلوية، حيث أن كل أسطوانة عبارة عن مجموعة من جزأين رئيسيين: رأس الأسطوانة وبرميل الأسطوانة، وعند التجميع يتم توسيع رأس الأسطوانة عن طريق التسخين ثم لفه على برميل الأسطوانة والذي تم تبريده، وعندما يبرد الرأس ويتقلص ويدفأ البرميل ويتمدد، ينتج عن ذلك مفصل مانع للتسرب، حيث يتم تصنيع غالبية الأسطوانات المستخدمة بهذه الطريقة باستخدام رأس من الألومنيوم وبرميل من الصلب.

أهمية رأس أسطوانة المحرك

الغرض من رأس الأسطوانة هو توفير مكان لاحتراق خليط الوقود والهواء وإعطاء الأسطوانة مزيدًا من التوصيل الحراري للتبريد الكافي، كما يتم اشتعال خليط الوقود والهواء بواسطة الشرارة في غرفة الاحتراق، ويبدأ الاحتراق عندما ينتقل المكبس نحو المركز العلوي؛ أي في أعلى مساره، وعلى شوط الانضغاط تتوسع الشحنة المشتعلة بسرعة في هذا الوقت ويزداد الضغط، بحيث أنه عندما ينتقل المكبس عبر موضع المركز العلوي، يتم دفعه إلى أسفل على شوط الطاقة، كما توجد منافذ صمامات مخصصة للسحب والعادم في رأس الأسطوانة جنبًا إلى جنب مع شمعات الإشعال وآليات تشغيل صمام السحب والعادم.

بعد صب رأس الأسطوانة، يتم تثبيت وجلب شمعة الإشعال وأدلة الصمامات وبطانات ذراع الروك ومقاعد الصمام في رأس الأسطوانة، كما قد يتم تزويد فتحات سدادة الإشعال ببطانات من البرونز أو الفولاذ التي يتم تقليصها وتثبيتها في الفتحات، حيث تُستخدم ملحقات شمعات الإشعال المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ من نوع (Heli-Coil) في العديد من المحركات المصنعة حاليًا.

عادةً ما يتم تقليص أدلة الصمامات البرونزية أو الفولاذية أو تثبيتها في فتحات محفورة في رأس الأسطوانة؛ لتوفير أدلة لسيقان الصمام، وتوجد هذه بشكل عام بزاوية مع الخط المركزي للأسطوانة، أما مقاعد الصمامات عبارة عن حلقات دائرية من المعدن المقوى تحمي المعدن الناعم نسبيًا لرأس الأسطوانة من تأثير الطرق للصمامات أثناء الفتح والإغلاق ومن غازات العادم، كما  تخضع رؤوس الأسطوانات للمحركات المبردة بالهواء لدرجات حرارة قصوى، لذلك من الضروري توفير منطقة تبريد كافية واستخدام المعادن التي توصل الحرارة بسرعة، عادة ما تكون رؤوس أسطوانات المحركات التي يتم تبريدها بالهواء مصبوبة، حيث تستخدم سبائك الألومنيوم في البناء لعدد من الأسباب.

ويكون الرأس مهيأ جيدًا للصب أو لتشكيل الزعانف العميقة والمتقاربة، وهو أكثر مقاومة من معظم المعادن للتآكل من الرصاص رباعي الإيثيل في البنزين، وينتج أكبر تحسن في تبريد الهواء عن تقليل سمك الزعانف وزيادة عمقها بهذه الطريقة، ومن الضروري توفير مساحة أكبر لزعنفة التبريد في بعض الأقسام مقارنة بالأقسام الأخرى، حيث تكون منطقة صمام العادم هي الجزء الأكثر سخونة من السطح الداخلي، لذلك يتم توفير المزيد من مساحة الزعنفة حول الجزء الخارجي من الأسطوانة في هذا القسم.

