قوة ووزن محركات الطائرات

الناتج المفيد لجميع محطات توليد الطاقة في الطائرات هو قوة الدفع عبارة عن القوة التي تدفع الطائرة، حيث أنه منذ الوقت الذي تم فيه تصنيف المحرك الترددي في قوة حصان الفرامل (bhp)، يتم تصنيف محرك التوربينات الغازية في قوة الدفع (THP).

القدرة الحصانية لمحرك الطائرة

تُشتق قيمة 375 ميل-رطل في الساعة من صيغة القدرة الحصانية الأساسية على هذا النحو، حيث أن القوة الحصانية الواحدة تساوي 33000 قدم-رطل في الدقيقة أو 375 ميل في الساعة وذلك في ظل الظروف الساكنة، كما يُحسب الدفع بما يعادل 2.6 رطل في الساعة تقريبًا.

ومن الضروري حساب القدرة الحصانية لكل سرعة للطائرة، لأن القدرة الحصانية تختلف بتغير السرعة لذلك، ليس من العملي محاولة تقييم أو مقارنة ناتج محرك توربيني على أساس القدرة الحصانية، كما يعمل محرك الطائرة بنسبة عالية نسبيًا من أقصى إنتاج للطاقة طوال فترة خدمته، حيث يكون محرك الطائرة بكامل طاقته كلما تم الإقلاع وقد تحتفظ بهذه القوة لفترة من الوقت حتى الحدود التي تضعها الشركة المصنعة.

نادرًا ما يتم الاحتفاظ بالمحرك بأقصى طاقة لأكثر من دقيقتين  وعادةً ليست طويلة، أيضًا في غضون ثوانٍ قليلة بعد الإقلاع، تنخفض الطاقة إلى طاقة تُستخدم للتسلق، ويمكن الحفاظ عليها لفترات أطول من الوقت بعد صعود الطائرة إلى ارتفاع الإبحار، يتم تقليل قوة المحركات إلى قوة الرحلات البحرية التي يمكن الحفاظ عليها طوال مدة الرحلة.

إذا انخفض وزن المحرك لكل حصان فرامل، حيث يسمى الوزن المحدد للمحرك، فمن الواضح أن الحمل المفيد الذي يمكن أن تحمله الطائرة وأداء الطائرة يزدادان، وذلك عند كل رطل من الوزن الزائد يحمله محرك الطائرة ويقلل من أدائه أدى ذلك التحسن الهائل في تقليل وزن محرك الطائرة من خلال تحسين التصميم والتعدين إلى ظهور محركات ترددية مع نسبة طاقة إلى وزن محسّنة كثيرًا أي وزن محدد.

القوة الحصانية لمحرك الطائرة

القوة الحصانية المشار إليها التي ينتجها المحرك وتعتبر القدرة الحصانية المحسوبة من متوسط ​​الضغط الفعال المشار إليه والعوامل الأخرى التي تؤثر على خرج قدرة المحرك وتكون القدرة الحصانية المشار إليها هي القوة المطورة في غرف الاحتراق، دون الإشارة إلى خسائر الاحتكاك داخل المحرك، كما يتم حساب هذه القدرة الحصانية كدالة لضغط الأسطوانة الفعلي المسجل أثناء تشغيل المحرك.

لتسهيل إيجاد القوة الحصانية المشار إليها، فإن جهاز بيان ميكانيكي، يكون مرفق بأسطوانة المحرك ينسخ الضغط الفعلي الموجود في الأسطوانة أثناء دورة التشغيل الكاملة، كما يمكن تمثيل هذا الاختلاف في الضغط بنوع الرسم البياني ويتم ملاحظة أن ضغط الأسطوانة يرتفع عند الشوط الخاص بالانضغاط، حيث يبلغ ذروته بعد أعلى مركز وينخفض ​​كلما تحرك المكبس باتجاه الأسفل على شوط الطاقة.

نسبة الضغط في محرك الطائرة

نظرًا لاختلاف ضغط الأسطوانة أثناء دورة التشغيل، يتم حساب متوسط ​​الضغط، يعتبر هذا الضغط المتوسط، إذا تم تطبيقه بثبات خلال وقت شوط الطاقة، سوف يقوم بنفس مقدار العمل مثل الضغط المتغير خلال نفس الفترة، حيث يُعرف هذا الضغط المتوسط ​​بمتوسط ​​الضغط الفعال المشار إليه ويتم تضمينه في حساب القدرة الحصانية المشار إليه مع مواصفات المحرك الأخرى، كما أنه إذا كانت الخصائص والمتوسط للقيم ​​المشار إليه للضغط الذي يطلق عليه الفعال للمحرك معروفة، فمن الممكن حساب معدل القدرة الحصانية المشار إليه.

