الغرض من التجربة :- دراسة أنواع مختلفة من المضخات و التعرف على خصائص كل نوع منها والفرق بينها

 الجانب النظري :-

المضخة :- تعرف المضخة بأنها اداة ميكانيكية تعمل على رفع مستوى الطاقة لمختلف الموائع و ذلك عن طريق تحويل الطاقة الحركية الى طاقة هيدروليكية .

 أنواع المضخات :-  تقسم المضخات بصورة عامة إلى نوعين

1-    مضخات ذات الطرد المركزي (centrifugal pumps )

              في هذه الأنواع من المضخات تعطي المضخة الطاقة اللازمة للسائل ليندفع بصفة  مستمرة و تتم هذه العملية بخطوتين

أ‌-       يقوم جزء من المضخة (impeller) بتسريع السائل بسرعة كبيرة جدا"

ب‌-    يتم تقليل هذه السرعة لكي يزيد الضغط داخل المضخة بواسطة (diffuser) .

تتراوح كفاءة هذه الأنواع من المضخات ما بين 60 % - 80% وحسب حجمها وتتكون المضخة من هذا النوع من عنصرين رئيسيين الأول هو العنصر الدوار و الآخر ثابت مع وجود مخرج مناسب للمائع. العنصر الدوار هو المروحة و هي تحتوي على ريش متعددة و ينحصر في ما بينها مجموعة من المجاري. أما العنصر الآخر فهو الغلاف الحلزوني و هو أيضاً مكون من مجموعة من الريش الثابتة و ذلك حسب نوع المضخة. عندما تبدأ المروحة بالدوران تتحول الطاقة الميكانيكية الداخلة للمروحة من المحرك إلى طاقة هيدروليكية و بذلك يزداد سرعة و ضغط السائل الهيدروليكي عند مروره خلال ريش و مجاري المروحة. و يزداد الضغط و تزداد السرعة من ريشة إلى أخرى حتى يخرج إلى الغلاف و عند مرور السائل بالغلاف يرتفع الضغط مرة أخرى بينما تقل سرعته تدريجيا" . أي أن السائل يمر بمرحلتين من إزدياد الضغط الأول من خلال المروحة و الآخر من خلال الغلاف.أما سرعة السائل الهيدروليكي فإنها تزداد في المروحة بينما تنخفض عند الغلاف ( شفة التصريف ) و تكون سرعة السائل عند مخرج المضخة مساوياً تقريباً للسرعة الداخلة ( المدخل ). تمتاز هذه المضخات برخص ثمنها و سهولة إستخدامها و تنصيبها و لا تحتل مساحة كبيرة أثناء التركيب على الأرض و عدم إحتياجها إلى الصمامات الإرجاعية و أوعية الهواء كما يمكن ربط المضخة بسهولة مع المحرك و يكون نقلها للموائع ذات اللزوجة العالية سهل مثل الزيوت و المياه الثقيلة و تكون كلفة إدامة هذه الأنواع من المضخات قليلة تستخدم هذه المضخات بصورة عامة لرفع الموائع من وسط واطئ إلى مستوى عالي وذلك عن طريق زيادة الضغط و عموما يمكن أن تعرف كماكينة تزيد من قدرة ضغط المائع و قد لا تستخدم لرفع المائع و إنما لتعزيز الضغط في خطوط الأنابيب.

 2-    المضخات إيجابية الإزاحة(  Positive Displacement Pumps)

          يعتمد أساس عمل هذه الأنواع من المضخات على تحويل مسار مائع معين بزيادة ضغطه حيث عندما ينسحب المكبس يفتح الصمام فيدخل المائع و من ثم عندما يندفع المكبس يغلق الصمام السفلي و يفتح الصمام العلوي مصحوبا" بضغط أعلى. تختلف هذه المضخات عن النوع السابق فإن المائع الداخل يساوي تقريبا" المائع الخارج في حين إن المائع في المضخات من النوع الطارد المركزي يعود إلى الداخل أي أن المائع الخارج لا يساوي المائع الداخل. كفاءة هذه الأنواع من المضخات تكون واطئة الكفاءة نسبيا" 30% - 60% و عمليات الصيانة أعقد و الزيادة في الضغط أقل.

