8 پیشرانه‌ای که باعث انقلاب در صنعت هوانوردی شدند

از زمان اختراع هواپیما، پیشرانه‌های متعددی تولید و مورد استفاده قرار گرفته‌اند؛ اما برخی از آن‌ها باعث انقلاب در صنعت هوانوردی شده‌اند.

پرواز انسان، بدون شک یکی از بزرگ‌ترین دستاوردهای قرن بیستم به شمار می‌رود. این فناوری نه تنها وسعت توانایی‌های ما انسان‌ها را به طور چشمگیری گسترش داد، بلکه تجارت، ارتباطات و البته سفرها را نیز متحول کرد. اگرچه در مورد پیشگامان و هواپیماهایی که نسل‌های متوالی پیشرفت هوانوردی را به تصویر می‌کشند صحبت‌های زیادی می‌شود، اما بدون موتور احتراق داخلی (که بعدها فناوری موتور جت نیز به آن اضافه شد)، هیچ‌کدام از این‌ها به معنای واقعی کلمه، امکان‌پذیر نبود.

شرکت‌های نسبتاً کمی در عرصه ساخت موتور هواپیما حضور دارند و در این بین هم برندهای آمریکایی و اروپایی حرف اول را می‌زنند. حتی گاهی برخی از این شرکت‌ها با هم متحد می‌شوند تا بهترین نتایج حاصل شود.

در حمل‌ونقل هوایی تجاری، موفقیت معمولاً بر اساس ایمنی، مقرون به صرفه بودن جابه‌جایی کالا و مسافر، توجه ویژه به آلایندگی و صدای موتور سنجیده می‌شود. در حالی که در بخش نظامی و سفرهای فضایی، کارکرد موتورها خاص‌تر و هدف‌مندتر است. با این حال، وجه مشترک همه این موتورها این است که قلب تپنده هر هواپیما به شمار می‌روند و در طول سال‌ها، نقش محوری در توسعه این اعجوبه فناوری مدرن ایفا کرده‌اند.

موتورهایی که به انقلاب در صنعت هوانوردی کمک کردند

در ادامه، به موتورهایی می‌پردازیم که بیشترین تأثیر را در صنعت هوانوردی داشته‌اند و انقلابی نه تنها در این عرصه، بلکه در شیوه زندگی و نگرش ما به دنیای اطرافمان ایجاد کرده‌اند. این پیشران‌های قدرتمند، از میدانی در اوهایو تا اعماق منظومه شمسی، داستان صعود ما به آسمان‌ها را روایت می‌کنند. در ادامه با گجت نیوز همراه باشید.

پیشرانه Wright 1903

زمانی که اورویل و ویلبر رایت اولین پرواز سرنشین‌دار جهان را بر فراز دشت هافمن در خارج از دیتون، اوهایو انجام دادند، موتورهای احتراق داخلی بیش از ۴۰ سال بود که برای تامین نیروی اتومبیل‌ها به کار می‌رفتند. با اینکه این رویداد تاریخی در سال ۱۹۰۴ رخ داد، اما این موتور ۱۹۰۳ رایت بود که آن را ممکن ساخت. این پیشرانه از طراحی سفارشی برخوردار است، زیرا در آن زمان هیچ موتور مناسب یا قابل تغییر وجود نداشت.

پیشرانه برادران رایت برای رسیدن به هدفشان باید مشخصات خاصی را برآورده می‌کرد. طبق برآورد آن‌ها، این موتور باید حداقل هشت اسب بخار قدرت تولید می‌کرد و حداکثر وزن آن ۲۰۰ پوند بود. در حالی که این نسبت قدرت به وزن ممکن است با استانداردهای مهندسی امروز ناچیز به نظر برسد، در آن زمان نیاز به رویکردی کاملاً جدید داشت و موتور به طور کامل و تنها با استفاده از تراش فلزکاری و دریل ساخته می‌شد. محصول نهایی که از آلومینیوم و آهن ریخته‌گری ساخته شده بود، وزنی معادل ۱۸۰ پوند داشت و ۱۲ اسب بخار قدرت تولید می‌کرد که با اختلاف قابل توجهی نیاز آن‌ها را برآورده می‌کرد.

