انواع موتور و نحوه کارکرد آنها

موتور ها، ماشین هایی هستند که انرژی را به کار فیزیکی تبدیل می کنند. اگر شما بخواهید چیزی را به حرکت در بیاورید احتیاج به موتور دارید. اما همه موتور ها به یک شکل ساخته نشده‌اند و در نتیجه کارکرد آنها هم شبیه به هم نیست.
معیار اساسی برای شناسایی نوع یک موتور از طریق انرژی ورودی آن تعیین می شود. عمده ترین این معیارها شامل موارد زیر است:

موتور های حرارتی

  • موتورهای درون سوز (IC engines)
  • موتورهای برون سوز (EC engines)
  • موتورهای واکنشی (Reaction engines)

موتورهای الکتریکی

  • مغناطیسی magnetic
  • پیزوالکتریک piezoelectric
  • الکترواستاتیک electrostatic
  • یونی Ion thruster

موتور های فیزیکی

 

موتور های حرارتی

این نوع موتورها گرما را به عنوان منبع ورودی به حرکت تبدیل می کنند که می‌توانند احتراقی و یا غیر احتراقی باشد.(در اینجا احتراق به معنای سوزاندن چیزی است.) همچنین این نوع موتور ها می توانند دارای سوپاپ مکنده هوا یا اینکه بدون آن کار کنند.

موتورهای درون سوز

این نوع موتورها امروزه به صورت گسترده در خودروها، هلیکوپتر ها و مواردی از این دست استفاده می شوند. بزرگترین موتور درون سوز که در کشتی ها به کار می رود می‌تواند قدرتی معادل ۱۰۹ هزار اسب‌بخار تولید کرده و ۲۰ هزار کانتینر را جابجا کند. این موتورها از طریق سوزاندن سوخت درون محفظه احتراق و تامین انرژی سوختن آن به انرژی حرکتی عمل می کند. عمل احتراق سبب ایجاد واکنش شیمیایی می شود که به صورت دود از اگزوز خارج میشود. کیفیت بهتر احتراق در نتیجه ترکیب مناسب بین سوخت و هوا میباشد. هرچه عمل احتراق با کیفیت بیشتر صورت گیرد قدرت بیشتری تولید می شود. تبدیل سوخت به حرکت در موتورهای درون سوز شامل فرآیندهایی است که این فرایندها به عنوان “زمانه”بیان می شود. اکثر موتورهای درون سوز به صورت چهار زمانه عمل می کنند که شامل چهار مرحله زیر است:

  1. پاشش ترکیب سوخت و هوا به درون محفظه احتراق
  2. فشرده شدن ترکیب سوخت و هوا
  3. احتراق به وسیله شمع یا بوسیله فشار در موتورهای دیزلی
  4. خروج دود از اگزوز

عواملی که بر خروجی موتورهای درون سوز تاثیرگذارند شامل تعداد سیلندر، کیفیت سوخت، حجم محفظه احتراق، نوع قرار گیری سیلندرها (خطی یا V شکل یا… ) می باشند.

موتورهای برون سوز

موتورهای برون سوز موتورهای هستند که در آن ها عملیات احتراق و خروج دود در یک محفظه روی نمی دهد و به صورت جدا ایجاد می شود. این نوع موتورها همانند موتورهای درون سوز نیازمند حرارت به وسیله سوزاندن مواد هستند اما تفاوت هایی دارند.

موتورهای برون سوز از سیالاتی استفاده می کنند که این سیالات توسط یک منبع خارجی تولید کننده گرما، گرم می شود و با انبساط سیال، کار انجام میشود. سیال می تواند به صورت گازی مانند موتورهای استرلینگ، مایع (سیکل رانکین آلی) و یا از طریق تغییر فاز مانند موتورهای بخار باشند. این نوع موتورها می‌توانند به صورت سیکل بسته یا سیکل باز نیز عمل کنند.
موتورهای بخار از جمله معروف‌ترین موتورهای برون سوز هستند که امروزه به دلیل حجیم بودن، سنگین بودن و راندمان پایین مورد استفاده کمتری قرار میگیرند.

نوعی موتور برون سوز که در قطارهای بخار استفاده میشد.


عملکرد نیروگاه های هسته ای شبیه عملکرد موتورهای برون سوز است. با این تفاوت که عملیات احتراق در آنها صورت نمی گیرد.