يمكن حساب القدرة الحصانية المشار إليها لمحرك دورة رباعي الأشواط من الصيغة التالية، حيث يتم ترتيب رموز الأحرف في البسط لتهجئة كلمة (PLANK) للمساعدة في حفظ الصيغة:

P = يشير يعني الضغط الفعال، يكون بالبوصة المربعة.
L = طول الضربة، بالأقدام أو في كسور القدم.
A = مساحة رأس المكبس أو مساحة المقطع العرضي للأسطوانة بالبوصة المربعة.
N = عدد ضربات القوة في الدقيقة: rpm/2.
K = عدد الاسطوانات.

في الصيغة أعلاه، تضرب مساحة المكبس في متوسط ​​الضغط الفعال المشار إليه، مما يعطي القوة المؤثرة على المكبس بالبوصة، هذه القوة مضروبة في طول الشوط بالأقدام تعطي الشغل المنجز بضربة قدرة واحدة والتي تكون، مضروبة في عدد ضربات القوة في الدقيقة، حيث أنها تعطي عدد قدم-رطل في الدقيقة من الشغل الناتج بواسطة أسطوانة واحدة، وبضرب هذه النتيجة في عدد الأسطوانات في المحرك يعطي مقدار الشغل الذي يقوم به المحرك بوحدة قدم-رطل، ونظرًا لتعريف حصان على أنه عمل تم إنجازه بمعدل 33000 قدم-رطل في الدقيقة، فإن إجمالي عدد قدم-رطل من العمل الذي يؤديه المحرك مقسوم على 33000 للعثور على القدرة الحصانية المشار إليها.

القوة الدافعة لمحرك الطائرة

يمكن اعتبار القوة الحصانية الدافعة نتيجة عمل المحرك والمروحة معًا، كما انه إذا كان من الممكن تصميم المروحة لتكون فعالة بنسبة 100 في المائة، فسيكون الدفع و (bph) هو نفسه ومع ذلك، فإن كفاءة المروحة تختلف باختلاف سرعة المحرك والموقف والارتفاع ودرجة الحرارة وسرعة الهواء.

وبالتالي، فإن نسبة قوة الدفع والحصان التي يتم تسليمها إلى عمود المروحة لن تكون متساوية أبدًا وعلى سبيل المثال، إذا طور محرك 1000 حصان وتم استخدامه مع مروحة ذات كفاءة 85 في المائة، فإن قوة الدفع لمجموعة المحرك والمروحة هي 85 في المائة من 1000 أو 850 حصان ومن بين الأنواع الأربعة من القدرة الحصانية التي تمت مناقشتها، فإن قوة الدفع الحصانية هي التي تحدد أداء مجموعة المحرك والمروحة.

القدرة الحصانية لاحتكاك محرك الطائرة

القدرة الحصانية للاحتكاك هي القدرة الحصانية المشار إليها مطروحًا منها القدرة الحصانية للمكابح، وهي القوة الحصانية التي يستخدمها المحرك في التغلب على احتكاك الأجزاء المتحركة وسحب الوقود وطرد العادم وزيت القيادة ومضخات الوقود وغيرها من ملحقات المحرك، كما أنه في محركات الطائرات الحديثة قد يصل فقدان الطاقة من خلال الاحتكاك إلى 10 إلى 15 بالمائة من القدرة الحصانية المشار إليها.

هذا يعني أن الاحتكاك والفرامل ضغوطًا فعالة ومتوسط الضغط الفعال الذي أشير له (IMEP)، الذي تمت مناقشته سابقًا، هو متوسط الضغط الناتج في غرفة الاحتراق أثناء دورة التشغيل، وهو تعبير عن القوة النظرية غير الاحتكاكية المعروفة بالقدرة الحصانية المحددة، بالإضافة إلى تجاهل القوة المفقودة بسبب الاحتكاك تمامًا، كما لا تعطي القدرة الحصانية أي مؤشر على مقدار 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.

ملاحظة: “bhp” اختصار لـ “brake horsepower”

ملاحظة: “THP” اختصار لـ “Thrust Horse power”

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