 المطلوب :- تقرير عن أنواع المضخات المختلفة أو أحدها

التجربة الثانية

المحرك التوربيني النفاث  ( Turbo Jet Engine )

الغرض من التجربة :- دراسة اجزاء المحرك التوربيني النفاث (T.J Engin )

نظرية التجربة :-

   يتألف المحرك التوربيني النفاث كما في الشكل من الأجزاء الآتية :-

منظومات مساعدة :-

1.     منظومة الوقود (fuel system )

2.     منظومة بدأ الحركة (starting system )

3.     منظومة التبريد (cooling system )

4.     منظومة التزييت (lubrication system )

5.     منظومة الإشعال (Ignition system )

   وهناك بعض المحركات التي تحتوي على منظومات أخرى منها :-

1.     منظومة الحقن (injection system )

2.     منظومة تغيير مساحة فوهة النفث (variable area exhaust nozzle )

3.     منظومة الحارق اللاحق (after burner system )

  مدخل الهواء (diffuser  ) :-

هو الجزء الذي يمد المحرك بكمية الهواء اللازمة تحت اكبر ضغط ممكن .

 أنواع مدخل الهواء (type of diffuser ) :-

1.     مدخل تحت صوتي (subsonic )

        و يعمل هذا المدخل للسرعات تحت الصوتية

2. مدخل فوق صوتي  ( supersonic )

        و يعمل هذا المدخل عند السرع الآتية :-

1.     السرع تحت الصوتية

2.     السرعة الانتقالية الصوتية

3.     السرع فوق الصوتية

 وعادة" تستخدم مداخل الهواء لتخفيض سرعة الجريان مع زيادة ضغطه و في حالة السرع فوق  الصوتية تستخدم المداخل لتقليل سرعة الجريان فوق الصوتية إلى تحت صوتية مع زيادة كبيرة في الضغط الاستاتيكي للجريان حيث تتكون في مقدمة أو أمام مدخل الهواء موجات صدمية عمودية أو مائلة .

 الضاغط  (compressor )

     ضاغط المحرك النفاث يعمل على ضخ أكبر كمية من الهواء بضغط عالي جدا" و يصمم الضاغط بحيث يعطي أكبر نسبة انضغاط مع أقل ارتفاع في درجات الحرارة و غالبا" ما تصل نسبة الانضغاط لبعض الضواغط (1:15) وعدد تركيب موجهات الهواء ( fan ) تصبح نسبة الانضغاط (1:25)

  تعريف نسبة الانضغاط :-

     هي النسبة بين ضغط الهواء الخارج من الضاغط إلى ضغط الهواء الداخل له

 أنواع الضواغط (compressor types) :-

1.     ضاغط طرد مركزي (centrifugal flow compressor)

2.     ضاغط محوري (axial flow compressor)

3.     ضاغط طرد مركزي محوري

 غرفة الاحتراق :-

       هي احد أجزاء المحرك الذي تتم فيه عملية احتراق خليط الوقود و الهواء من اجل رفع درجة حرارته و زيادة الحجم النوعي لنواتجه

  أنواع غرف الاحتراق :-

1.     المحارق المنفردة

2.     المحارق الحلقية

3.     المحارق المختلطة

التوربين الغازي ( gas turbine) :-

     هو أحد أجزاء المحرك الذي تتمدد خلاله الغازات الناتجة من عملية الاحتراق جزئيا" داخل غرفة الاحتراق و ينتج من عملية التمدد هذه دوران التوربين و التي بدورها تدور الضاغط الذي يتصل بالتوربين بعمود إدارة و كذلك يدور المنظومات المساعدة الأخرى و على ذلك تكون وظائف التوربين :-

1.     إدارة الضاغط

2.     إدارة المنظومات المساعدة

3.     تحويل طاقة ضغط نواتج الاحتراق ( الغازات ) الى طاقة حركية .

