محرك شعاعي

📅 آخر تحديث: ١٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 12 صور
الموسوعة الحرة
محرك شعاعي في طائرة ذات جناحين

المحرك الشعاعي هو نوع من محركات الاحتراق الداخلي الترددية، حيث تشع الأسطوانات للخارج من علبة المرافق المركزية مثل أضلاع العجلة. ويشبه شكله النجمة عند النظر إليه من الأمام.

كان التكوين الشعاعي شائع الاستخدام في محركات الطائرات قبل أن تصبح محركات التوربينات الغازية هي السائدة.

أجزاء متحركة توضح آلية عمل محرك شعاعي صغير نموذجي بخمس أسطوانات. المكابس باللون الذهبي والصمامات باللون الوردي، وذراع التوصيل الرئيسي باللون البنفسجي الفاتح، وأذرع التوصيل التابعة باللون الأزرق، وعمود المرفق/الثقل الموازن باللون الرمادي، وحلقة التوقيت والكامات باللون الأحمر.

تشغيل المحرك

مثال آخر على تشغيل المحرك
قضيب التوصيل الرئيسي (العمودي) وقضبان التوصيل التابعة له من محرك برات آند ويتني R-1535 توين واسب جونيور ذي صفين وأربعة عشر أسطوانة

بما أن محاور الأسطوانات تقع في مستوى واحد، فلا يمكن توصيل جميع أذرع التوصيل مباشرةً بعمود المرفق إلا باستخدام أذرع توصيل متشعبة معقدة ميكانيكيًا، والتي لم ينجح أي منها حتى الآن. وبدلًا من ذلك، يتم توصيل المكابس بعمود المرفق بواسطة مجموعة ذراع رئيسي وذراع مفصلي. أحد المكابس، وهو العلوي في الرسم المتحرك، مزود بذراع رئيسي متصل مباشرةً بعمود المرفق. أما المكابس المتبقية، فتثبت أذرع توصيلها بحلقات حول حافة الذراع الرئيسي. ويمكن إضافة صفوف إضافية من الأسطوانات الشعاعية لزيادة سعة المحرك دون زيادة قطره.

تتميز المحركات الشعاعية رباعية الأشواط بعدد فردي من الأسطوانات في كل صف، مما يسمح بالحفاظ على ترتيب إشعال ثابت بين كل مكبسين ، وبالتالي ضمان سلاسة التشغيل. على سبيل المثال، في محرك خماسي الأسطوانات، يكون ترتيب الإشعال 1، 3، 5، 2، 4، ثم العودة إلى الأسطوانة 1. علاوة على ذلك، يترك هذا الترتيب دائمًا فجوة مكبس واحد بين المكبس في شوط الاحتراق والمكبس في شوط الضغط. يساعد شوط الضغط مباشرةً في ضغط الأسطوانة التالية للإشعال، مما يجعل الحركة أكثر انتظامًا. في حال استخدام عدد زوجي من الأسطوانات، لن يكون من الممكن تحقيق دورة إشعال متساوية التوقيت.

كما هو الحال في معظم المحركات رباعية الأشواط، يستغرق عمود المرفق دورتين لإكمال أشواط كل مكبس (السحب، الضغط، الاحتراق، العادم). حلقة عمود الكامات مصممة لتدور بسرعة أبطأ وفي الاتجاه المعاكس لدوران عمود المرفق. تُوضع فصوص الكامات في صفين؛ أحدهما لصمامات السحب والآخر لصمامات العادم. يستخدم المحرك الشعاعي عادةً عددًا أقل من فصوص الكامات مقارنةً بالأنواع الأخرى. على سبيل المثال، في المحرك الموضح في الرسم التوضيحي المتحرك، تخدم أربعة فصوص كامات جميع الصمامات العشرة في الأسطوانات الخمس، بينما يتطلب محرك خطي نموذجي بنفس عدد الأسطوانات والصمامات عشرة فصوص.

تستخدم معظم المحركات الشعاعية صمامات علوية تعمل بواسطة قضبان دفع ورافعات على لوحة كامة متحدة المركز مع عمود المرفق، بينما تستخدم بعض المحركات الشعاعية الأصغر حجمًا، مثل محرك كينر B-5 ومحرك شفيتسوف M-11 الروسي ، أعمدة كامة منفصلة داخل علبة المرافق لكل أسطوانة. وتستخدم بعض المحركات صمامات أسطوانية ، مثل محرك بريستول هيركليز ذي 14 أسطوانة ومحرك بريستول سنتوروس ذي 18 أسطوانة ، وهي أكثر هدوءًا وسلاسة في التشغيل، ولكنها تتطلب دقة تصنيع أعلى بكثير .

تاريخ

الطائرات

كونتيننتال شعاعي، 1944
محرك برات آند ويتني R-1340 شعاعي مثبت في مروحية سيكورسكي H-19

قام سي إم مانلي بتصميم محرك شعاعي بخمس أسطوانات مبرد بالماء عام 1901، وهو عبارة عن تحويل لأحد محركات ستيفن بالزر الدوارة ، لطائرة مطار لانغلي . أنتج محرك مانلي 52 حصانًا (39 كيلوواط) عند 950 دورة في الدقيقة. [ 1 ]  

في الفترة ما بين عامي 1903 و1904، استغل جاكوب إيلهامر خبرته في صناعة الدراجات النارية لبناء أول محرك شعاعي مبرد بالهواء في العالم، وهو محرك ثلاثي الأسطوانات استخدمه كأساس لنموذج أكثر قوة بخمس أسطوانات في عام 1907. تم تركيب هذا المحرك في طائرته ثلاثية الأجنحة وقام بعدد من الرحلات القصيرة الحرة. [ 2 ]