در پس این دستاورد بزرگ، برادران رایت به یک شرکت بسیار موفق در زمینه ساخت پیشرانه تبدیل شد. ابتدا به‌عنوان موتورهای رایت آغاز به‌کار کرد و بعداً به رایت ایرونوتیکال تغییر نام داد. رایت ایرونوتیکال تاریخی پربار داشت، ابتدا در سال ۱۹۱۹ رکورد سرعت جهان را شکست و سپس موتور هواپیمای «روح سنت لوئیس» چارلز لیندبرگ را برای پرواز تاریخی او در سال ۱۹۲۷ از نیویورک به پاریس تامین کرد. با این حال، این موتور اصلی ۱۹۰۳ بود که با ساختار آلیاژ آلومینیومی سبک و فوق العاده محکم آن، راه را برای ساخت تمام موتورهای هواپیمای آینده هموار کرد.

پیشرانه Continental A40

در حالی که هوانوردی رو به گسترش بود، هواپیماهای سبک نقش تازه‌ای پیدا کردند. آن‌ها به عنوان تاکسی هوایی برای جابجایی مسافر و بار، به ویژه در نقش هواپیمای پست و برای حمل و نقل تجاری و شخصی به کار گرفته می‌شدند. اما با تمرکز بر سرعت و ظرفیت در نیمه اول قرن بیستم، بیشتر پیشرفت‌های موتور روی پیشرانه‌های شعاعی غول‌آسا بود و نیاز به موتورهای کم‌حجم‌تر برای هواپیماهای کوچک‌تر احساس می‌شد.

شرکت موتورهای کانتیننتال با تولید موتور A40، پیشرانه‌ای چهار سیلندر خنک شونده با هوا، گام بزرگی برداشت. این موتور با تنها 155 پوند وزن و 40 اسب بخار قدرت، کاملاً برای هواپیماهای سبک از جمله طرح جدید تیلور کاب مناسب بود.

تایلور کاب، پیشرو در انواع پایپر کاب شد که در دهه 1930 به شدت محبوب بود و تولید آن در طول جنگ جهانی دوم سرعت گرفت. کاب‌ها به عنوان هواپیمای آموزشی اولیه در برنامه آموزش خلبانان غیرنظامی در زمان شروع جنگ به کار گرفته شدند. همچنین در نقش هواپیمای شناسایی، ترابری و دیده‌بانی در خدمت نیروی نظامی قرار گرفتند. برای پاسخ به این نیاز، هر 20 دقیقه یک کاب ساخته می‌شد و بدین ترتیب، شرکت موتورهای کانتیننتال رونق گرفت.

با تغییر نیازهای صنعت هوانوردی در طول زمان، به نسخه‌های قدرتمندتر A40 نیاز پیدا شد. موتورهای C-90 با 90 اسب بخار و A-200 با 200 اسب بخار نیز از محصولات محبوب کانتیننتال بودند. این موتورها آنچنان موفق و قابل اعتماد بودند که هنوز به عنوان الگویی برای اغلب موتورهای هواپیمای سبک مدرن به کار می‌روند. هواپیماهای کوچک‌تر با این موتورها، پرواز را به عنوان تفریحی همگانی ترویج دادند و آن را از فعالیتی خاص به فعالیتی در دسترس عموم تبدیل کردند. در این راستا، موتور A40 پرواز را برای عامه مردم در دسترس‌تر ساخت.

پیشرانه Rolls-Royce Dart

وقتی نام رولز رویس را می‌شنویم، بسیاری از ما به‌یاد خودروهای لوکس این کمپانی می‌افتیم. با این حال، سابقه طولانی این شرکت در ساخت موتور هواپیما به همان اندازه موفق است و همچنان یکی از بازیگران اصلی صنعت هواپیمایی به شمار می‌رود. موتور توربوپراپ رولز-رویس دارت که در سال ۱۹۴۶ معرفی شد، نمونه‌ای عالی از طراحی ساده و مهندسی باکیفیت بود و قدرت موتورهای جت را با کارایی پروانه‌ها ترکیب می‌کرد.

