مضخة نفاثة

المضخة النفاثة ، أو المضخة المائية النفاثة ، هي نظام بحري يُنتج تيارًا مائيًا للدفع . قد يكون الترتيب الميكانيكي عبارة عن مروحة أنبوبية ( مضخة ذات تدفق محوري )، أو مضخة طرد مركزي ، أو مضخة ذات تدفق مختلط تجمع بين تصميمي الطرد المركزي والمحوري. يتضمن التصميم أيضًا مدخلًا لتزويد المضخة بالماء وفوهة لتوجيه تدفق الماء خارجها. ^{[ 1 ]}

يعمل المحرك النفاث بمضخة مزودة بمدخل (عادةً في أسفل الهيكل ) يسمح بمرور الماء أسفل السفينة إلى المحركات. يدخل الماء إلى المضخة عبر هذا المدخل. يمكن أن تكون المضخة طاردة مركزية للسرعات العالية، أو محورية التدفق للسرعات المنخفضة إلى المتوسطة. تزيد المضخة ضغط الماء داخل المدخل وتدفعه للخلف عبر فوهة. باستخدام دلو عكسي ، يمكن أيضًا توليد قوة دفع عكسية للرجوع للخلف بسرعة ودون الحاجة إلى تغيير التروس أو تعديل قوة دفع المحرك. كما يمكن استخدام الدلو العكسي للمساعدة في إبطاء السفينة عند الكبح. هذه الميزة هي السبب الرئيسي وراء قدرة المحركات النفاثة على المناورة العالية.

توفر الفوهة أيضًا توجيهًا لمضخات الدفع النفاثة. ويمكن تركيب ألواح، تشبه الدفات، على الفوهة لإعادة توجيه تدفق الماء يمينًا ويسارًا. وهذا يشبه إلى حد ما مبادئ توجيه الدفع الهوائي ، وهي تقنية استُخدمت منذ زمن طويل في مركبات الإطلاق (الصواريخ والقذائف) ثم لاحقًا في الطائرات النفاثة العسكرية. وهذا يمنح السفن التي تعمل بمضخات الدفع النفاثة قدرة فائقة على المناورة في البحر. ومن المزايا الأخرى أنه عند الرجوع للخلف باستخدام دلو الانعكاس، لا ينعكس التوجيه، على عكس السفن التي تعمل بالمراوح.

تتمتع المضخات النفاثة ببعض المزايا مقارنةً بالمراوح المجردة في تطبيقات معينة، وعادةً ما ترتبط هذه المزايا بمتطلبات التشغيل بسرعات عالية أو غاطس ضحل . وتشمل هذه المزايا ما يلي:

• سرعة أعلى قبل بدء التكهف ، بسبب ارتفاع الضغط الديناميكي الداخلي
• كثافة طاقة عالية (بالنسبة للحجم) لكل من وحدة الدفع ووحدة المحرك الرئيسي (لأنه يمكن استخدام وحدة أصغر ذات سرعة أعلى)
• حماية العنصر الدوار، مما يجعل التشغيل أكثر أمانًا حول السباحين والحياة المائية
• تحسين عمليات المياه الضحلة، لأنه لا يلزم غمر سوى المدخل.
• زيادة القدرة على المناورة، من خلال إضافة فوهة قابلة للتوجيه لتوليد قوة دفع موجهة.
• يُساهم هذا النظام في تقليل الضوضاء، مما يُؤدي إلى انخفاض البصمة الصوتية . يُعرف هذا النوع من الأنظمة أيضًا باسم "تكوين المروحة المُغطاة" ^{[ 3 ]} ، حيث يُمكن اعتبار المضخة غطاءً مُطابقًا ومجموعة من شفرات الجزء الثابت مُضافة إلى المروحة - وهي خطوة متقدمة عن المروحة المُغطاة . من هذا المنظور، يعمل الجزء الثابت على "إعادة تدوير" الطاقة الدورانية للتدفق الخارج وتحويلها إلى قوة دفع. ^{[ 4 ] [ 5 ]} تشمل التطبيقات ما يلي:
  • السفن الحربية المصممة لتقليل إمكانية رصدها ، على سبيل المثال فئة فيسبي السويدية وفئة كورفيتات ASW-SWC الهندية .
  • الغواصات ، على سبيل المثال غواصات فئة ترافالغار وفئة أستوت التابعة للبحرية الملكية ، وغواصات فئة سي وولف وفئة فيرجينيا التابعة للبحرية الأمريكية ، وغواصات فئة تريومفان وفئة باراكودا التابعة للبحرية الفرنسية ، وغواصات فئة بوري التابعة للبحرية الروسية ، وكذلك غواصات فئة المشروع 77 القادمة التابعة للبحرية الهندية .
  • الطوربيدات الحديثة ، مثل طوربيدات NSTL Shakti THWT و Spearfish و Mk 48 و Mk 50 .
    • وُصِفَتْ غواصة Mk 48 أيضًا بأنها تستخدم مراوح بحرية متقابلة الدوران . ^{[ 3 ]} ومع ذلك، فهي مزودة بغطاء واقٍ مُغلق بالكامل. ويبدو أن الصور المُولَّدة حاسوبيًا التي نشرتها البحرية الأمريكية عام 2011 تُشير إلى وجود مجموعة واحدة فقط من الشفرات الدوارة. ^{[ 6 ]}