كان محرك أنزاني ثلاثي الأسطوانات من أوائل المحركات الشعاعية ، وقد صُمم في الأصل بتكوين W3 "المروحي"، وكان أحدها يُستخدم لتشغيل قارب لويس بليريو الحادي عشر (Blériot XI) الذي عبر القناة الإنجليزية . قبل عام 1914، طوّر أليساندرو أنزاني محركات شعاعية تتراوح بين 3 أسطوانات (بزاوية 120 درجة بينها) - وهي محركات مبكرة بما يكفي لاستخدامها في بعض نماذج قارب بليريو الحادي عشر (Blériot XI) الفرنسي الصنع من مصنع بليريو الأصلي - إلى محرك ضخم مكون من 20 أسطوانة بقوة 200 حصان (150 كيلوواط) ، حيث رُتبت أسطواناته في أربعة صفوف، كل صف يحتوي على خمس أسطوانات. [ 1 ]  

معظم المحركات الشعاعية تُبرّد بالهواء ، لكن من أنجح المحركات الشعاعية المبكرة (وأقدم تصميم "ثابت" صُمم لطائرات الحرب العالمية الأولى) سلسلة محركات سالمسون 9Z ذات التسع أسطوانات والمبردة بالماء، والتي أُنتجت بأعداد كبيرة. حصل جورج كانتون وبيير أونيه على براءة اختراع تصميم المحرك الأصلي عام 1909، وعرضاه على شركة سالمسون ؛ وكان يُعرف المحرك غالبًا باسم كانتون-أونيه. [ 3 ]

بين عامي 1909 و1919، طغى المحرك الدوار، وهو قريبٌ منه، على المحرك الشعاعي. وقد اختلف المحرك الدوار عن المحرك الشعاعي "الثابت" في أن علبة المرافق والأسطوانات تدور مع المروحة. وكان المحرك الدوار مشابهاً في فكرته للمحرك الشعاعي اللاحق، مع اختلاف رئيسي يتمثل في أن المروحة كانت مثبتة بالمحرك، بينما كان عمود المرفق مثبتاً بهيكل الطائرة. وقد تم التغلب على مشكلة تبريد الأسطوانات، التي كانت مشكلة رئيسية في المحركات الشعاعية "الثابتة" المبكرة، من خلال توليد المحرك لتدفق هواء التبريد الخاص به. [ 4 ]

خلال الحرب العالمية الأولى، حلّقت العديد من الطائرات الفرنسية وطائرات الحلفاء الأخرى بمحركات دوارة من طرازات غنوم ، ولو رون ، وكليرجيه ، وبنتلي ، والتي بلغت أقصى قدرة لها 250 حصانًا (190 كيلوواط)، مع العلم أن أيًا من المحركات التي تجاوزت قدرتها 160 حصانًا (120 كيلوواط) لم تحقق نجاحًا يُذكر. وبحلول عام 1917، كان تطوير المحركات الدوارة متأخرًا عن المحركات الخطية ومحركات V الجديدة، التي كانت بحلول عام 1918 تُنتج ما يصل إلى 400 حصان (300 كيلوواط) ، وكانت تُشغّل معظم الطائرات المقاتلة الفرنسية والبريطانية الجديدة.      

استخدمت معظم الطائرات الألمانية في ذلك الوقت محركات بست أسطوانات متتالية مبردة بالماء. أنتجت شركة Motorenfabrik Oberursel نسخًا مرخصة من محركات Gnome و Le Rhône الدوارة، وقامت شركة Siemens-Halske ببناء تصميماتها الخاصة، بما في ذلك محرك Siemens-Halske Sh.III الدوار ذو أحد عشر أسطوانة ، والذي كان غير مألوف في تلك الفترة حيث كان يعمل بنظام تروس مخروطية في الجزء الخلفي من علبة المرافق دون تثبيت عمود المرفق بإحكام على هيكل الطائرة، بحيث تدور المكونات الداخلية للمحرك (عمود المرفق الداخلي بالكامل "العائم" في محامل علبة المرافق، مع أذرع التوصيل والمكابس) في الاتجاه المعاكس لعلبة المرافق والأسطوانات، التي كانت لا تزال تدور مثل المروحة نفسها لأنها كانت لا تزال مثبتة بإحكام على الجانب الأمامي لعلبة المرافق، كما هو الحال مع المحركات الدوارة الألمانية العادية.

مع نهاية الحرب، وصل المحرك الدوار إلى حدود تصميمه، لا سيما فيما يتعلق بكمية الوقود والهواء التي يمكن سحبها إلى الأسطوانات عبر عمود المرفق المجوف، بينما سمحت التطورات في كل من علم المعادن وتبريد الأسطوانات أخيرًا للمحركات الشعاعية الثابتة بأن تحل محل المحركات الدوارة. في أوائل عشرينيات القرن العشرين، حوّلت شركة لو رون عددًا من محركاتها الدوارة إلى محركات شعاعية ثابتة.

بحلول عام 1918، كانت المزايا المحتملة للمحركات الشعاعية المبردة بالهواء، مقارنةً بالمحركات الخطية المبردة بالماء والمحركات الدوارة المبردة بالهواء التي كانت تُستخدم في طائرات الحرب العالمية الأولى، معروفةً ولكنها لم تُستغل بالشكل الأمثل. كان المصممون البريطانيون قد أنتجوا محرك ABC Dragonfly الشعاعي في عام 1917، لكنهم لم يتمكنوا من حل مشاكل التبريد، ولم تُنتج شركتا بريستول وأرمسترونغ سيدلي محركات شعاعية موثوقة مبردة بالهواء، مثل محرك بريستول جوبيتر [ 5 ] ومحرك أرمسترونغ سيدلي جاغوار ، إلا في عشرينيات القرن العشرين .

