محرك الطيران هو "قلب" الطائرة. تركز محركات طائرات الركاب المدنية على السلامة والموثوقية، بينما تسعى المحركات العسكرية أيضًا إلى تحقيق قوة دفع أكبر على هذا الأساس، بالإضافة إلى أقصى قوة دفع عند تشغيل الحارق اللاحق. ويمكن ملاحظة أن اللاعب الأقوى في مجال محركات الطيران لا بد أن تكون محركات الطيران العسكرية، وتعتبر المحركات العسكرية قمة التكنولوجيا البشرية. إن البلدان القادرة على البحث والتطوير وتصنيع وإنتاج المحركات الفضائية لا تقوم عمومًا بتصدير التكنولوجيا الخاصة بها بسهولة. إنهم يقومون فقط بتصدير المحركات النهائية، وبعضها يحتاج إلى إرسالها مرة أخرى إلى بلد المنشأ للصيانة. ما مدى صعوبة بناء محرك طائرة؟ وتكمن صعوبة تصنيعها في هيكلها المعقد ومتطلباتها عالية الدقة، والتي تنطوي على جوانب عديدة مثل اختيار المواد والتصميم والتصنيع ونظام التحكم والاختبارات الصارمة. دعونا نلقي نظرة على ذلك معا.
من الصعب النسخ والتفكيك
تنعكس صعوبة تصنيع محركات الطائرات أولاً في صعوبة النسخ والتفكيك. يمكن نسخ مظهر السيارة أو الطائرة من خلال رسم الخرائط العكسية. وغني عن القول أنه من السهل أيضًا تقليد السيارات. هناك أيضًا نسخ لمظهر الطائرات، مثل قاذفات القنابل Tu-160 وB-1B، لكن نسخ المحرك مستحيل ببساطة دون تدخل الرسومات. على سبيل المثال، أنتج محرك سلسلة CFM-56، وهو المحرك الرئيسي المستخدم حاليًا في طائرة الركاب Boeing 737، أكثر من 20,000 وحدة منذ تشغيله الأول في عام 1974 حتى اليوم. يتم استخدامه في جميع طائرات الركاب ذات الممر الواحد تقريبًا التي تنتجها بشكل رئيسي بوينغ وإيرباص.
صورة
عند تفكيك CFM-56، ستجد أن شفرات المحرك مغطاة بالعديد من فتحات الهواء الصغيرة بحجم ظفر الإصبع تقريبًا. بدون تحديد موضع الرسومات، من المستحيل نسخها. بمجرد ثقب فتحات الهواء في الوضع الخاطئ، سيؤثر ذلك بشكل مباشر على تبديد حرارة الشفرات، وسيتم تقليل الأداء العام للنسخة المتماثلة. بالاعتماد على الأساس الفني لـ CFM-56، قامت GE بتطوير محركات يمكن استخدامها في نماذج طائرات مختلفة، لتتنافس بشكل مباشر مع Pratt & Whitney.
المواد صعبة التصنيع
محرك الطيران في الواقع بسيط للغاية. خذ محرك CFM-56 الكلاسيكي كمثال، بما في ذلك ضاغط الضغط المنخفض، وضاغط الضغط العالي ذو تسع مراحل، وتوربين الضغط العالي للمرحلة الأولى، وتوربين الضغط المنخفض ذو أربع مراحل، و غرفة الاحتراق الحلقي في المنتصف. ومع ذلك، فإن هذه الهياكل لديها درجات حرارة عمل وبيئات ضغط مختلفة، مما يعني أن المواد المستخدمة مختلفة. خذ شفرات التوربينات كمثال. تبلغ درجة حرارة بيئة العمل آلاف الدرجات المئوية، وعشرات الآلاف من الدورات في الدقيقة، وهي مصنوعة من خليط من معادن متعددة بنسب مختلفة.
صورة
ولأن الشفرات القريبة من غرفة الاحتراق تخضع لدرجات حرارة أعلى وتستخدم المواد لتحمل درجات حرارة عالية، فإن نسب العناصر المعدنية النادرة تختلف. فإذا تم استخدام نفس المواد المقاومة للحرارة العالية، فإن سعر الوحدة سيكون مرتفعاً وسيكون الاقتصاد سيئاً. بالنسبة لمحركات طائرات الركاب المدنية التي يتم تشغيلها تجاريًا، فمن الأفضل أن تكون رخيصة الثمن وسهلة الاستخدام.