شاید با شنیدن نام دارت “Dart” ناخودآگاه فلش‌ها به خاطر شما بیایند، اما رولز-رویس سنت معمولا در محصولات خود از اسم رودخانه‌های بریتانیا استفاده می‌کند و در این مورد، از نام رودخانه دارت در جنوب انگلستان الهام گرفته است. این موتور نقش مهمی در تسهیل سفرهای اولیه بین قاره‌ای داشت و به مدت ۴۰ سال چشمگیر در خط تولید باقی ماند. دارت ابتدا روی هواپیمای ویسکونت ویکررز نصب شد و بعدها توسط سازندگان جهانی مانند گرومن، فوکر، آورو و برگه به کار گرفته شد.

توربوپراپ شبیه موتور جت است، اما همانطور که از نامش پیداست، در جلوی آن یک پروانه معمولی قرار دارد که هوا را به بدنه موتور می‌کشد، در آنجا متراکم می‌شود، وارد محفظه احتراق شده و با سوخت مشتعل ترکیب می‌شود و به عنوان جریان جت با انرژی بالا از عقب خارج می‌شود. این سیستم برای هواپیماهای میان‌برد مانند ویسکونت ویکررز ایده‌آل بود. نکته مهم برای حمل‌ونقل هوایی تجاری این بود که دارت نسبت به موتور جت معمولی صرفه‌جویی بیشتری در سوخت داشت و در طول دوران طولانی و موفق خود، بیش از ۱۷۰ میلیون ساعت پرواز را ثبت کرد.

پیشرانه Pratt & Whitney JT3

تا اواسط دهه ۱۹۳۰، فناوری موتور جت کاربردی نبود؛ زیرا برای مسافت‌های طولانی در سرعت‌های پایین (زیر صوت) بسیار ناکارآمد به نظر می‌رسید. هرچند موتورهای جت در طول جنگ جهانی دوم به طور گسترده استفاده نشدند، ولی با اختراع هاینکل He178 در سال ۱۹۳۹، توسعه آن‌ها سرعت گرفت. این هواپیمای جت اولین نمونه موفق بود که بسیاری از موتورهای جت مدرن‌تر مانند پرات و ویتنی JT3 بر اساس آن ساخته شدند.

خانواده موتورهای توربوفن JT3 در سال ۱۹۵۰ توسعه یافتند. کمی بعد، نیروی هوایی آمریکا به آن‌ها کد TF133 را اختصاص داد و در سال ۱۹۵۵ این موتورها روی بمب‌افکن سنگین دوربرد B-52، که شاید مشهورترین هواپیمای مجهز به آن باشد، نصب شدند. هشت موتور JT3 همچنان این هواپیما را که تاکنون بیش از ۷۲ میلیون ساعت پرواز داشته، به پرواز درمی‌آورند.

بعدها، هواپیمای مسافربری لاکهید C-141 استارلیفتر و بوئینگ ۷۰۷ نیز به این موتورها مجهز شدند. JT3 به دلیل صدای کم، آلایندگی پایین و مصرف سوخت بهینه مورد پسند قرار گرفت. این موتور نقطه‌ای ایده‌آل بین موتورهای توربوپراپ و توربوجت آن دوران محسوب می‌شد. JT3 برای پروازهای زیر صوت با سرعت بالا و به صرفه مناسب بود و در عین حال هم از جیغ کمپرسور موتورهای توربوپراپ و هم از صدای گوش‌خراش اگزوز توربوجت‌ها خبری نبود.