في الولايات المتحدة، أشارت اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية (NACA) عام 1920 إلى أن المحركات الشعاعية المبردة بالهواء تُحسّن نسبة القدرة إلى الوزن والموثوقية؛ وبحلول عام 1921، أعلنت البحرية الأمريكية أنها لن تطلب إلا الطائرات المزودة بهذه المحركات، وحذت حذوها القوات الجوية البحرية الأخرى. طُوّر محرك J-1 لتشارلز لورانس عام 1922 بتمويل من البحرية، وباستخدام أسطوانات من الألومنيوم وبطانات فولاذية، عمل لمدة 300 ساعة غير مسبوقة، في حين كان التحليق لمدة 50 ساعة هو المعدل الطبيعي. وبناءً على طلب الجيش والبحرية، اشترت شركة رايت للملاحة الجوية شركة لورانس، وصُنعت المحركات اللاحقة تحت اسم رايت. منحت المحركات الشعاعية طياري البحرية ثقةً أكبر في رحلاتهم الطويلة فوق المياه. [ 6 ]

كان محرك J-5 Whirlwind الشعاعي الذي ابتكره رايت عام 1925 بقوة 225 حصانًا (168 كيلوواط) يُعتبر على نطاق واسع "أول محرك طائرات موثوق به حقًا". [ 7 ] استعان رايت بجوزيبي ماريو بيلانكا لتصميم طائرة لعرض هذا المحرك، وكانت النتيجة طائرة رايت-بيلانكا WB-1 ، التي حلّقت لأول مرة في وقت لاحق من ذلك العام. استُخدم محرك J-5 في العديد من الطائرات المتطورة في ذلك الوقت، بما في ذلك طائرة " روح سانت لويس " لتشارلز ليندبيرغ ، التي قام بها بأول رحلة منفردة عبر المحيط الأطلسي. [ 8 ]  

في عام 1925، تأسست شركة برات آند ويتني الأمريكية ، لتنافس محركات رايت الشعاعية. أُجريت أولى تجارب برات آند ويتني على محركها R-1340 Wasp في وقت لاحق من ذلك العام، مُدشّنةً بذلك سلسلة من المحركات استمرت على مدى السنوات الخمس والعشرين التالية، وشملت محرك برات آند ويتني R-1830 Twin Wasp ذو الـ 14 أسطوانة وصفين . وقد بلغ إنتاج محركات Twin Wasp أكثر من أي محرك مكبسي آخر في تاريخ الطيران؛ إذ تم بناء ما يقرب من 175,000 محرك. [ 9 ]

دب نادر

في المملكة المتحدة، ركزت شركة بريستول للطائرات على تطوير محركات شعاعية مثل جوبيتر وميركوري ومحركات هيركوليس الشعاعية ذات الصمامات الأنبوبية . أما ألمانيا واليابان والاتحاد السوفيتي، فقد بدأت بتصنيع نسخ مرخصة من محركات أرمسترونغ سيدلي وبريستول ورايت وبرات آند ويتني الشعاعية قبل إنتاج نسخها المحسّنة. وواصلت فرنسا تطويرها لمحركات دوارة متنوعة، كما أنتجت محركات مشتقة من تصاميم بريستول، وخاصة محرك جوبيتر.

على الرغم من أن تصميمات المحركات المكبسية الأخرى والتوربينية المروحية قد حلت محلها في الطائرات الحديثة ذات المحركات المروحية ، إلا أن طائرة "رير بير" ، وهي طائرة غرومان إف 8 إف بيركات مزودة بمحرك رايت آر-3350 دوبلكس-سايكلون شعاعي، لا تزال أسرع طائرة تعمل بمحرك مكبسي . [ 10 ] [ 11 ]

تم تزويد 125,334 طائرة بمحرك برات آند ويتني R-2800 دبل واسب الأمريكي ثنائي الصفوف ذي 18 أسطوانة ، بسعة 2800 بوصة مكعبة (46 لترًا) وقوة تتراوح بين 2000 و2400  حصان (1500-1800  كيلوواط)، لتشغيل طائرات أمريكية أحادية المحرك مثل فوغت إف 4 يو كورسير ، وغرومان إف 6 إف هيلكات ، وريبابليك بي-47 ثندربولت ، ومارتن بي-26 مارودر ثنائية المحرك ، ودوغلاس إيه-26 إنفيدر ، ونورثروب بي-61 بلاك ويدو ، وغيرها. كما استُخدم محرك توين واسب ذو الـ 14 أسطوانة شعاعي ثنائي الصفوف ، وهو من إنتاج نفس الشركة، بسعة أصغر (30 لترًا)، كمحرك رئيسي لطائرات بي-24 ليبراتور ، وبي بي واي كاتالينا ، ودوغلاس سي-47 ، حيث كان كل تصميم من هذه التصاميم من بين التصاميم الرائدة في الإنتاج. في أرقام الإنتاج على مر التاريخ لكل نوع من أنواع تصميمات هياكل الطائرات.

كانت محركات رايت سايكلون الأمريكية ذات الصفين الشعاعيين تشغل الطائرات الحربية الأمريكية: محرك توين سايكلون ذو 14 أسطوانة بسعة تقارب 43 لترًا شغل طائرة غرومان تي بي إف أفنجر ذات المحرك الواحد ، وطائرة نورث أمريكان بي-25 ميتشل ذات المحركين ، وبعض نسخ طائرة دوغلاس إيه-20 هافوك ، بينما شغل محرك دوبلكس سايكلون الضخم ذو الصفين بسعة تقارب 55 لترًا و18 أسطوانة طائرة بوينغ بي-29 سوبرفورتريس ذات الأربعة محركات وغيرها.

كان مكتب التصميم السوفيتي Shvetsov OKB-19 المصدر الوحيد لتصميم جميع المحركات الشعاعية التي أنتجتها مصانع الحكومة السوفيتية والتي استخدمت في طائراتها خلال الحرب العالمية الثانية، بدءًا من محرك Shvetsov M-25 (الذي استند بدوره إلى تصميم محرك Wright Cyclone 9 الأمريكي ) وصولًا إلى تصميم محرك Shvetsov ASh-82 الشعاعي ذي الأربعة عشر أسطوانة بسعة 41 لترًا للطائرات المقاتلة، ومحرك Shvetsov ASh-73 الشعاعي الضخم ذي الثمانية عشر أسطوانة بسعة 58 لترًا في عام 1946 - وكان أصغر تصميم شعاعي من مكتب Shvetsov OKB خلال الحرب هو محرك Shvetsov M-11 الشعاعي ذو الخمس أسطوانات بسعة 8.6 لترات والذي تم تصميمه محليًا .

