مروحة تهوية





في مجال الطيران، تُعرف المروحة الأنبوبية بأنها مروحة ميكانيكية أو دافعة تولد قوة دفع ، مثبتة داخل قناة أسطوانية أو غطاء. ومن المصطلحات الأخرى المستخدمة: المروحة الأنبوبية أو المروحة المغلفة . [ 1 ] وعند استخدامها في تطبيقات الإقلاع والهبوط العمودي ( VTOL )، تُعرف أيضًا باسم الدوار المغلف . [ 2 ]
تُستخدم المراوح الأنبوبية للدفع أو الرفع المباشر في أنواع عديدة من المركبات، بما في ذلك الطائرات ، والمناطيد ، والمركبات الهوائية ، وطائرات الإقلاع والهبوط العمودي ذات الرفع المُعزز . وتُعد محركات التوربوفان ذات نسبة الالتفافية العالية، المستخدمة في العديد من الطائرات الحديثة، مثالاً ناجحاً وشائعاً جداً على تصميم المراوح الأنبوبية.
تزيد القناة من قوة الدفع مقارنةً بمروحة مماثلة الحجم في الهواء الطلق. تتميز المراوح ذات القنوات بهدوئها، وتوفر فرصًا جيدة لتوجيه قوة الدفع. يوفر الغطاء حماية جيدة للعاملين على الأرض من ملامسة الشفرات الدوارة عن طريق الخطأ، كما يحمي الشفرات نفسها من الحطام أو الأجسام الخارجية. من خلال تغيير المقطع العرضي للقناة، يستطيع المصمم ضبط سرعة وضغط تدفق الهواء وفقًا لمبدأ برنولي .
تشمل العيوب زيادة الوزن نتيجةً للهيكل الإضافي للغطاء، والحاجة إلى دقة في قياسات الخلوص بين طرف الشفرة والغطاء، والحاجة إلى تحكم أفضل في الاهتزازات مقارنةً بالمراوح ذات الهواء الحر، ومتطلبات تصميم معقدة للقناة. وأخيرًا، عند زوايا الهجوم العالية، قد يتوقف الغطاء عن الدوران وينتج عنه مقاومة عالية.
تصميم
تتكون المروحة ذات القناة من ثلاثة مكونات رئيسية؛ المروحة أو المروحة الدافعة التي توفر الدفع أو الرفع، والقناة أو الغطاء الذي يحيط بالمروحة، والمحرك الذي يقوم بتشغيل المروحة.
معجب
كغيرها من المراوح، تتميز المروحة ذات القناة بعدد شفراتها. كانت مروحة راين فلوغزويغباو (RFB) SG 85 بثلاث شفرات، بينما كانت مروحة داوتي روتول ذات القناة بسبع شفرات. [ 3 ] [ 4 ] قد تكون الشفرات ذات ميل ثابت أو متغير. انظر: المروحة (آلة).
قناة
القناة أو الغطاء عبارة عن حلقة انسيابية تحيط بالمروحة وتلائم أطراف الشفرات بإحكام. يجب أن تكون صلبة بما يكفي لكي لا تتشوه تحت أحمال الطيران ولا تلامس الشفرات أثناء دورانها. تؤدي القناة عدة وظائف:
يُقلل هذا التصميم بشكل أساسي من الدوامات الهوائية الناتجة عن تدفق الهواء حول أطراف الشفرات، مما يُقلل من الفقد الديناميكي الهوائي أو السحب، وبالتالي يزيد من كفاءة المروحة الإجمالية. ولهذا السبب، يُمكن استخدام هذه المروحة إما لزيادة قوة الدفع وأداء الطائرة، أو تصنيعها بحجم أصغر من المروحة الحرة المكافئة.
يوفر هذا النظام حماية صوتية، مما يقلل بشكل كبير من انبعاثات الضوضاء الصادرة من المروحة، إلى جانب تقليل هدر الطاقة. [ 4 ]
يعمل كجهاز وقائي، لحماية أشياء مثل الموظفين الأرضيين من التعرض للضرب بواسطة الشفرات الدوارة، ولحماية الشفرات من التلف أثناء مثل هذا الاصطدام، ولحماية جسم الطائرة ومحتوياتها (بما في ذلك الطاقم والركاب وخزانات الوقود والأنظمة الهيدروليكية وما إلى ذلك) من أضرار الاصطدام في حالة تعطل المروحة.
كما أن انخفاض الدوامات الطرفية يعني أن دوامة المروحة أقل اضطرابًا. ومع التصميم الدقيق، يمكن حقن الهواء الساخن الخارج من نظام تبريد المحرك في دوامة المروحة منخفضة الاضطراب لزيادة قوة الدفع. [ 4 ]
محرك
يمكن تشغيل المروحة ذات القناة بواسطة أي نوع من المحركات القادرة على تدويرها. ومن الأمثلة على ذلك محركات الاحتراق المكبسية والدوارة (وانكل) والتوربينية، بالإضافة إلى المحركات الكهربائية.
يمكن تركيب المروحة مباشرةً على عمود خرج المحرك ، أو تشغيلها عن بُعد عبر عمود إدارة ممتد ونظام تروس. في حالة التشغيل عن بُعد، يمكن تشغيل عدة مراوح بواسطة محرك واحد.
الدفع الموجه
يُشار إلى المجموعة المصممة كوحدة متكاملة واحدة باسم وحدة المروحة أو دافع القناة. [ 3 ] [ 4 ]
تتمثل إحدى مزايا تصميم الوحدات المنفصلة في إمكانية مطابقة تصميم كل مكون مع المكونات الأخرى، مما يساعد على تحقيق أقصى قدر من الأداء وتقليل الوزن. كما أنه يسهل على مصمم المركبة مهمة دمج المكونات مع المركبة وأنظمتها.