در موتور توربوفن JT3، به میزان کافی هوا از درون موتور عبور می‌کرد تا نیروی رانش مورد نیاز تأمین شود و در عین حال بخشی از هوا نیز از اطراف موتور هدایت می‌شد؛ به همین علت، به موتورهای توربوفن «موتور بای‌پس» نیز گفته می‌شود. این ویژگی کاربردی باعث شد خانواده موتورهای توربوفن، از جمله پرات و ویتنی JT3، به موتور غالب هواپیماهای مسافربری امروزی تبدیل شوند. این فناوری بعدها برای ساخت نسخه‌های مافوق صوت نیز توسعه یافت که برخی از آن‌ها در صنعت هواپیمایی نظامی به کار گرفته می‌شوند.

پیشرانه General Electric CF6

در پی موفقیت هواپیمای بوئینگ 747 در دهه 1960 به‌عنوان اولین «جت غول پیکر»، با گسترش روزافزون حمل و نقل هوایی تجاری در ابتدای دهه 1970 موتور جنرال الکتریک CF6 معرفی شد. CF6 به طور خاص برای هواپیماهای پهن پیکر و با توجه به تحول صنعت هواپیمایی در آن زمان، توسعه یافت. این پیشرانه، نقش پررنگی در انقلاب در صنعت هوانوردی ایفا کرده است.

موتور جنرال الکتریک CF6 به‌عنوان یکی از کارآمدترین موتورهای ساخته شده تاکنون، حمل و نقل هوایی تجاری را متحول کرد. این موتور روی هواپیماهای مسافربری محبوبی نظیر ایرباس A300، A310 و A330 و همچنین بوئینگ 747، 767 و MD-11 و البته هواپیماهای نظامی کاواساکی C-2، مک‌دانل داگلاس DC-10 و لاکهید مارتین C-5M سوپر گلکسی نصب شده است. خانواده موتورهای جنرال الکتریک CF6 تقریباً در 70 درصد از هواپیماهای پهن پیکر حال حاضر مورد استفاده قرار می‌گیرد و به‌طور مداوم با گذشت زمان ارتقا پیدا کرده است. این موتور در حال حاضر ۳۰ هزار پوند نیروی رانش بیشتری نسبت به نسل اول CF6 ارائه می‌دهد، 15 درصد بیشتر در مصرف سوخت صرفه جویی می‌کند و می‌تواند بین تعمیرات اساسی سه برابر بیشتر پرواز کند. این عملکرد چشمگیر منجر به آن شده است که یک مدل از این خانواده، CF6-80C2، نسبت به هر موتور پهن پیکر دیگری بیشترین تعداد هواپیمای مجهز را داشته باشد.

CF6 مثل چاقوی ارتش سوئیس، فندک زیپو یا گیتار الکتریک فندر استراتوکستر به یک نماد ماندگار تبدیل شده که پس از آزمون و خطاهای بسیاری، مورد تأیید همه قرار گرفته است. با مقرون به صرفه شدن سفرهای بین المللی برای عموم و تغییر نیاز صنعت به هواپیماهای بزرگتر با مصرف سوخت بهتر، جنرال الکتریک راه‌حل کاملی را برای «عصر جت» ارائه داد.

پیشرانه Rolls-Royce Trent

خانواده موتورهای رولز-رویس ترنت با قدمتی بیش از ۲۵ سال، همچنان به پیشرفت خود ادامه می‌دهند. درست مانند رودخانه هم‌نام بریتانیایی که هر ساله شاهد سیلاب‌های قدرتمندی است، موتور ترنت نیز به‌عنوان یک پیشرانه توربوفن در برخی از محبوب‌ترین هواپیماهای پهن‌پیکر امروزی از جمله بوئینگ‌های ۷۷۷ و ۷۸۷ و ایرباس‌های A330، A340، A350 و ایرباس A380، بازار را تسخیر کرده است.