أكثر من 28000 من محركات BMW 801 الألمانية ذات سعة 42 لترًا، و14 أسطوانة، وصفين، بقوة تتراوح بين 1560 و2000 حصان (1540-1970  حصان، أو 1150-1470 كيلوواط)، كانت تُستخدم في تشغيل طائرة فوك وولف إف دبليو 190  وورغر الألمانية ذات المقعد الواحد والمحرك الواحد، وطائرة يونكرز يو 88 ذات المحركين .

في اليابان، كانت معظم الطائرات تعمل بمحركات شعاعية مبردة بالهواء، مثل محركات ميتسوبيشي زويسي ذات 14 أسطوانة (11,903 وحدة، مثل كاواساكي كي-45 )، وميتسوبيشي كينسي (12,228 وحدة، مثل آيتشي دي 3 إيه )، وميتسوبيشي كاسي (16,486 وحدة، مثل كاوانيشي إتش 8 كيه )، وناكاجيما ساكاي (30,233 وحدة، مثل ميتسوبيشي إيه 6 إم وناكاجيما كي-43 )، وناكاجيما هوماري ذات 18 أسطوانة (9,089 وحدة، مثل ناكاجيما كي-84 ). وكانت طائرتا كاواساكي كي-61 ويوكوسوكا دي 4 واي من الأمثلة النادرة على الطائرات اليابانية ذات المحركات الخطية المبردة بالسوائل في ذلك الوقت، ولكن لاحقًا، أُعيد تصميمهما أيضًا ليتناسبا مع المحركات الشعاعية، كما في كاواساكي كي-100 ويوكوسوكا دي 4 واي 3.

في بريطانيا، أنتجت شركة بريستول محركات شعاعية ذات صمامات كم ومحركات شعاعية تقليدية ذات صمامات بوبيت : من بين تصميمات الصمامات الكم، تم تشغيل أكثر من 57400 محرك هرقل في طائرات فيكرز ويلينغتون ، وشورت ستيرلينغ ، وهاندلي بيج هاليفاكس ، وبعض إصدارات أفرو لانكستر ، وتم استخدام أكثر من 8000 من محركات بريستول بيرسيوس الرائدة ذات الصمامات الكم في أنواع مختلفة، وتم استخدام أكثر من 2500 من أكبر محرك شعاعي بريطاني إنتاجي من شركة بريستول يستخدم الصمامات الكم، وهو محرك بريستول سنتوروس ، لتشغيل طائرات هوكر تمبست 2 وسي فيوري . وشملت المحركات الشعاعية ذات الصمامات من نفس الشركة ما يلي: حوالي 32000 من محركات بريستول بيغاسوس المستخدمة في طائرات شورت سندرلاند ، وهاندلي بيج هامبدن ، وفيري سوردفيش ، وأكثر من 20000 من محركات ميركوري ذات التسع أسطوانات التي تعود أصولها إلى عام 1925 والتي استخدمت لتشغيل طائرات ويستلاند ليساندر ، وبريستول بلينهايم ، وبلاكبيرن سكوا .

دبابات

في السنوات التي سبقت الحرب العالمية الثانية، ومع تزايد الحاجة إلى المركبات المدرعة، واجه المصممون مشكلة تزويد هذه المركبات بالطاقة، فلجأوا إلى استخدام محركات الطائرات، ومنها المحركات الشعاعية. وقد وفرت هذه المحركات نسبة قوة إلى وزن أعلى، وكانت أكثر موثوقية من محركات المركبات التقليدية ذات الأسطوانات المستقيمة المتوفرة آنذاك. إلا أن هذا الاعتماد كان له جانب سلبي: فإذا تم تركيب المحركات عموديًا، كما في دبابتي M3 لي و M4 شيرمان ، فإن قطرها الكبير نسبيًا كان يُعطي الدبابة مظهرًا جانبيًا أعلى من التصاميم التي تستخدم المحركات ذات الأسطوانات المستقيمة.

أصبح محرك Continental R-670 ، وهو محرك طائرات شعاعي ذو 7 أسطوانات والذي حلّق لأول مرة في عام 1931، محركًا شائع الاستخدام للدبابات، حيث تم تركيبه في سيارة القتال M1 ، والدبابة الخفيفة M2 ، و M3 ستيوارت ، و M3 لي ، و LVT-2 ووتر بافالو .

تم استخدام محرك Guiberson T-1020 ، وهو محرك ديزل شعاعي للطائرات مكون من 9 أسطوانات، في دبابة M1A1E1 ، بينما تم استخدام محرك Continental R975 في دبابة M4 Sherman ، وM7 Priest ، ومدمرة الدبابات M18 Hellcat ، ومدفع الهاوتزر ذاتي الدفع M44 .

