مقایسه موتورهای توربوجت و توربوفن؛ تفاوت‌ها در چیست؟

هواپیماها از موتورهای جت متنوعی همچون توربوجت و توربوفن استفاده می‌کنند. در جدیدترین مقاله علمی آموزشی پدال به مقایسه این دو موتور با یکدیگر می‌پردازیم.


دو نمونه از رایج‌ترین موتورهای بکار رفته در هواپیماها توربوجت و توربوفن هستند که شباهت‌های زیادی از جمله طرز مکش هوای سرد از سمت جلو و ارسال آن به بخش عقب به منظور تولید نیروی پیشرانه دارند. البته در عین وجود شباهت‌ها، دو موتور موردبحث تفاوت‌هایی را نیز نشان می‌دهند. در آغاز باید گفت موتور توربوفن دارای یک فن یا پروانه در بخش جلوست و این فن برای ارسال هوا به بخش اصلی موتور و اطراف آن بکار می‌رود. همچنین موتورهای توربوفن کم‌مصرف‌تر از نمونه‌های توربوجت هستند.

در همین زمینه بخوانید:

هر دو موتور هوا را به داخل یک کمپرسور می‌فرستند. کمپرسور اولین قطعه از بخش اصلی موتور است که فشار و دمای هوا را افزایش می‌دهد. از اینجا به بعد هوا به سمت محفظه احتراق ارسال می‌شود یعنی جایی که هوای داغ با سوخت جت ترکیب و مشتعل می‌شود. این اشتعال باعث ایجاد انفجارهایی خواهد شد که نیروی پیشران یک یا چند توربین را تأمین کرده و در نهایت باعث پرواز و به پیش راندن هواپیما می‌شود. هر هواپیما نیازمند نوع خاصی از پیشرانه یا موتور است. برخی هواپیماها همچون جنگنده‌ها باید با سرعتی فراتر از سرعت صوت پرواز کنند. هر دو موتور توربوجت و توربوفن می‌توانند به سرعت فراتر از صوت دست یابند اما یکی از آن‌ها بیشتر به همین منظور مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اولین نوع موتور جت بکار رفته در صنعت هوانوردی از نوع موتور توربوجت بود که در سال ۱۹۳۹ روی هواپیمای آلمانی Me 262 نصب شد. این هواپیما لقب اولین جت جنگنده دنیا که در جنگ جهانی دوم پرواز می‌کرد را به خود اختصاص داد. ارتش‌های سراسر جهان پس از آلمان شروع به نصب توربوجت ها روی هواپیماهای خود کردند که از جمله این موارد می‌شود به F-4 فانتوم II و میگ ۱۹ اشاره کرد. یکی از مشهورترین موتورهای توربوجت دنیا را می‌توان نمونه پرت اند ویتنی J58 دانست که روی SR-71 بلک برد نصب شد و آن را به سرعت‌های بسیار بالایی رساند. توربوجت ها موتورهایی هستند که صنعت هوانوردی را برای همیشه تغییر دادند چراکه اولین پرواز مافوق صوت جنگنده‌ها در دنیا با این نوع موتورها انجام شده است. هواپیمای افسانه‌ای کنکورد نیز از موتور توربوجت استفاده کرده است.

نمونه‌های اولیه توربوجت ها دارای طراحی گریز از مرکز بوده‌اند و از قطر بیشتری نسبت به مدل‌های مدرن امروزی سود برده‌اند. همچنین خروجی کمپرسور موتورهای اولیه عمود بر محور چرخش پروانه بوده است. تکامل طراحی این موتورها باعث شده مهندسان توربوجت های شار محوری را بسازند. بجای طراحی عمودی یاد شده، توربوجت های محوری به گونه‌ای طراحی شده‌اند که هوا را به‌صورت موازی محور چرخش متراکم می‌کنند و از قطر کمتری برخوردار هستند تا درگ کاهش یابد. موتورهای شار محوری طول بیشتری دارند و بنابراین فضای بیشتری برای نصب تیغه‌های کمپرسور وجود دارد که نتیجه این نوع طراحی تولید نیروی پیشرانه بیشتر و پرفورمنس بهتر خواهد بود. البته در مقایسه موتورهای توربوجت و توربوفن باید گفت توربوجت ها در سرعت‌های مافوق صوت به اندازه رقبای خود کم‌مصرف نیستند. برخلاف موتور توربوفن، تمامی نیروی پیشران موتور توربوجت زمانی تولید می‌شود که همه هوا وارد ورودی موتور شود و همان‌طور که تصور می‌کنید این موتورها سر و صدای بیشتری تولید می‌کنند.

برخلاف موتورهای توربوجت، مدل‌های توربوفن دارای بخش سرد هستند که بخشی از هوا از طریق فن بزرگی در جلوی موتور مکیده شده ولی وارد کمپرسور نمی‌شود بلکه این هوا از فضای خارجی بخش اصلی موتور عبور می‌کند. با اینکه مخلوط سوخت و هوا در موتورهای توربوفن همانند هوای عبوری از محفظه‌های تراکم مشتعل نمی‌شود اما پیشران بیشتری ایجاد می‌کند. همین عبور هوا از خارج بخش اصلی موتور باعث شده موتورهای توربوفن با نام مستعار موتورهای بای پس شناخته شوند. برخی شرکت‌ها همچون بوئینگ در دهه ۶۰ میلادی موتورهای توربوجت را به توربوفن تبدیل کرده‌اند تا مصرف سوخت آن‌ها کاهش یابد.

باید گفت دو نوع موتور توربوفن وجود دارد که یکی از نوع بای پس زیاد است که بخش اعظم نیروی پیشران را از فن و بخش سرد دریافت می‌کند. این نوع موتورها در اکثر هواپیماهای تجاری بکار می‌روند. نوع دوم هم موتورهای توربوفن بای پس کم هستند که اکثر نیروی پیشران آن‌ها از بخش اصلی موتور و محفظه احتراق به دست می‌آید. معمولاً این نوع موتورها در هواپیماهای نظامی بکار می‌روند و می‌توانند شامل پس‌سوز هم باشند. از جمله مشهورترین هواپیماهای بکار گیرنده موتورهای توربوفن می‌توان به ۷۴۷-۸ جایگزین ایر فورس وان فعلی، C-17 گلوب مستر III، F-22 رپتور و F-35 لایتنینگ II اشاره کرد. موتورهای توربوفن قطعات بیشتری همچون فن بزرگ را در بخش جلو دارند. این فن نیروی پیشران بسیار بیشتری را نسبت به سایر موتورها تولید می‌کند و دلیل آن نیز متراکم کردن هوا قبل از ورود به کمپرسور بخش اصلی موتور است.