القيود
- تتطلب الكفاءة الجيدة وجود مسافات صغيرة جدًا بين أطراف الشفرات والقناة.
- تتضاءل مزايا الكفاءة، بل وقد تنعكس، عند انخفاض سرعات الدوران ومستويات الدفع وسرعات الهواء.
- يتطلب مستويات اهتزاز منخفضة مقارنة بالمروحة أو الدوار الحر.
- تصميم القنوات المعقد، وزيادة الوزن حتى لو تم تصنيعها من مواد مركبة متطورة.
- عند زاوية هجوم عالية ، ستتوقف أجزاء من القناة وتنتج مقاومة ديناميكية هوائية . [ 5 ]
التطبيقات
يُعدّ محرك التوربوفان ، الذي يُزوّد التوربين الغازي الطاقة اللازمة لتشغيل المروحة، أكثر أنواع المراوح الأنبوبية شيوعًا في الطائرات. تُستخدم مراوح التوربوفان ذات نسبة الالتفافية العالية في الطائرات المدنية ، بينما تحتاج الطائرات المقاتلة العسكرية إلى أداء أفضل عند السرعات العالية، وهو ما توفره مراوح التوربوفان ذات نسبة الالتفافية المنخفضة وقطر المروحة الأصغر. مع ذلك، يمكن تشغيل المروحة الأنبوبية بأي مصدر طاقة، مثل المحرك الترددي أو محرك وانكل أو المحرك الكهربائي . كما يُستخدم نوع من المراوح الأنبوبية، يُعرف باسم "مروحة الذيل" أو بالاسم التجاري "فينسترون "، لاستبدال مراوح الذيل في المروحيات .
تُفضل المراوح الأنبوبية في الطائرات ذات الإقلاع والهبوط العمودي مثل طائرة لوكهيد مارتن إف-35 لايتنينج 2 ، وغيرها من التصاميم منخفضة السرعة مثل الحوامات نظرًا لنسبة الدفع إلى الوزن الأعلى.
في بعض الحالات، قد يكون الدوار المغطى أكثر كفاءة بنسبة 94% من الدوار المكشوف. ويعود هذا التحسن في الأداء بشكل رئيسي إلى أن التدفق الخارجي يكون أقل انقباضًا، وبالتالي يحمل طاقة حركية أكبر. [ 6 ]
يُعدّ المروحة الأنبوبية من أكثر أنواع المراوح شيوعًا بين هواة الطائرات النموذجية ، وخاصةً بين مُصنّعي الطائرات النموذجية عالية الأداء التي تعمل بالتحكم عن بُعد . وكانت محركات شمعات الاحتراق المُدمجة مع وحدات المروحة الأنبوبية أول وسيلة عملية لنمذجة طائرة نفاثة بحجم مُصغّر. وعلى الرغم من ظهور محركات التوربينات النفاثة المُصغّرة ، لا تزال المراوح الأنبوبية الكهربائية شائعة الاستخدام في الطائرات النموذجية الأصغر حجمًا والأقل تكلفة. ويمكن لبعض الطائرات التي تعمل بالمراوح الأنبوبية الكهربائية أن تصل سرعتها إلى أكثر من 320 كيلومترًا في الساعة .
تحتوي معظم مراوح التبريد المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر على قناة مدمجة في مجموعة المروحة؛ كما تُستخدم القناة أيضًا لتركيب المروحة ميكانيكيًا على المكونات الأخرى.
انظر أيضاً
- طائرة جيروسكوبية
- المروحة ذات القناة - مروحة بحرية ذات فوهة غير دوارة
- محرك توربيني مروحي مزود بعلبة تروس – محرك توربيني مروحي مزود بعلبة تروس تُستخدم لتشغيل مروحته
- طائرة التدريب RFB Fantrainer – طائرات التدريب في ألمانيا
مراجع
- ↑ أنيتا آي. أبريغو وروبرت دبليو. بولاغا؛ " دراسة أداء نظام مروحة موجهة مؤرشفة 2022-03-27 في آلة Wayback "، ناسا، 2002.
- ↑ كوتواني، كايلاش؛ " ديناميكا الهواء للمروحة الموجهة أو الدوار المغطى وتطبيقها في المركبات الجوية المصغرة ذات الإقلاع والهبوط العمودي " مؤرشف في 2022-03-22 في آلة Wayback ، 2009. (تم استرجاعه في 22 مارس 2022).
- 1 2 Jane's All the World's Aircraft 1980-81 ، Jane's ، 1980. ص 704.
- 1 2 3 4 Jane's All the World's Aircraft 1980-81 ، Jane's ، 1980. ص 725.
- ↑ لونغبوتوم، جون (7 أكتوبر 2006). بحث في تقليل مساحة السحب لمحرك باراموتور (ملف PDF) (رسالة بكالوريوس في هندسة الطيران). مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2014-01-02 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2014-01-02 .
- ↑ بيريرا، جيسون ل. اختبار التحليق واختبار نفق الرياح للدوارات المغطاة لتحسين تصميم المركبات الجوية الصغيرة. مؤرشف في 17 مايو 2014 في Wayback Machine ، صفحة 147 + صفحة 11. جامعة ميريلاند ، 2008. تاريخ الوصول: 28 أغسطس 2015.
- مكونات دفع الطائرات
- محركات الطائرات
- مراوح التهوية