براميل أسطوانة المحرك

يجب أن يكون برميل الأسطوانة الذي يعمل فيه المكبس مصنوعًا من مادة عالية القوة، وعادة ما تكون من الصلب، كما يجب أن يكون خفيفًا قدر الإمكان، ومع ذلك فهو يتمتع بالخصائص المناسبة للعمل في درجات حرارة عالية، كما يجب أن تكون مصنوعة من مادة تحمُّل جيدة ولها قوة شد عالية، كما تكون برميل الأسطوانة من سبيكة فولاذية مطروقة مع السطح الداخلي المقوى لمقاومة تآكل المكبس وحلقات الكباس التي تتحمله، ويتم إجراء هذا التصلب عادةً عن طريق تعريض الفولاذ للأمونيا أو غاز السيانيد، بينما يكون الفولاذ شديد السخونة.

كما يمتص الفولاذ النيتروجين من الغاز، مما يشكل نيتريد الحديد على السطح المكشوف، ونتيجة لهذه العملية يقال أن المعدن نيتريد يخترق سطح البرميل، ونظرًا لتآكل براميل الأسطوانة بسبب الاستخدام، فإنه يمكن إصلاحها بالكروم، حيث أن هذه عملية يتم فيها وضع الكروم على سطح برميل الأسطوانة وإعادته إلى الأبعاد القياسية الجديدة، ويجب أن تستخدم الأسطوانات المطلية بالكروم حلقات من الحديد الزهر، أما شحذ جدران الأسطوانة فهي عملية تنقلها إلى الأبعاد الصحيحة وتوفر نمط التظليل المتقاطع لحالة حلقات المكبس أثناء تعطل المحرك.

كما يتم تضييق بعض براميل أسطوانات المحرك من الأعلى، أو يكون قطرها أصغر للسماح بتمدد الحرارة، وفي بعض الحالات يكون للبرميل خيوط على السطح الخارجي في أحد طرفيه، بحيث يمكن تثبيته في رأس الأسطوانة، كما يتم تشكيل زعانف التبريد كجزء لا يتجزأ من البرميل ولها حدود للإصلاح والخدمة.

ترقيم أسطوانة المحرك

في بعض الأحيان، من الضروري الرجوع إلى الجانب الأيسر أو الأيمن من المحرك أو إلى أسطوانة معينة، لذلك من الضروري أيضًا معرفة اتجاهات المحرك وكيفية ترقيم أسطواناته، ودائمًا ما تكون نهاية عمود المروحة للمحرك هي الواجهة الأمامية والطرف الملحق هو النهاية الخلفية، وبغض النظر عن كيفية تركيب المحرك في الطائرة عند الإشارة إلى الجانب الأيمن أو الأيسر منه، حيث يشار إلى دوران العمود المرفقي إما في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة.

عادةً ما يتم الترقيم لأسطوانات المحرك المستقيمة والنوع V من الخلف في محركات V، تُعرف بنوك الأسطوانات بالضفة اليمنى والضفة اليسرى، كما يُنظر إليها من طرف الملحق ويبدأ ترقيم الأسطوانة للمحرك المقابل الموضح بالمؤخرة اليمنى كرقم 1 والخلف الأيسر بالرقم 2 وترقيم الأسطوانة رقم 1 هو رقم 3 ومقابل الرقم 2 هو رقم 4 وهكذا، ولا يعتبر ترقيم أسطوانات المحرك المعاكسة معيارًا بأي حال من الأحوال، كما تقوم بعض الشركات المصنعة بترقيم أسطواناتها من الخلف والبعض الآخر من مقدمة المحرك.

يتم ترقيم أسطوانات المحرك الشعاعية أحادية الصف في اتجاه عقارب الساعة عند عرضها من الخلف، حيث إن الأسطوانة رقم 1 هي الأسطوانة العلوية، وفي محركات الصف المزدوج يتم استخدام نفس النظام، حيث أن أسطوانة الرقم 1 هي الأعلى في الصف الخلفي وأسطوانة رقم 2 هي الأولى في اتجاه عقارب الساعة من الرقم 1، ولكن رقم 2 في الصف الأمامي، أما أسطوانة رقم 3 هي التالية في اتجاه عقارب الساعة إلى الرقم 2، لكنها في الصف الخلفي، وبالتالي فإن جميع الأسطوانات ذات الأرقام الفردية موجودة في الصف الخلفي وجميع الأسطوانات ذات الأرقام الزوجية في الصف الأمامي.