الإطارات الشعاعية الحديثة

محرك طائرة شعاعي رباعي الأشواط Scarlett mini 5

لا تزال العديد من الشركات تُصنّع المحركات الشعاعية حتى اليوم. تُنتج شركة فيدينييف محرك M-14P الشعاعي بقوة 360-450 حصانًا (270-340 كيلوواط) ، وهو المحرك المستخدم في طائرات ياكوفليف وسوخوي الاستعراضية . كما يُستخدم محرك M-14P من قِبل مُصنّعي الطائرات محلية الصنع ، مثل كولب سبيشال ، وكولب سوبويث باب ، [ 12 ] وبيتس إس 12 "مونستر"، ومورفي "موس" . في بولندا، تُنتج شركة WSK PZL Kalisz محرك شفيتسوف ASh-62 . كما طُوّرت نسخة منه بتقنية الحقن المباشر. [ 13 ] وتُوفر شركة روتيك إيروسبورت الأسترالية محركات بقوة 110 حصان (82 كيلوواط) ذات 7 أسطوانات، و 150 حصان (110 كيلوواط) ذات 9 أسطوانات . تُقدّم شركة HCI Aviation [ 14 ] محركي R180 خماسي الأسطوانات ( 75 حصانًا (56 كيلوواط) ) وR220 سباعي الأسطوانات ( 110 حصانًا (82 كيلوواط) )، وهما متوفران جاهزين للطيران أو كطقم تجميع ذاتي. وتُصنّع شركة Verner Motor التشيكية العديد من المحركات الشعاعية التي تتراوح قدرتها بين 25 و150 حصانًا (19 إلى 112 كيلوواط) . [ 15 ] كما تتوفر محركات شعاعية مصغّرة للطائرات النموذجية من شركات OS Engines وSaito Seisakusho اليابانية وShijiazhuang الصينية، بالإضافة إلى شركتي Evolution (التي صمّمها فولفغانغ سايدل الألماني، وصُنعت في الهند) وTechnopower الأمريكية.            

مقارنة بالمحركات الخطية

سيارة سباق موناكو-تروسي لعام 1935، وهي مثال نادر على استخدام السيارات [ 16 ]

تُعدّ أنظمة التبريد السائل أكثر عرضةً للتلف الناتج عن المعارك. فحتى التلف الطفيف الناتج عن الشظايا قد يؤدي بسهولة إلى فقدان سائل التبريد وارتفاع درجة حرارة المحرك، بينما قد لا يتأثر المحرك الشعاعي المبرد بالهواء بشكل كبير بالتلف الطفيف. [ 17 ] تتميز المحركات الشعاعية بأعمدة مرفقية أقصر وأكثر صلابة، إذ يحتاج المحرك الشعاعي أحادي الصف إلى محملين فقط لعمود المرفق، مقارنةً بسبعة محامل مطلوبة لمحرك خطي سداسي الأسطوانات مبرد بالسوائل ذي صلابة مماثلة. [ 18 ]

في حين أن المحرك الشعاعي ذو الصف الواحد يسمح بتبريد جميع الأسطوانات بالتساوي، فإن الأمر لا ينطبق على المحركات متعددة الصفوف حيث يمكن أن تتأثر الأسطوانات الخلفية بالحرارة المنبعثة من الصف الأمامي، مما يؤدي إلى حجب تدفق الهواء. [ 19 ]

من عيوب المحركات الشعاعية المحتملة أن تعرض الأسطوانات لتدفق الهواء يزيد من مقاومة الهواء بشكل ملحوظ. وكان الحل هو إضافة أغطية مصممة خصيصًا مزودة بحواجز لتوجيه الهواء بين الأسطوانات. أول غطاء فعال لتقليل مقاومة الهواء دون التأثير سلبًا على تبريد المحرك كان حلقة تاونيند البريطانية ، أو ما يُعرف بـ"حلقة السحب"، والتي شكلت شريطًا ضيقًا حول المحرك يغطي رؤوس الأسطوانات، مما قلل من مقاومة الهواء. درست اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية هذه المشكلة، وطورت غطاء NACA الذي قلل مقاومة الهواء بشكل أكبر وحسّن التبريد. ومنذ ذلك الحين، استخدمت جميع محركات الطائرات الشعاعية تقريبًا أغطية من نوع NACA. [ ملاحظة 1 ]

بينما استمرت المحركات المبردة بالسوائل الخطية شائعة في التصاميم الجديدة حتى أواخر الحرب العالمية الثانية ، هيمنت المحركات الشعاعية بعد ذلك حتى تجاوزتها المحركات النفاثة، حيث استخدمت طائرتا هوكر سي فيوري وغرومان إف 8 إف بيركات ، وهما من أسرع الطائرات ذات المحركات المكبسية التي تم بناؤها على الإطلاق، محركات شعاعية في أواخر الحرب.

قفل مائي

عندما يبقى محرك شعاعي متوقفًا عن العمل لأكثر من بضع دقائق، قد يتسرب الزيت أو الوقود إلى غرف الاحتراق في الأسطوانات السفلية أو يتراكم في أنابيب السحب السفلية، جاهزًا للسحب إلى الأسطوانات عند بدء تشغيل المحرك. وعندما يقترب المكبس من النقطة الميتة العليا (TDC) لشوط الضغط، فإن هذا السائل، لكونه غير قابل للانضغاط، يوقف حركة المكبس. وقد يؤدي بدء تشغيل المحرك أو محاولة بدء تشغيله في مثل هذه الحالة إلى انحناء أو كسر ذراع التوصيل. [ 22 ]

أنواع أخرى من المحركات الشعاعية

شعاعيات متعددة الصفوف

الدبور الكبير ، وهو مصفوفة شعاعية من أربعة صفوف

كانت المحركات الشعاعية في الأصل تحتوي على صف واحد من الأسطوانات، ولكن مع ازدياد أحجام المحركات، أصبح من الضروري إضافة صفوف إضافية. أول محرك شعاعي معروف بتصميمه ذي الصفين هو  محرك "غامدا المزدوج" الدوار من شركة غنوم بقوة 160 حصانًا، والذي صُمم عام 1912 كنسخة ذات 14 أسطوانة وصفين من محرك لامدا الدوار ذي  الصف الواحد والسبع أسطوانات بقوة 80 حصانًا ، إلا أن مشاكل الموثوقية والتبريد حدّت من نجاحه.

