סיווג מנועים. סוגי מנועים, ייעודם, התקן ועקרון הפעולה שלהם

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

סיווג המנועים כולל מספר קבוצות גדולות של מכשירים אלה. ראוי לציין כי כל קבוצה בודדת, בתורה, מחולקת לכמה קבוצות קטנות יותר. זה מוצדק בעובדה שכיום הומצא מספר עצום של סוגים שונים של מנועים על ידי האדם.

שיטת הכנת התערובת

סיווג של מנועי בעירה פנימית יכול להתבצע גם לפי האופן שבו הוכן הדלק לפעולתם. לדוגמה, מבחינים בין שני סוגים עיקריים - אלה עם היווצרות תערובת חיצונית ועם היווצרות תערובת פנימית. ערבוב הוא התהליך שבו מתקבל דלק להפעלת המנוע. היווצרות תערובת חיצונית מובנת כתהליך של הכנת דלק לפעולת המנוע מחוץ לגבולותיו, כלומר, בקרבורטור או במיקסר. מטבע הדברים, קבוצה זו כוללת את אותם סוגים של מכשירים אלה שאינם מסוגלים לייצר תערובת בעצמם.

היווצרות תערובת פנימית מתייחסת למקרה שבו תהליך ייצור התערובת מתרחש ישירות בצילינדר המנוע עצמו.

דלקים נוזליים

מנועים בדלק נוזלי הם סוג של מנועי רקטות, כלומר, הם משמשים לשיגור רקטות. מכשיר כזה מורכב מהחלקים הבאים:

• תא בעירה עם זרבובית. יסודות אלו משמשים להמרת האנרגיה הכימית של הדלק לאנרגיה תרמית. לאחר השלמת תהליך זה, מתחיל התהליך הבא, שעיקרו ההפיכה שלאחר מכן של האנרגיה התרמית הקיימת לאנרגיה קינטית. חשוב לציין כאן שתא הבעירה, כמו גם הזרבובית ומכשיר ההזרקה, נחשבים ליחידה נפרדת.
• האלמנטים הבאים הם שסתומי בקרת דלק, כמו גם המנוע עצמו. מטרת השסתומים הללו, כפי שהשם מרמז, היא לווסת את אספקת הדלק. זהו תהליך חשוב למדי, שכן הביצועים של מנוע כזה תלויים בכמות הדלק המסופקת. בהתאם לכמות החומר הפועל הנכנס למנוע, הדחף שלו ישתנה.

מכשירי דלק נוזלי

בסיווג של מנועים עם חומר נוזלי כדלק, הם מסווגים כמכשירי רקטות. חשוב לציין שניתן להשתמש במגוון דלקים כנוזל עבודה. כאן צריך להבין שבחירת התערובת להתנעת היחידה תהיה תלויה במאפיינים, המטרה, ההספק, וגם במשך המנוע עצמו.

בין כל הדרישות שחלות לרוב על סוג המכשירים המסוים הזההצריכה הנמוכה ביותר של תערובת העבודה או, מה זהה, הדחף הספציפי המרבי. כאשר יש צורך לבחור תערובת להפעלת מנוע על דלק נוזלי, שימו לב לפרמטרים כגון: קצב הצתה ושריפה, צפיפות, תנודתיות, רעילות, צמיגות ועוד מספר מאפיינים חשובים.

יחידת דלק מוצק

סיווג המנועים כולל סוג אחר של מכשיר. יחידות אלה פועלות על דלק מוצק מעט יוצא דופן. חשוב לציין כאן שגם היקף המנועים הללו הוא רקטי. אבק שריפה הפך לחומר העיקרי המהווה את הדלק למכשיר זה. הייחודיות של העבודה היא שהיחידה עובדת עד שהיא מנצלת את כל המלאי עד הסוף. אבק השריפה עצמו ממוקם ישירות לתוך תא הבעירה של המנוע. התקנים כאלה נודעו כמנועי רקטות מוצק, או מנועי רקטות הנעה מוצק.

חשוב לציין כאן שסוג המנועים המסוים הזה הוא אחד העתיקים ביותר. בנוסף, סוג זה של מכשיר היה הראשון שמצא את היישום המעשי שלו. עובדה חשובה נוספת היא שאבקה שחורה שימשה בעבר כדלק. עם התפתחות הטכנולוגיה, גם סוג התערובת השתנה. בני אדם הצליחו להמציא אבק שריפה ללא עשן לשימוש כדלק רקטות.

מנוע ללא דלק

אחד המעניינים למדימחלקות יחידות הן מנוע שאינו משתמש בתערובת דלק כלשהי לצורך פעולתו. לרוב, סוגים אלה של מכשירים משמשים ככונני סיבוב. יחידה זו מורכבת מחלקים כגון: דיסק או גלגל תנופה, אשר קבוע על הציר. לאותו חלק יש מגנט רוטור קבוע אחד או יותר.