 أنواع التوربينات الغازية (gas turbine types) :-

1.     توربينات محورية

2.     توربينات قطرية

3.     توربينات دفعية

4.     توربينات رد فعلية

5.     توربينات رد فعلية دفعية

   أنبوب خروج النفث (exhaust duct ):-

          و هو أنبوب متقارب اومتقارب متباعد تدخل فيه الغازات بسرعة منخفضة نسبيا" و ضغط عالي و تعجل بسرعات تحت صوتية أو فوق صوتية أي إن وظيفة أنبوب خروج النفث هو تحويل ضغط الغازات العالية جدا" إلى طاقة حركية كبيرة عن طريق تمدد الغازات في الأنبوب و كلما زادت سرعة الغازات الخارجة من فوهة النفث كلما زادت قوة الدفع النفاث الناتجة .

  أنواع أنبوب خروج النفث (exhaust duct types) :-

1.     أنبوب متقارب (convergent nozzle)

2.     أنبوب متقارب متباعد ( convergent_divergent nozzle) .

التجربــــــــة الثالثة

المحرك النبضي (Pulse Jets)

الغرض من التجربة: دراسة أجزاء المحرك النبضي.

الجانب النظري: المحرك النبضي استخدم على أوسع نطاق في الطيران المنخفض تحت الصوتي في الحرب العالمية الثانية, حيث استخدم لأول مرة في إطلاق الصاروخ الألماني في أواخر صيف عام 1944 وكان هذا السلاح يسمى حين ذاك بقنبلة بيز (Buss bomb) بسبب الدوي الهائل الذي كان يصاحب تشغيل الصاروخ.

المحرك النبضي يعرف بعدة أسماء منها:

Buss engine

Reso jet

Nero resonator

Pulse jets

Argus – Schmidt tube

        والاسم الأكثر شيوعا" في الوقت الحاضر (Pulse Jets) والأمريكيون هم أول من فحصوا المحرك النبضي بعد استعماله الأول. وقد أخذت الأجزاء الرئيسية من هذا المحرك لإجراء التجارب عليها والدراسة وقد استعمل المحرك النبضي لتحسين توجيه القذيفة. ويعتبر المحرك النبضي وحدة توليد قدرة ضغط هوائية متناوبة أو على هيئة ماكينة توليد قدرة تقليدية جوية.

     يعتمد المحرك النبضي في تشغيله على الآتي:

خواص الهواء الجوي.

خواص الوقود المستخدم.

شكل الأنبوب الذي يكون المحرك.

الصمامات اللاارجاعية في حالة المحرك النبضي ذي الصمامات.

المجاري الطويلة وطول مدخل الهواء في المحرك النبضي الذي يعمل بدون صمامات لا ارجاعية.

لا يعتمد المحرك النبضي في تشغيله على الأجزاء الآتية:

1.    المكابس.

2.    المراوح.

3.    أي نوع من الريش.

أوجه الاختلاف بين المحرك النبضي والمحركات النفاثة الأخرى:

1.    انسياب الهواء خلاله دوري أو متناوب.

2.    يولد قوة دفع نفاث دورية أو متناوبة.

3.    يولد ذبذبات عالية جدا" مما يؤدي إلى عدم استعماله بشريا".

 عيوب المحرك النبضي:

1.     السرعة القليلة والمحدودة من 700-900 كم/ساعة.

2.     ارتفاعات الطيران قليلة ومحدودة حيث لا يتجاوز 3000م.

3.     يولد ضوضاء هائلة.

4.     يعطي دفع غير ثابت أثناء الحركة.