يمكن تتبع مبدأ استخدام نفاثات الماء في صناعة الشحن إلى عام 1661 ^{[ 7 ]} عندما قدم توغود وهايز وصفًا لسفينة ذات قناة مائية مركزية تم تركيب مضخة مكبسية أو مضخة طرد مركزي فيها لتوفير الطاقة المحركة. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

في الثالث من ديسمبر عام ١٧٨٧، عرض المخترع جيمس رامزي قاربًا يعمل بنظام الدفع النفاث المائي، مستخدمًا مضخة بخارية لدفع تيار مائي من مؤخرته. ^{[ ١٠ ]} وقد جرى ذلك على نهر بوتوماك في شيبردزتاون، فرجينيا (التي تُعرف الآن باسم فرجينيا الغربية)، أمام حشد من الشهود، من بينهم الجنرال هوراشيو غيتس. قطع القارب، الذي يبلغ طوله ٥٠ قدمًا، مسافة نصف ميل تقريبًا عكس التيار قبل أن يعود إلى الرصيف. وذُكر أن القارب وصل إلى سرعة أربعة أميال في الساعة أثناء تحركه عكس التيار. ^{[ ١١ ] [ ١٢ ] [ ١٣ ]}

في 21 ديسمبر 1833، حصل المهندس الأيرلندي جون هوارد كيان على براءة اختراع بريطانية لدفع السفن بواسطة نفاثة من الماء تُقذف من المؤخرة. ^{[ 14 ]}

في أبريل 1932، عرض المهندس الإيطالي سيكوندو كامبيني قاربًا يعمل بمحرك نفاث في مدينة البندقية بإيطاليا . حقق القارب سرعة قصوى بلغت 28 عقدة (32 ميلًا في الساعة؛ 52 كيلومترًا في الساعة) ، وهي سرعة مماثلة لقارب بمحرك تقليدي ذي قدرة مماثلة. لم تطلب البحرية الإيطالية، التي مولت تطوير القارب، أي قارب، لكنها اعترضت على بيع التصميم خارج إيطاليا. ^{[ 15 ] [ 16 ]} طُوّر أول قارب نفاث حديث على يد المهندس النيوزيلندي السير ويليام هاميلتون في منتصف خمسينيات القرن العشرين. ^{[ 17 ]}  

كانت محركات الدفع النفاث تقتصر في السابق على القوارب الترفيهية عالية السرعة (مثل الدراجات المائية والقوارب النفاثة ) وغيرها من السفن الصغيرة، ولكن منذ عام 2000 ازداد الإقبال على السفن عالية السرعة، وبالتالي اكتسبت محركات الدفع النفاث شعبية متزايدة في السفن الأكبر حجمًا، والسفن العسكرية ، والعبّارات . ويمكن تشغيل هذه المحركات في هذه السفن الأكبر حجمًا بواسطة محركات الديزل أو التوربينات الغازية . ويمكن تحقيق سرعات تصل إلى 40 عقدة (45 ميلًا في الساعة؛ 75 كيلومترًا في الساعة) مع هذا التصميم، حتى مع هيكل الإزاحة . ^{[ 18 ]}  

تتميز السفن التي تعمل بمحركات نفاثة بقدرة عالية على المناورة. ومن أمثلة هذه السفن: سفن الدوريات من فئة كار نيكوبار ، وزوارق الصواريخ من فئة هامينا ، وفرقاطات فئة فالور ، وعبّارات ستينا البحرية عالية السرعة ، وغواصات البحرية الملكية من فئات سويفتشور ، وترافالغار ، وأستوت ، بالإضافة إلى غواصات الولايات المتحدة من فئتي سي وولف وفيرجينيا ، وغواصات روسيا من فئة بوري . كما تستخدمها سفن القتال الساحلية الأمريكية .

• نظام الدفع الداخلي
• الزوارق المائية الشخصية
• دراجة مائية
• دفة المطبخ
• صاروخ مائي
• قارب السلسلة - توربينات المياه

• هارفي، جيمس (1 يوليو 1966). "بناء وحدة دفع بمضخة نفاثة ذات تدفق محوري". مجلة التكنولوجيا البحرية وأخبار جمعية مهندسي السفن والمهندسين البحريين . 3 (03): 345-352 . doi : 10.5957/mt1.1966.3.3.345 .– يصف مضخة الدفع النفاث المستخدمة على متن المدمرة الأمريكية غلوفر