بدأت تصاميم المحركات ثنائية الصفوف بالظهور بكثرة خلال ثلاثينيات القرن العشرين، عندما ازداد حجم الطائرات ووزنها إلى درجةٍ جعلت محركات الصف الواحد ذات القدرة المطلوبة كبيرةً جدًا وغير عملية. غالبًا ما كانت تصاميم الصفوف الثنائية تعاني من مشاكل في تبريد الصف الخلفي من الأسطوانات، ولكن تم إدخال مجموعة متنوعة من الحواجز والزعانف التي قضت إلى حد كبير على هذه المشاكل. كان الجانب السلبي هو المساحة الأمامية الكبيرة نسبيًا التي كان لا بد من تركها مفتوحة لتوفير تدفق هواء كافٍ، مما زاد من مقاومة الهواء. أدى هذا إلى نقاشات حادة في صناعة الطيران في أواخر ثلاثينيات القرن العشرين حول إمكانية استخدام المحركات الشعاعية في الطائرات عالية السرعة مثل المقاتلات الحديثة.

طُرح هذا الحل مع محرك BMW 801 ذي الـ 14 أسطوانة والمزدوج الشعاعي. صمّم كورت تانك نظام تبريد جديدًا لهذا المحرك، يستخدم مروحة عالية السرعة لدفع الهواء المضغوط إلى قنوات تنقل الهواء إلى منتصف صفوف الأسطوانات، حيث تقوم سلسلة من الحواجز بتوجيه الهواء فوق جميع الأسطوانات. سمح هذا النظام بتثبيت غطاء المحرك بإحكام حول المحرك، مما قلل من مقاومة الهواء، مع توفير كمية كافية من هواء التبريد للجزء الخلفي (بعد عدد من التجارب والتعديلات). سرعان ما قلّد العديد من المصنّعين الآخرين هذا المفهوم الأساسي، وعادت العديد من طائرات أواخر الحرب العالمية الثانية إلى التصميم الشعاعي مع بدء ظهور تصاميم أحدث وأكبر حجمًا. ومن الأمثلة على ذلك محرك بريستول سنتوروس في طائرة هوكر سي فيوري ، ومحرك شفيتسوف إيه إس إتش-82 في طائرة لافوتشكين لا-7 .

للحصول على قوة أكبر، لم يُعتبر إضافة صفوف إضافية خيارًا عمليًا نظرًا لصعوبة توفير تدفق الهواء المطلوب للصفوف الخلفية. صُممت محركات أكبر، تعتمد في الغالب على التبريد المائي، على الرغم من أن ذلك زاد من تعقيد التصميم بشكل كبير وألغى بعض مزايا تصميم التبريد الهوائي الشعاعي. ومن الأمثلة على هذا المفهوم سيارة BMW 803 ، التي لم تدخل الخدمة قط.

أُجريت دراسةٌ موسعةٌ في الولايات المتحدة حول تدفق الهواء حول المحركات الشعاعية باستخدام أنفاق الرياح وأنظمة أخرى، وأظهرت الدراسة إمكانية توفير تدفق هواء كافٍ مع التصميم الدقيق. وقد أدى ذلك إلى تطوير محرك R-4360 ، الذي يتكون من 28 أسطوانة مرتبة في أربعة صفوف على شكل كوز ذرة . استُخدم محرك R-4360 في طائرات أمريكية كبيرة في فترة ما بعد الحرب العالمية الثانية . واصلت الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي تجاربهما على محركات شعاعية أكبر، لكن المملكة المتحدة تخلت عن هذه التصاميم لصالح نسخ أحدث من محرك سنتوروس، وانتقلت سريعًا إلى استخدام المحركات التوربينية المروحية مثل أرمسترونغ سيدلي بايثون وبريستول بروتيوس ، التي كانت تُنتج طاقةً أكبر بكثير من المحركات الشعاعية دون زيادة الوزن أو التعقيد.

استمر بناء المحركات الشعاعية الكبيرة لاستخدامات أخرى، على الرغم من أنها لم تعد شائعة. ومن الأمثلة على ذلك محرك الديزل زفيزدا M503 الذي يزن 5 أطنان، ويحتوي على 42 أسطوانة موزعة على 6 صفوف من 7 أسطوانات، بسعة 143.6 لترًا (8760 بوصة مكعبة) وقدرة 3942 حصانًا (2940 كيلوواط) . استُخدمت ثلاثة من هذه المحركات في زوارق الصواريخ السريعة من فئة أوسا . ومن الأمثلة الأخرى محرك لايكومينغ XR-7755، الذي كان أكبر محرك طائرات مكبسي بُني في الولايات المتحدة على الإطلاق، ويحتوي على 36 أسطوانة بسعة إجمالية تبلغ حوالي 7750 بوصة مكعبة (127 لترًا) وقدرة 5000 حصان (3700 كيلوواط).    

إطارات الديزل الشعاعية

محرك باكارد DR-980 الشعاعي للطائرات يعمل بالديزل
محرك ديزل شعاعي ثنائي الأشواط من شركة نوردبيرغ للتصنيع، يُستخدم لتوليد الطاقة وتشغيل المضخات.

على الرغم من أن معظم المحركات الشعاعية صُممت للعمل بالبنزين، إلا أن هناك محركات شعاعية تعمل بالديزل. تتميز محركات الديزل بميزتين رئيسيتين : انخفاض استهلاك الوقود وتقليل خطر نشوب الحرائق.

باكارد

في عام 1928، صممت شركة باكارد وصنعت محرك ديزل شعاعي رباعي الأشواط للطائرات، ذو تسع أسطوانات، بسعة 980 بوصة مكعبة (16.06 لترًا)، بقوة 225 حصانًا (168 كيلوواط)، وهو محرك DR-980 . في 28 مايو 1931، سجلت طائرة بيلانكا CH-300 ، المزودة بمحرك DR-980 وخزان وقود سعة 481 جالونًا، بقيادة والتر إدوين ليز وفريدريك بروسي، رقمًا قياسيًا في التحليق لمدة 84 ساعة و32 دقيقة دون التزود بالوقود. [ 23 ] استمر هذا الرقم القياسي لمدة 55 عامًا حتى حطمته طائرة روتان فويجر . [ 24 ] 

بريستول

تم اختبار طائرة بريستول فينيكس التجريبية التي تعود إلى الفترة من 1928 إلى 1932 بنجاح في طائرة ويستلاند وابيتي ، وسجلت أرقامًا قياسية في الارتفاع في عام 1934 استمرت حتى الحرب العالمية الثانية.