وبنفس الطريقة، بالإضافة إلى شفرات التوربينات، فإن المواد المستخدمة في كل مكون من مكونات المحرك مختلفة أيضًا. إن توربين المحرك CFM-56 المستخدم في طائرة Boeing 737 مصنوع من سبيكة تتحمل درجات الحرارة العالية، وبعض الأجزاء الأخرى تستخدم مواد مركبة. أكثر شعبية حاليا هي المواد المركبة القائمة على الراتنج. يستخدم جهاز الاستقبال الأنبوبي الخارجي F-119 من شركة Pratt & Whitney هذه المادة التي يمكنها تحمل درجات حرارة تصل إلى 400 درجة مئوية، ويمكن أيضًا التحكم في التكلفة.
صورة
دقة معالجة عالية
إذا كان لديك مواد ورسومات متقدمة، فهذا لا يعني أنه يمكنك إنشاء محرك هوائي ممتاز، لأن تكنولوجيا المعالجة هي العقبة الأخيرة. يبلغ قطر مروحة محرك الطائرة CFM-56 1.55 مترًا فقط وطولها 2.5 مترًا. يجب أن تنتج 86 كيلو نيوتن من الدفع في مثل هذه المساحة الصغيرة. يمكنك أن تتخيل مدى تعقيد تكنولوجيا المعالجة.
من منظور صغير، بأخذ شفرات التوربينات البلورية المفردة السائدة حاليًا كمثال، تتطلب عملية الصب الدقيقة خطأً قدره 0.1 مم، وذلك لضمان أن كل شفرة يمكن أن تعمل بشكل طبيعي. من أجل معالجة مواد السبائك المختلفة معًا، تحتاج إلى إتقان مهارات المعالجة وتقنيات اللحام للسبائك ذات درجة الحرارة العالية. في نفس الوقت، يعمل دوار المحرك وشفراته بسرعة عالية أثناء التشغيل. إن عدم كفاية التصنيع يعني أن المحرك يتآكل بسرعة وله عمر خدمة قصير، مما يؤثر بشكل مباشر على الاقتصاد.
صورة
كما تعمل المتطلبات العالية للتكنولوجيا على تعزيز كفاءة تشغيل محركات الطائرات. وبأخذ الشفرات كمثال، قامت شركة GE بتطوير شفرة غير ملحومة ذات مفصل تناكبي. يوجد برنامج مصنوع من مادة خاصة في الطرف الخارجي لشفرة المحرك، والذي يمكن استخدامه أثناء عمل الشفرة. يتصل بسلاسة مع هيكل الحلقة الخارجية لتحسين كفاءة المحرك. هذه المواد اللينة لها متطلبات عالية جدًا لتكنولوجيا المعالجة. ويجب ألا تحافظ على الاستقرار فحسب، بل يجب أيضًا أن تكون اقتصادية وتتطلب القليل من الصيانة. وإلا، فمع تحسين كفاءة المحرك، فإنه سيزيد أيضًا العبء على الموظفين الأرضيين، ولن يكون الأداء الاقتصادي واضحًا بدرجة كافية.
خلاصة القول، من منظور المسح العكسي والمواد وتكنولوجيا المعالجة، ينبغي القول بأن المحركات الهوائية هي تاج مجال الهندسة الصناعية ورمز للقوة العلمية والتكنولوجية لأي بلد.
استنادًا إلى محرك WS-10 "Taihang"، طورت بلدي بشكل مستقل محرك WS-20 ذو نسبة الالتفافية العالية والدفع العالي للاستخدام العسكري والمدني، وهو مجهز بمحرك Y -20 طائرة نقل استراتيجي. تعمل بلادنا أيضًا على تطوير محرك Yangtze-1000محرك توربيني مروحي عالي النسبة للتركيب على الطائرة المدنية C-919، وتخطط لتجميع وإنتاج محرك LEAP-X "Safran" ذي المستوى العالمي محليًا . وفي الوقت نفسه، يجري أيضًا تطوير الجيل التالي من المحركات المتقدمة ذات النسبة الالتفافية الكبيرة ذات قوة دفع تتراوح من 200 إلى 400 كيلو نيوتن. تشير جميع هذه المشاريع إلى أن عصر "الانفجار" للمحركات ذات النسبة الالتفافية الكبيرة في الصين قادم.