در گجت نیوز بخوانید: نگاهی به تاریخچه ایرباس A380؛ بزرگترین هواپیمای مسافربری تاریخ

این موتور، همانند پرات و ویتنی JT3، یک موتور توربوفن با ضریب بای‌پس بالا است. به این معنی که بخش زیادی از هوای ورودی بدون ورود به هسته احتراق، از اطراف موتور عبور می‌کند و باعث عملکرد آرام‌تر و مصرف سوخت بهینه‌تری نسبت به موتورهای بدون بای‌پس می‌شود (موتورهایی که در آن‌ها تمام هوا از توربین عبور می‌کند). همچنین نظیر جنرال الکتریک CF6، ترنت نیز در نسخه‌های مختلفی برای کاربردهای گوناگون از جمله مصارف صنعتی غیرهوانوردی و دریایی تولید شده است.

رولز-رویس پس از جنرال الکتریک، دومین تامین‌کننده بزرگ موتورهای هواپیما در جهان است و پرات و ویتنی در رتبه‌های بعدی قرار دارند. با این حال، به لطف تطبیق‌پذیری و قابلیت پیمودن مسافت‌های طولانی موتورهای ترنت، این موتورها انقلابی را در سفرهای بین‌المللی ایجاد کرده‌اند. چرا که به ایرلاین‌ها امکان پرواز در شرایط مختلف، از گرمای شدید صحرا تا سرمای طاقت‌فرسای قطب شمال و پیمودن مسیرهای طولانی‌تر را می‌دهد. از جمله این مسیرها می‌توان به طولانی‌ترین پرواز تجاری حال حاضر، از فرودگاه بین‌المللی جان اف کندی نیویورک تا فرودگاه بین‌المللی چانگی سنگاپور به مدت زمان ۱۸ ساعت و ۵۰ دقیقه اشاره کرد.

پیشرانه CFM International CFM56

در میان انواع هواپیماهای مسافربری، بخش تک‌راهرو با سهم بازاری حدود ۵۶ درصد، فرمانروایی می‌کند. هرچند موتورهای پهن‌پیکر ذکر شده در موارد بالا از نظر توانایی، تطبیق‌پذیری و قدرت خروجی خیره‌کننده هستند، اما بار اصلی حمل و نقل هوایی را اسب‌های کاری این صنعت بر دوش می‌کشند؛ هواپیماهایی که پروازهای داخلی و بین‌المللی میان‌برد را انجام می‌دهند و در تمام طول سال مسافت‌های زیادی را طی می‌کنند.

شرکت CFM اینترنشنال، حاصل سرمایه‌گذاری مشترک جنرال الکتریک و سافران ایرکرافت انجینز فرانسه است. موتور CFM56 این شرکت، هواپیماهای محبوب بوئینگ 737 و ایرباس A320 را به پرواز درمی‌آورد و ستون فقرات پروازهای تجاری میان‌برد و محبوب به شمار می‌رود.

پیشرانه CFM56 نیز همانند بسیاری از موتورهای هواپیماهای تجاری بزرگ، یک موتور توربوفن است. این موتور با سابقه‌ای بیش از ۴۰ سال توسعه، همچنان در حال ارتقا است. آخرین نسخه‌های آن، CFM56-5B PIP و CFM56-7BE، در زمینه صرفه‌جویی در مصرف سوخت، هزینه‌های نگهداری و آلایندگی بهبود یافته‌اند. دوام، قابلیت اطمینان و سهولت تعمیر این موتور، آن را برای شرکت‌های هواپیمایی بسیار جذاب می‌کند. در نهایت، پایین بودن هزینه‌های عملیاتی، جذاب‌ترین ویژگی CFM56 به شمار می‌رود.

CFM56 با اختلاف قابل توجهی، پراستفاده‌ترین موتور توربوفن در جهان است. تاکنون نزدیک به ۳۳ هزار دستگاه از این موتور ساخته شده و بیش از یک میلیارد ساعت پرواز را به ثبت رسانده است. این موتور به بیش از ۶۰۰ شرکت هواپیمایی در سراسر جهان خدمات ارائه می‌دهد و نقش بسزایی در مقرون‌به‌صرفه کردن، کاربردی‌تر ساختن و اقتصادی‌تر کردن پروازها داشته است. تردیدی نیست که موتور CFM56 شرکت CFM اینترنشنال، نقش پررنگی در انقلاب در صنعت هوانوردی داشته است. همانطور که هر مسافری که تا به حال با پروازهای ارزان‌قیمت سفر کرده است، گواهی خواهد داد.