5.     تتولد اجهادات نتيجة الاهتزازات الناتجة من تشغيل المحرك توثر على قدرة تحمل الصمامات اللاارجاعية.

6.     الاستهلاك النوعي للوقود يزداد بزيادة سرعة المحرك.

مميزات المحرك النبضي:

1.     تركيبه بسيط إذا قورن بالمحركات النفاثة التوربينية.

2.     يحتاج إلى صيانة دورية بسيطة.

3.     وزنه خفيف بالمقارنة بوزن المحركات النفاثة التوربينية.

4.     كلفته قليلة إذا قورن بكلفة المحركات التوربينية النفاثة.

5.    قوة الدفع تكون اكبر ما يمكن في حالة الوقوف وتقل كلما زادت سرعة المحرك.

أنواع المحركات النبضية:

1.     المحرك النبضي ذو صمام لا رجوعي.

2.     المحرك النبضي بدون صمام.

  استخدامات المحرك النبضي:

1.     استخدم في الصاروخ الألماني.

2.     يستخدم في تطوير طائرات الهليكوبتر.

3.     يستخدم كمحطة توليد قدرة في الطيران الشراعي.

التجربة الرابعة

Ramjets) )

تعتبر محركات (Ramjets) من ابسط أنواع محركات الطائرات. تتكون محركات (Ramjets) من الأجزاء التالية:

لا يوجد في محرك (Ramjet) أجزاء دوارة ويعتمد عملها كليا" على الانضغاط الذي يوفره الناشر. يعتبر الناشر الجزء الأول من المحرك الذي يحول السرعة إلى انضغاط. وبذلك يتحدد عمل هذه المحركات على سرع عالية (ماخ مرتفع). ومن تأثير الناشر جاءت التسمية Ram.

يكون عدد ماخ الداخل الى غرفة الاحتراق M= 0.2-0.3

ولو فرضنا السرعة الأمامية كانت M= 3 وسرعة دخول الهواء إلى غرفة الاحتراق هي M=0.3 فأن الزيادة بالضغط تساوي

   ولكن عمليا" تكون خسارة الضغط الكلي عند الموجة الصدمية عالية وبذلك يكون من الصعوبة الحصول على هكذا ضغط.

)  الكفاءة الحرارية)

 QUOTE  

وبذلك تكون محددة بواسطة عملية الانضغاط

يكون ذو قيمة فعالة عند عدد ماخ Ma>3.

تكون معادلة الدفع لمركبة طائرة:-

 حيث :

:a  الهواء الداخل

: U سرعة المركبة الأمامية

: e مقطع الخروج

عند نسبة تمدد مثالية

التجربة الخامسة

محرك توربيني غازي ذو محورين دوارين T 200D

المكونات الأساسية:

1-   مروحة ذات طرد مركزيCentrifugal fan     

2-   شاحن توربيني Turbocharger                     

3-   توربين الحمل Power turbine                     

4-   مولد تيار متناوبAC generator                   

المكونات الإضافية:

مرسلات و عدادات لدرجة الحرارة و الضغط.

الملحقات:

دورة الزيت مع مضخة زيت و خزان

دورة تبريد مع مبادل حراري (ماء – زيت)

 الغاية من التجربة:

دراسة أداء المحرك التوربيني الغازي و معرفة تأثير بعض المتغيرات مثل سرعة الدوران للتوربين الغازي، سرعة الدوران لتوربين الحمل، معدل جريان الهواء، معدل جريان الوقود، نسبة الانضغاط، نسبة خلط الوقود للهواء، درجة حرارة الهواء الداخل للضاغط و تأثيرها على الكفاءة العامة للمنظومة الغازية، الكفاءة الحرارية و كذلك كفاءة التوليد الكهربائي.

الوقود المستخدم:

بروبان

طريقة العمل:

يمكن تغيير السرعة الدورانية للتوربين بواسطة تغيير كمية الوقود و كذلك الحمل. تغيير كمية الهواء يؤثر كذلك على الأداء.