كليرجت

في عام 1932، طورت شركة كليرجيه الفرنسية محرك الديزل الشعاعي ثنائي الأشواط ذو 14 أسطوانة، طراز 14D . بعد سلسلة من التحسينات، أنتج طراز 14F2 في عام 1938 قوة 520 حصانًا (390 كيلوواط) عند سرعة دوران 1910 دورة في الدقيقة، بنسبة قدرة إلى وزن قريبة من محركات البنزين المعاصرة، واستهلاك وقود نوعي يبلغ حوالي 80% من استهلاك محرك بنزين مكافئ. خلال الحرب العالمية الثانية، استمر البحث، لكن لم يحدث إنتاج ضخم بسبب الاحتلال النازي. بحلول عام 1943، تطور المحرك لينتج أكثر من 1000 حصان (750 كيلوواط) مع شاحن توربيني . بعد الحرب، اندمجت شركة كليرجيه في شركة سنيكما، وكان لديها خطط لمحرك ديزل ذي 32 أسطوانة بقوة 4000 حصان (3000 كيلوواط) ، لكن في عام 1947 تخلت الشركة عن تطوير محركات المكابس لصالح محركات التوربينات الناشئة.      

نوردبيرج

قامت شركة نوردبيرغ للتصنيع في الولايات المتحدة بتطوير وإنتاج سلسلة من محركات الديزل الشعاعية ثنائية الأشواط الكبيرة منذ أواخر أربعينيات القرن العشرين، وذلك لإنتاج الكهرباء، وخاصة في مصاهر الألومنيوم ، ولضخ المياه. وقد تميزت هذه المحركات عن معظم المحركات الشعاعية الأخرى بوجود عدد زوجي من الأسطوانات في صف واحد، بالإضافة إلى ذراع توصيل رئيسي مزدوج غير مألوف. كما تم تصنيع نماذج مختلفة منها تعمل إما بزيت الديزل أو البنزين أو مزيج منهما. وقد تم إنشاء عدد من محطات توليد الطاقة في الولايات المتحدة باستخدام أعداد كبيرة من هذه المحركات [ 25 ].

إي إم دي

قامت شركة Electro-Motive Diesel (EMD) بتصنيع محركات "الفطيرة" 16-184 و16-338 للاستخدام البحري. [ 26 ]

زوتشي

محركات زوتشي الهوائية الديزل هي تصميم شعاعي نموذجي يحتوي على عدد زوجي من الأسطوانات، إما أربعة أو ثمانية؛ لكن هذا لا يمثل مشكلة، لأنها محركات ثنائية الأشواط ، مع ضعف عدد أشواط القدرة مقارنة بمحرك رباعي الأشواط لكل دورة عمود مرفقي. [ 27 ]

محركات شعاعية تعمل بالهواء المضغوط

تم تصميم عدد من المحركات الشعاعية التي تعمل بالهواء المضغوط، ومعظمها للاستخدام في الطائرات النموذجية وفي ضواغط الغاز. [ 28 ]

محركات شعاعية نموذجية

توفرت تجارياً عدة محركات نموذجية متعددة الأسطوانات رباعية الأشواط بتصميم شعاعي، بدءاً من محرك "سيريوس" الشعاعي FR5-300 خماسي الأسطوانات بسعة 50 سم مكعب (3.0 بوصة مكعبة ) من إنتاج شركة OS Max اليابانية عام 1986. وكانت شركة "تكنوباور" الأمريكية قد صنعت محركات نموذجية شعاعية أصغر حجماً بخمس وسبع أسطوانات منذ عام 1976، إلا أن محرك شركة OS كان أول تصميم لمحرك شعاعي يُنتج بكميات كبيرة في تاريخ صناعة الطائرات النموذجية . ومنذ ذلك الحين، أنتجت شركة سايتو سيسكوشو اليابانية المنافسة محركاً نموذجياً شعاعياً رباعي الأشواط بخمس أسطوانات بحجم مماثل كمنافس مباشر لتصميم OS، كما ابتكرت سايتو سلسلة من المحركات النموذجية الشعاعية ثلاثية الأسطوانات التي تعمل بالميثانول والبنزين بسعات تتراوح من 0.90 بوصة مكعبة. تتراوح سعة المحركات من 15 سم مكعب إلى 75 سم مكعب ، وتتوفر جميعها الآن بنظام إشعال شراري بسعة تصل إلى 84 سم مكعب للاستخدام مع البنزين. [ 29 ] كانت شركة سايدل الألمانية تصنع سابقًا محركات شعاعية "كبيرة" (تبدأ سعتها من 35 سم مكعب) للتحكم عن بعد، ذات سبع وتسع أسطوانات ، معظمها للإشعال بشمعات التوهج، مع تجربة محرك شعاعي مزدوج الصفوف ذي أربعة عشر أسطوانة . وتبيع شركة إيفولوشن الأمريكية الآن المحركات الشعاعية المصممة من قبل سايدل، ويتم تصنيعها في الهند.     

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ زُعم أن غطاء محرك NACA ولّد قوة دفع إضافية بفضل تأثير ميريديث ، حيث تعمل الحرارة المضافة إلى الهواء المدفوع عبر القنوات بين الأسطوانات على تمديد هواء التبريد الخارج، مما يُنتج قوة دفع عند دفعه عبر فوهة. يتطلب تأثير ميريديث سرعة جوية عالية وتصميمًا دقيقًا لتوليد عادم مناسب وعالي السرعة للهواء الساخن - لم يُصمم غطاء محرك NACA لتحقيق ذلك، كما أن التأثير لم يكن ليُحدث فرقًا يُذكر عند السرعات الجوية المنخفضة. [ 20 ] استُخدم هذا التأثيرفي مشعات العديد من طائرات منتصف الأربعينيات التي استخدمت محركات مبردة بالسوائل مثل سبيتفاير وموستانج ، [ 21 ] وقدم تحسينًا طفيفًا في الطائرات اللاحقة ذات المحركات الشعاعية، بما في ذلكFw 190 .

