كيف تعمل محركات العنفة الغازية؟

ربما لم تسمع من قبل عن محركات العنفة الغازية، لكنها في الحقيقة تُستخدم في معظم طائرات الهيليكوبتر والعديد من محطات الطاقة ودبابات M-1.

تنقسم التوربينات إلى أنواع مختلفة، منها التوربينات البخارية إذ تستخدم معظم محطات الطاقة الفحم أو الغاز الطبيعي أو البترول لتكوين البخار، ثم يمر البخار بداخل توربينة ضخمة ومصممة بدقة والتي بدورها تدير مولد المحطة.

أما بالنسبة للسدود الكهرمائية فتستخدم توربينات مائية بنفس الطريقة لتوليد الطاقة، وتختلف تلك التوربينات عن التوربينات البخارية لأن الماء أكثر كثافة من البخار.

وهناك أيضًا توربينات الرياح والتي -كما يشير الاسم- تسخّر الرياح لتوليد الطاقة. يُستخدم في التوربينات الغازية غازٌ مضغوط لإدارة التوربينة، وتُنتج المحركات الحديثة غازها المضغوط، ويحدث ذلك عن طريق حرق البروبان أو الغاز الطبيعي أو الكيروسين، وتتسبب الحرارة الناتجة عن تلك العملية في تمدد الهواء، وتسبّب سرعة الهواء الساخن دوران التوربينة.

لماذا تستخدم دبابات M-1 محركات العنفة الغازية ذات قدرة 1,500 حصان بدلًا من محرك ديزل؟
تكون نسبة القدرة إلى الوزن في محركات العنفة الغازية أعلى مقارنةً بالمحركات المترددة، بالإضافة إلى أن تلك المحركات أصغر من المحركات المترددة التي لها نفس القدرة. ولكن على الرغم من ذلك، فإن محركات الغاز أغلى مقارنةً بالمحركات المترددة التي لها نفس الحجم؛ وذلك بسبب الدوران السريع ودرجة الحرارة العالية التي تعمل عندها محركات الغاز.

تتكوّن محركات العنفة الغازية من ضاغط غاز الذي يضغط الغاز الداخل ويوصله إلى ضغط عالٍ، وغرفة احتراق التي يُحرَق الوقود بداخلها ويُنتج غازًا ذا سرعة وضغط عاليين، وتوربينة تستخلص الطاقة من ذلك الغاز.

يدخل الغاز المضغوط إلى غرفة الاحتراق وتُحقن بكمية من الوقود، يكون هذا الوقود إما كيروسين أو بروبان أو غاز طبيعي، وكي يوجد لهب مشتعل باستمرار، هناك ما يُسمى «أسطوانة» لتأدية تلك الوظيفة.

وفي حالة التوربينات التي تُستخدم في الدبابات أو محطات الطاقة، تُسرب الغازات الناتجة أو المنبعثة عن طريق أنبوب تسريب، وفي بعض الأحيان يُعاد استخدامه لاستخلاص الحرارة منه أو إعادة تسخين الهواء قبل دخوله إلى غرفة الاحتراق.

تستخدم الطائرات الكبيرة ما يُسمى المحرك العنفي المروحي وهو عبارة عن توربينات غاز مُدمجة مع مروحة كبيرة في مقدمة المحرك. ما يميّز هذا النوع من المحركات هو أنه في المرحلة الأخيرة من التوربينة يوجد عمود التدوير للقيادة والذي يصل إلى مقدمة المحرك لإمداد المروحة بالطاقة.

في العديد من المحركات العنفية المروحية الضخمة قد توجد مرحلتان للضغط منفصلتان تمامًا وتُدار بواسطة توربينتين مختلفتين. والهدف من استخدام المروحة هو زيادة كمية الهواء المتحرك داخل المحرك بشكل كبير، وبالتالي زيادة قوة الدفع للمحرك. تقود قوة الدفع الطائرة إلى الأمام، وتقاس بوحدة الباوند في الولايات المتحدة (ما يعادل4,45 نيوتن). وهذا يعني أنه إذا كان لمحرك طائرة قدرة على إنتاج 5,000 باوند من قوة الدفع، فهي بذلك قادرة على حمل ما يكافئ 5,000 باوند من المواد في الهواء.

تُولّد قوة الدفع وفقًا لقانون نيوتن الذي ينص على «لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه» على سبيل المثال، إذا كان وزنك على الأرض يساوي 100 باوند، وأنت الآن تطفو في الفضاء حاملًا في يدك كرة بيسبول ثم تقذفها بسرعة 32 قدم في الثانية، فإنّ جسمك سيتحرك في الاتجاه المعاكس بسرعة 0,32 قدم في الثانية. وفي حالة المحرك العنفي المروحي، تعتبر جزيئات الهواء هي كرات البيسبول؛ فيقذف المحرك كميات كبيرة من تلك الجزيئات وعلى سرعات كبيرة جدًا.

وتأتي قوة الدفع من عنصرين، هما: توربينة الغاز التي تولّد تدفق من الانبعاثات الغازية ذات سرعة عالية، وتبلغ سرعة جزيئات الهواء الخارجة من المحرك حوالي 2,092 كيلومتر في الساعة. أما العنصر الآخر فهو الهواء الجانبي المتولد من المروحة، والذي يتحرك بسرعة أبطأ من الغاز المنبعث من التوربينة. كما ترى الآن، محركات العنفة الغازية، على الرغم من تعقيدها، إلا أنها شائعة الاستخدام جدًا.

ترجمة: وليد عادل
تدقيق: جمان الرشدان
المصدر