المعاملات القابلة للتغيير: كمية الهواء، كمية الوقود، الحمل. بواسطتها يمكننا تثبيت بعض السرع و تغيير الأخرى، و كذلك تغيير نسبة الانضغاط للضاغط.

للحصول على النتائج كما في الجداول:

الكفاءة الحرارية مع معدل جريان الوقود

التجربــــــــة السادسة

أنواع المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب

الغرض من التجربة: دراسة أنواع المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب وكيفية حساب قيمة الدفع لها.

الجانب النظري: هذا الصاروخ يعمل بالوقود الصلب الذي يوضع في داخل غرفة الاحتراق مباشرة ويكون على أشكال مختلفة وذا مقاطع مختلفة حسب التصميم. ويحتوي على كل العناصر الكيمائية التي تودي إلى الاحتراق الكامل والاحتراق داخل غرفة احتراق الصاروخ يتم بسلاسة ويكون تقريبا" بمعدل ثابت. ويكون اتجاه الاحتراق عمودي على اتجاه محور شحن الوقود أو محور الصاروخ الطولي.

   الأجزاء الأساسية التي يتركب منها الصاروخ:     

1.     غرفة الاحتراق.

2.     الفوهة.

3.     منظومة الإشعال.

4.     منظومة الوقود.

5.     السطح الخارجي للصاروخ.

6.     منظومات مساندة أخرى.

 المميزات الرئيسية للصاروخ:

1.     تركيب بسيط.

2.     يمتاز بسهولة الاستعمال.

3.     يحتاج لصيانة بسيطة ولا يحتاج لأجهزة خدمة.

4.     يمتاز بسهولة نقله من مكان إلى أخر.

5.     يشغل بدائرة كهربائية بسيطة.

6.     نسبة الدفع الكلي إلى وزن الصاروخ ذي الوقود الصلب اكبر من نسبة الدفع الكلي إلى الوزن الكلي للصاروخ ذي الوقود السائل.

7.     ومن أهم فوائده انه ساعد في تطوير الوقود المستخدم مما أدى إلى مساعدة العلماء في تحسين أداء الصواريخ كافة.

  استعمالات الصاروخ ذو الوقود الصلب:

1.     يستخدم كمساعد إقلاع في الطائرات.

2.     يستخدم كصاروخ استطلاع.

3.     يستخدم كقذيفة بالستية.

4.     في المراحل الأولى والثانية للصواريخ.

5.     يستخدم كصاروخ كابح.

6.     يستخدم كصاروخ استطلاع الطقس الجوي.

7.     للتعجيل في الأقمار الصناعية.

المتغيرات التي تؤثر على أداء المحرك الصاروخي:

وعلى ذلك للحصول على قوة دفع نفاث كبيرة يجب أن يكون معدل التدفق الكلي للغازات كبير للحصول على اكبر معدل للتدفق للغازات, يجب أن يكون معدل الاحتراق اكبر ما يمكن. ومن الملاحظ أن معدل الاحتراق يعتمد على ضغط الغازات داخل غرفة الاحتراق للصاروخ. أي أن الزيادة في ضغط الغازات داخل غرفة الاحتراق يقابلها زيادة في معدل الاحتراق وبالعكس.

ومن البديهي أن غرفة الاحتراق تحتوي على كمية معينة من الوقود الصلب وعلى ذلك للحصول على قوة الدفع النفاث الكبيرة يجب أن يزيد معدل الاحتراق, أي نزيد ضغط الغازات داخل غرفة الاحتراق باختيار فوهة معينة وللحصول على قوة صغيرة لمدة من الزمن طويلة يجب أن يكون معدل الاحتراق قليل أي يجب أن يكون ضغط الغازات داخل غرفة الاحتراق منخفض نسبيا" وهذا يحتاج إلى فوهة أخرى.