آشنايی با هواپيمای مدل - فصل ۳
فصل ۳
سيستم پيشران
انواع موتورهای هواپيمای مدل
موتور به عنوان يک بخش اصلی هواپيما و هر وسيله پروازی ديگر مطرح است. نمونههای موتورهای هواپيماهای مدل، دارای نسبت توان به وزن بسيار بالاتر از ساير نمونهها بوده و از آلياژهای آلومينيوم و چدن به منظور ساخت آنها استفاده ميشود. در يک دستهبندی کلان، ميتوان موتورهای هواپيماهای مدل را در دو کلاس موتورهای احتراق داخلی و الکتريکی، دستهبندی کرد. موتورهای احتراق داخلی، خود دارای انواع پيستونی و جت بوده و به نسبت ملزومات مورد نظر برای نمونه هواپيما، موارد استفاده آنها تعيين ميشود. نمودار شماره 1، اين دستهبندی را نشان ميدهد.
نمودار 1- دستهبندی موتورهای هواپيماهای مدل
در ادامه، به ارائه توضيحاتی در رابطه با هر يک از نمونههای موتورهای فوق پرداخته شده است. نوع کاربری، ملزومات و نيازمنديهای استفاده از آنها جزو مواردی است که در مطالب آتی به آنها اشاره شده است.
موتورهای الکتريکی
موتورهای الکتريکی، نسل نوين سيستمهای پيشران در هواپيماهای مدل ميباشند. مهمترين مشخصه اين دست از موتورها قدرت توليد نسبت توان توليدی به وزن بسيار بالا در آنها ميباشد. به منظور استفاده از موتورهای الکتريکی، نيازمندی به يک دستگاه کنترل کننده سرعت گردش (Speed Control) وجود دارد. ماژول ياد شده در مسير بين باطری، گيرنده راديو کنترل و موتور قرار گرفته، وظيفهی کنترل دور موتور بر حسب موقعيت دسته گاز را بر عهده دارد. جريان الکتريکی در واحد آمپر، به عنوان يک پارامتر مهم در کاربری اين ماژول مطرح است. به طوری که کاربر بر حسب توان مصرفی موتور نصب شده در هواپيما، به انتخاب ماژول کنترل سرعت ميپردازد. تصوير شماره 5، نمونهای از يک کيت کنترل کننده سرعت گردش موتور را نشان ميدهد.
شکل 7- ماژول کنترل سدرعت گردش موتور (Speed Control)
موتورهای الکتريکی با توجه به پيشرفتهای چشمگير در سالهای اخير، مشکل مصرف بالای باطری را همواره به دوش ميکشند. اين مورد، به عنوان محدوديت اصلی کاربری آنها در برخی هواپيماها شده است. با توجه به مشخصات سيمپيچی و ابعاد و اندازههای اين دست از موتورها، دو کلاس موتورهای گيربکسی و شفت مستقيم برای آنها متصور است. در نمونههای گيربکسی، موتور دارای دور بسيار بالا (مثلاً 30000 دور در دقيقه) بوده و به منظور استفاده از آنها، از يک گيربکس کاهنده سرعت و افزاينده قدرت استفاده ميشود. تصوير شماره 6 يک نمونه از اين دست را نشان ميدهد.از اين موتورها به شکل اتصال مستقيم شفت به يک فن با قطر کم در نمونه موتورهای داکت فن نيز استفاده ميشود. تصوير شماره 9 نمايی از اين کاربری را نشان ميدهد.
شکل 8- استفاده از گيربکس به منظور افزايش قدرت موتور
شکل 9 - کاربری موتورهای الکتريکی با دور بالا در نمونههای داکت فن
در نمونههای موتورهای الکتريکی قويتر، امکان اتصال مستقيم شفت به ملخ وجود دارد. از اين دست از موتورها برای تمامی کلاسهای هواپيماها ميتوان استفاده کرد. تصوير شماره 10، نمونهای از اين کاربری را نشان ميدهد. اين دسته که به نمونههای (Out-Runner) معروفند، پوسته خارجی موتور به همراه شفت شروع به گردش ميکند و باعث گردش ملخ ميشود. مطرف باطری در اين نمونهها در عين تئليد قدرت و سرعت بالا، کمتر شده است.