תנאי חשוב הוא שהמגנטים האלה, כמו הדיסק עצמו או גלגל התנופה, חייבים להיות מותקנים כך ששום דבר לא יפריע לסיבוב החופשי שלהם סביב צירו. חלק חשוב נוסף במנוע נטול דלק הוא מגנט מעצור קבוע גלילי, המותקן באופן קבוע על מוט המותקן במקביל לדיסק או לגלגל התנופה. מגנט גלילי קבוע יכול לנוע יחד עם המוט לאזור שבו בזמן נתון יש שדה מגנטי שנוצר על ידי מגנטי הרוטור.

עקרון הפעולה של יחידה ללא דלק

עקרון הפעולה של מכשיר זה טמון בעובדה שכל המגנטים שלו מופנים באותם הקטבים אחד כלפי השני. מכיוון שהקטבים המגנטיים בעלי אותו השם תמיד ידחו זה את זה, תנועתם תגרום לדיסק או לגלגל התנופה להסתובב סביב צירו. בנוסף למנוע מסוג זה, יש עוד אחד שדומה מאוד בעקרון הפעולה שלו למנוע נטול דלק.

מכשיר זה היה מנוע מגנטי, שיש לו סטטור בצורת טבעת מגנטית קבועה, וכן רוטור (או שהוא נקרא גם עוגן). אלמנט זה הוא מגנט קבוע בר, אשר ממוקם בתוך הסטטור במישור אחד.

החיסרון של סוגים אלו של מנועים הוא שהם צריכים אספקת חשמל כדי לבצע את עבודתם. הוגדרו מספר יעדים להמצאת מכשיר מסוג זה. היה צורך להשיג סוג מנוע ידידותי לסביבה שלא יהיה בו פליטות מזיקות במהלך פעולתו, וכן עבד ללא צריכת דלק כלשהו וללא אספקת אנרגיה חשמלית ממקורות חיצוניים. יחד עם זאת, הוא גם לא היה צריך לזהם את הסביבה או את האוויר האטמוספרי.

מנועי מטוסים

לפני שמתחילים לתאר סוג מסוים של מנועים, עדיף להבין על סמך מה הם מחולקים. נכון לעכשיו, קבוצה זו מסווגת לשני סוגים שונים מהותית. המאפיין היחיד המבחין בין קבוצה אחת לאחרת היה יכולתו של המכשיר לפעול מחוץ לאטמוספירה. במילים אחרות, הקטגוריה הראשונה של היחידות דורשת נוכחות של אטמוספרה לצורך פעולתה, בעוד שהשנייה אינה קשורה למחוון זה וניתנת להפעלה מחוצה לה. הקבוצה הראשונה נקראה אטמוספירית או אווירית, ואילו השנייה נקראת רקטה.

ראוי לציין שבאופן קונבנציונלי מתקנים מסוג זה מכונים מנועי אוויר מונעי מדחף ומנועי סילון של מטוסים.

קבוצת מכשירים תגובתיים

הקטגוריה השנייה של מכשירים, כלומר תגובתיים, כוללת יחידות כגון: מנועי טורבו-סילון אוויר, מנועי רמ-ג'ט. ההבדל העיקרי בין שני סוגי המכשירים הללו הוא זההתקני סילון בזרימה ישירה, דחיסת אוויר מתרחשת עקב אספקת אנרגיה מכנית למערכת המנוע. להפעלת יחידה זו, יש צורך ליצור לחץ סטטי מוגבר. השפעה זו מושגת על ידי בלימת האוויר שנע בכניסת כניסת האוויר.

סילוני דו-מעגל

מנוע הסילון של מטוס מסוג זה - סילון טורבו עוקף - נולד בשל העובדה שאנשים היו צריכים ליצור מכשיר שיהיה בעל יעילות משיכה מוגברת. היה צורך להשיג עלייה במדד זה במהירויות תת-קוליות ענקיות. עקרון הפעולה של המכשיר הזה נראה בערך כך.

זרימת האוויר זורמת לתוך המנוע, ואז היא נכנסת לכניסת האוויר, שם היא מחולקת למספר חלקים. חלק אחד עובר דרך מכשיר הלחץ הגבוה הממוקם במעגל הראשוני. החלק השני של אוויר היניקה עובר דרך להבי המאוורר במעגל המשני. כאן המקום לציין שעיקרון בניית המעגל הראשוני במנוע הטורבו-פאן דומה לזה ששימש במעגל של קודמו, הטורבו-פאן, ולכן הוא פועל בהתאם. אבל פעולת המאוורר הממוקמת במעגל השני של המנוע דומה לאופן שבו פועל מדחף רב להבים, המסתובב בתעלה טבעתית.

ניתן להוסיף שניתן להשתמש במנוע הטורבו-מאן גם במהירויות על-קוליות, אך לשם כך יש צורך להקפיד על נוכחות של מערכת בעירת דלק במעגל המשני שלה,כדי להגביר את המתיחה של המכשיר.