مراجع

  1. 1 2 فيفيان، إي. تشارلز (1920). تاريخ علم الطيران . كتب دايتون التاريخية على الإنترنت. مؤرشف من الأصل في 23 مايو 2009. تم الاطلاع عليه في 5 يوليو 2008 .
  2. ↑ داي، لانس؛ إيان ماكنيل (1996). قاموس السير الذاتية لتاريخ التكنولوجيا . تايلور وفرانسيس. ص 239. ISBN  0-415-06042-7.
  3. ↑ لومسدن 2003، ص 225.
  4. ↑ ناحوم، أندرو (1999). المحرك الدوار للطائرات . شركة NMSI للتجارة المحدودة. رقم ISBN 1-900747-12-X.
  5. ↑ غانستون، بيل (1989). الموسوعة العالمية لمحركات الطائرات . كامبريدج، المملكة المتحدة: باتريك ستيفنز المحدودة. الصفحات 29، 31، و44. ISBN  1-85260-163-9.
  6. ↑ بيلستين، روجر إي. (2008). أنماط الطيران: اتجاهات التطور الجوي في الولايات المتحدة، 1918-1929 . مطبعة جامعة جورجيا. ص 26. ISBN  978-0-8203-3214-7.
  7. ↑ هيرمان ، دوروثي (1993). آن مورو ليندبيرغ: هبة للحياة . تيكنور آند فيلدز. ص 28. ISBN  0-395-56114-0.
  8. ↑ " روح سانت لويس ". تشارلز ليندرغ: طيار أمريكي، تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أغسطس 2015.
  9. ↑ - صفحة المنتج المؤرشفة (11 نوفمبر 2013)، R-1830، تم الاطلاع عليها بتاريخ: 7 فبراير 2019
  10. ↑ مجموعة لويس فينتج (2018)، "موقع ويب 'Rare Bear'". مؤرشف بتاريخ 27 أكتوبر 2013 في Wayback Machine . تاريخ الاسترجاع: 6 يناير 2018.
  11. ↑ موقع Aerospaceweb، "أرقام قياسية في سرعة الطائرات". AeroSpaceWeb.org . تاريخ الاسترجاع: 6 يناير 2018.
  12. ↑ "الطائرات" . شركة كالب سبيشياليتيز . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-12-2013 .
  13. ^ "سيلنيكي لوتنيزي - WSK PZL Kalisz SA" . 2 يوليو 2021.
  14. ↑ "HCI (الولايات المتحدة الأمريكية)" . محركات الفضاء من الألف إلى الياء . تم الاسترجاع في 11 فبراير 2023 .
  15. ↑ "مجموعة محركات فيرنر موتور" . فيرنر موتور . مؤرشف من الأصل في 6 أكتوبر 2014. تم الاطلاع عليه في 23 أبريل 2013 .
  16. ↑ "موناكو - TROSSI mod. da competizione" . Museoauto.it . تم الاسترجاع 10 نوفمبر 2016 .
  17. ↑ ثورستون، ديفيد ب. (2000). أهم وأروع طائرات العالم: تطور الطائرة الحديثة . جمعية مهندسي السيارات. ص 155. ISBN  0-7680-0537-X.
  18. ↑ بعض المحركات ذات الست أسطوانات المتتالية تستخدم ما يصل إلى ثلاثة محامل فقط، ولكن على حساب أعمدة مرفقية أثقل، أو اهتزاز عمود المرفق.
  19. ↑ فيدن، أ.هـ.ر. (28 فبراير 1929). "المحركات المبردة بالهواء قيد الخدمة" . مجلة الطيران . 21 (9): 169-173 .
  20. ↑ بيكر، ج.؛ حدود السرعة العالية: دراسات حالة لأربعة برامج تابعة للجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية، 1920- SP-445 ، ناسا (1980)، الفصل 5: أغطية المحركات عالية السرعة، ومداخل ومخارج الهواء، وأنظمة التدفق الداخلي: دراسة المحرك النفاث التضاغطي. مؤرشف في 11 مايو 2021 على موقع Wayback Machine.
  21. ↑ برايس 1977، ص 24.
  22. ↑ صيانة محطات توليد الطاقة للمحركات الترددية . وزارة القوات الجوية . 1953. الصفحات 53-54 . 
  23. ↑ الفصل 1: تطوير محرك الطائرات الذي يعمل بالديزل" مؤرشف في 2012-02-12 في Wayback Machine جمعية تاريخ محركات الطائرات - محركات الديزل ص.4 تم الاسترجاع: 30 يناير 2009.
  24. ↑ التسلسل الزمني للطيران، تاريخ الاسترجاع: 7 فبراير 2009.
  25. ↑ "محركات نوردبيرغ ديزل" . OldEngine. مؤرشف من الأصل بتاريخ 19-09-2018 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20-11-2006 .
  26. ↑ بيرس، ويليام (18 أغسطس 2014). "محرك ديزل جنرال موتورز / إلكترو-موتيف 16-184" . oldmachinepress.com . تاريخ الاسترجاع: 30 مايو 2016 .
  27. ↑ "الصفحة الرئيسية لشركة زوتشي للطائرات الديزل" . zoche.de . تم الاطلاع عليها بتاريخ 30 مايو 2016 .
  28. ↑ "ضاغط مكبس شعاعي من نوع Bock" . Bock.de. 19-10-2009. مؤرشف من الأصل بتاريخ 08-10-2011 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 06-12-2011 .
  29. ↑ "محركات رباعية الأشواط :: كتاب أكتيبوك" . www.saito-mfg.com .