شکل 10- استفاده از يک موتور الکتريکی در هواپيمای آکروبات
موتورهای احتراق داخلی
موتورهای الکلی
موتورهای احتراق داخلی يکی ديگر از نمونههای موتورهای مورد استفاده در صنعت مدل است. اين دستهبندی بر حسب اشتعال و احتراق سوخت در موتور، انجام شده است. همانطور که در نمودار شماره 1 مشخص شده است، نمونههای پيستونی و جت در اين زمينه مطرح است. نمونههای پيستونی دوزمانه را ميتوان قديميترين نمونه اين کلاس عنوان کرد. پايه سوخت اين دست از موتورها که بر اساس سيکل موتورهای ديزل کار ميکنند، ترکيب متانول به عنوان سوخت و روغن کرچک خوراکی تصفيه شده به عنوان ماده روانکاری است. نسبت ترکيب اين مواد به شکل 80 به 20 درصد حجمی است. به عبارت ديگر، به منظور تهيه 1 ليتر سوخت، 800 سی سی متانول با 20 سی سی روغن کرچک ترکيب ميشود. به علت استفاده از متانول در ترکيب سوخت اين رده از موتورها، نام تجاری موتورهای الکلی برای آنها انتخاب شده است. نمونههای پيستونی نوين با استفاده از سوپاپهای باز و بسته کردن مجاری سوخت و هوا، تحت عنوان موتورهای چهار زمانه مطرح هستند. در اين دست از موتورها، کارايی بالای موتور در قبال کاهش مصرف سوخت، يکی از موارد مهم در زمينه کاربری آنها ميباشد. استفاده از تعداد بيشتر قطعات متحرک و پيچيدگی موتور، منجر به افزايش هزينههای کلی خريد و نيز تعمير و نگهداری اين دست از موتورها شده است. تصاوير شماره 11 و 12، نمايی از يک موتور پيستونی دو زمانه و چهار زمانه را نشان ميدهد.
شکل 11 - نمونه موتور پيستونی الکلی دو زمانه
شکل 12- نمونه موتور پيستونی الکلی چهار زمانه
از اين دست از موتورها در انواع هواپيماها ميتوان استفاده کرد. موتورهای الکلی، دارای بخشهای اصلی زير است.
- شمع
- بدنه و سرسيلند
- کاربراتور
تصوير شماره 13، نمايی از قسمتهای مختلف اين موتورها را نشان ميدهد.
شکل 13- قسمتهای مختلف يک موتور الکلی
به منظور استارت اين موتورها، از داغ شدن شمع و گردش موتور استفاده ميشود. در اين حالت، از يک باطری سر شمع به منظور داغ کردن شمع موتور استفاده ميشود. سپس با گرداندن محور موتور (با استفاده از دست يا استارتر)، حرکت اوليه به منظور روشن شدن موتور به آن اعمال ميشود. در صورت تنظيم بودن ساير قسمتها و ترکيب مناسب سوخت، عموماً موتورها بعد از تعدادی محدودی گردش اوليه روشن ميشوند و کاربر ميتواند باطری سر شمع را از موتور جدا نمايد. با توجه به اينکه اساس کار اين موتورها، سيکلهای ديزلی ميباشند، لذا ادامه کار موتور به شکل خودکفا انجام ميشود.
موتورهای بنزينی
نمونه موتورهای بنزينی، به منظور کارکرد خود، نيازمند به اعمال جرقه در قسمت شمع موتور هستند. در اين راستا، تأمين برق از طريق يک ماژول تحت عنوان (ECU) موتور و پک باطری انجام ميپذيرد. به علت نيازمندی به سنجش موقعيت پيستون و اعمال زمان مناسب برق رسانی به شمع، اين موتورها دارای يک سنسور (عموماً مغناطيسی) به منظور سنجش دور موتور هستند. تصوير شماره 14، قسمتهای مختلف يک موتور بنزينی را نشان ميدهد.
شکل 14- قسمتهای مختلف موتور بنزينی
از ترکيب بنزين سوپر با روغن دو زمانه به منظور سوخت اين دست از موتورها استفاده ميشود. در اين کاربری، ميزان 3% حجمی روغن به بنزين اضافه ميشود. موتورهای بنزينی، با استفاده از گردش ملخ توسط تکانه اوليه دست، روشن ميشوند و معمولاً نيازی به استفاده از استارتر نيست.
موتورهای جت
موتورهای جت از انواع موتورهای درونسوز بوده، دارای توان توليدی بالايی هستند. از اين نمونهها در هواپيماهای جت اسکيل با سرعت پروازی بالا استفاده ميشود. به علت استفاده از تکنولوژی بالا در ساخت قطعات آنها، از قيمت بالاتری نسبت به ساير انواع موتورها برخوردارند. اين در حالی است که روند استفاده از آنها نيز نيازمند دانش بيشتر از علم پرواز و سيستمهای پيشران خواهد بود. از نفت سفيد تصفيه شده در اين موتورها به منظور سوخت استفاده ميشود. مشابه موتورهای پيستونی بنزينی، اين موتورها نيز دارای يک ماژول (ECU) به منظور کنترل فرآيندهای مختلف موتور ميباشند. غالباً يک موتور الکتريکی با دور بالا، به منظور گرش اوليه موتور استفاده ميشود که مديريت آن، با بخش ECU موتور خواهد بود. به علت حساسيت بالا در اين موتورها، زيرسيستمهایي به منظور برقرسانی، سوخت رسانی (پمپ سوخت) و ... مورد استفاده قرار ميگيرد. تصوير شماره 13 نمونه يک موتور جت با متعلقات آن را نشان ميدهد.
شکل 15- قسمتهای مختلف يک موتور جت
با توجه به حساسيت اين دست از موتورها، محل نصب موتور از موارد مهم در رده کاربری يک موتور جت بشمار ميآيد. اين اهميت با توجه به دبی بالای هوای وردی به دهانه موتور در دور بالای گردشی، توجيه پذير است. مصرف سوخت بالای اين موتورها يکی از موارد محدود کننده زمان پروازی هواپيماهای مدل است.