پیشرانه Reusable Solid Rocket Booster

پس از رقابت فضایی داغ دهه‌های 1950 و 1960، نیاز به یک فضاپیمای مدار پایین با قابلیت استفاده مجدد برای پرتاب ماهواره‌ها، تعمیر سایر فضاپیماها و کار به‌عنوان آزمایشگاه فضایی مطرح شد. یکی از ویژگی‌های بارز این فضاپیما که بعداً به‌عنوان شاتل فضایی شناخته شد، «تقویت‌کننده موشک جامد قابل‌استفاده مجدد» بود. برخلاف موتورهای موشک پیشین که پس از استفاده رها می‌شدند و با سرعت بالا در اقیانوس سقوط می‌کردند، موتورهای شاتل فضایی قابل بازیابی بودند. این موتورها با کمک چتر نجات به آرامی در نزدیکی محل پرتاب فرود می‌آمدند.

این غول 45 متری که توسط شرکت‌های مختلفی از جمله پرت اند ویتنی و اتحادیه لاکهید مارتین و بوئینگ ساخته می‌شد، نیروی رانشی معادل 6.6 میلیون پوند تولید می‌کرد و در دو دهم ثانیه به حداکثر قدرت می‌رسید. این موتور به بیش از یک میلیون پوند سوخت نیاز داشت و به مدت دو دقیقه می‌سوخت (زمانی که طول می‌کشید تا شاتل به ارتفاع 45 کیلومتری با سرعت ۵ هزار کیلومتر در ساعت برسد). پس از اتمام سوخت، با استفاده از انفجارهای کنترل‌شده الکتریکی از مخزن خارجی شاتل جدا می‌شد و سپس با ورود مجدد به جو، سه چتر نجات 41 متری آن باز می‌شد.

با ساخت ایستگاه فضایی بین‌المللی، سفرهای فضایی روندی مستمر پیدا کرد. به مرور زمان، نقش اصلی شاتل فضایی به پشتیبانی از ایستگاه فضایی بین‌المللی تغییر یافت. سه شاتل باقیمانده، اندور، آتلانتیس و دیسکاوری، در سال 2011 از رده خارج شدند و فضاپیماهای تجاری مانند اسپیس‌اکس دراگون 2 و بوئینگ استارلاینر جایگزین آن‌ها شدند. در همین حال، فضاپیمای اوریون ناسا با استفاده از تجربیات به دست آمده از برنامه شاتل، انسان‌ها را به فراتر از هر زمان دیگری به فضا خواهد برد.

جمع‌بندی

در این مقاله به بررسی 8 پیشرانه هواپیما پرداخته شد که هر کدام نقشی اساسی در انقلاب صنعت هوانوردی ایفا کرده‌اند. از موتورهای توربوفن قدرتمند و پربازده مانند CFM56 و Trent گرفته تا پیشرانه‌های انقلابی مانند سولید راکت بوستر که امکان استفاده مجدد از فضاپیماها را فراهم کردند. این پیشرانه‌ها با ارائه قدرت، راندمان و قابلیت‌های جدید، مرزهای پرواز را جابجا کرده‌اند و امکان سفرهای هوایی سریع‌تر، دورتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر را فراهم کرده‌اند. بدون شک، پیشرفت‌های مداوم در زمینه پیشرانه‌ها، نقشی کلیدی در آینده صنعت هوانوردی ایفا خواهد کرد.

در گجت نیوز بخوانید: سریع ترین هواپیمای جهان با سرعت باورنکردنی به پرواز در می‌آید تاریخچه باورنکردنی قدیمی ترین هواپیمای جهان که هنوز در حال پرواز است عجیب‌ترین هواپیمای جهان که قصد شکستن رکورد سرعت را دارد + عکس