موتورهای واکنشی

موتورهای واکنشی که با نام موتورهای جت مشهور اند؛ نیروی پسا یاد تراست را به وسیله خارج کردن توده های واکنشی تولید می کنند. اساس عملکرد موتور های واکنشی بر اساس قانون سوم نیوتن است با ایجاد عملی معکوس در جسم، سبب عکس العمل در خلاف جهت آن می شود. موتور های واکنشی یا همان موتورهای جت به دو نوع تنفسی و غیر تنفسی تقسیم بندی می شوند؛ که هرکدام تقسیم بندی مختلفی دارند. در این مطلب به تعریف مختصری از آنها می پردازیم و در آینده به صورت گسترده در این باره بحث خواهیم کرد.

انواع موتورهای جت تنفسی

  • موتورهای توربوپراپ
  • موتور های توربوجت
  • موتورهای توربوشفت
  • موتورهای توربوفن
  • موتورهای رم جت


موتورهای رم جت ساده ترین و قابل اطمینان ترین موتورها در این دسته هستند. زیرا دارای قطعات متحرک کمتری به نسبت بقیه می باشند.

موتور رم جت

 

موتور توربوفن

موتورهای توربو برای جذب و فشرده سازی هوا از محفظه توربین استفاده می کنند. وقتی که هوای فشرده شده از طریق توربین جذب می شود با ترکیب مقدار زیادی سوخت عمل احتراق صورت میگیرد. در نتیجه باعث تولید انبساط حرارتی در انتهای نازل پیشرانه میشود. هر چه مقدار ترکیب سوخت و هوا بیشتر شود نیروی تراست بیشتر ایجاد خواهد شد.

موتور توربوجت

موتورهای جت غیرتنفسی

موتورهای موشک موتورهای جت غیر تنفسی هستند که بدون نیاز به مکش هوا عمل می‌کنند. به همین دلیل می‌توانیم آنها را در فضا و در محیط های خلا استفاده کنیم. آنها به جای هوا از یک بسته که به عنوان سوخت جامد شناخته می شود استفاده می کنند.

موتور با سوخت غیرتنفسی که در محیط های خلا هم قابل استفاده است.

موتورهای الکتریکی

موتورهای الکتریکی کلاسیک به سه دسته موتورهای مغناطیسی ، پیزوالکتریک و الکترواستاتیک تقسیم می‌شوند.

موتور های مغناطیسی یکی از پرکاربرد ترین نوع موتورهای الکتریکی هستند. این نوع موتورها بر اساس تعامل بین میدان مغناطیسی و جریان الکتریکی عمل می کنند. در واقع این نوع موتورها نوعی دینام برعکس هستند؛ به طوری که وقتی دینام نیروی چرخشی را به عنوان ورودی دریافت و آن را تبدیل به الکتریسیته می‌کند،  موتورهای الکتریکی جریان الکتریکی را به عنوان ورودی دریافت کرده و تولید گشتاور می کنند.

موتورهای الکتریکی دارای دو جزء اصلی هستند. استاتور که قسمت خارجی موتور را تشکیل میدهد و معمولا آهنربا است و یک روتور که داخل استاتور قرارگرفته و می چرخد. موتورهای الکتریکی همچنین مجهز به کوموتاتور جهت جابجایی جریان الکتریکی و تعدیل میدان مغناطیسی ناشی از چرخش روتور هستند.
محرک های پیزوالکتریک از موتورهایی هستند که ارتعاشات التراسونیک را هنگامی که برخی مواد در معرض جریان الکتریکی هستند مهار می‌کند. موتورهای الکترواستاتیک دارای آهنرباهایی هستند که با دفع یکدیگر چرخش روتور انجام می‌شود ومعمولا سه فاز هستند. از آنجایی که محرک های پیزو گران هستند و موتورهای الکترواستاتیک نیز ولتاژ زیادی نیاز دارند تا عمل کنند، بنابراین بهترین نوع موتورها موتور های مغناطیسی است.

به طور کلی موتورهای الکتریکی کلاسیک دارای بالاترین بازده انرژی در بین تمام موتورهای موجود هستند و تا 90٪ انرژی را به کار تبدیل می کنند.

موتورهای یونی

موتورهای یونی ترکیبی از موتورهای جت و موتورهای الکترواستاتیک هستند. این نوع از پیشرانه ها، یون های نوعی گاز را بصورت پلاسما از بصورت بار الکتریکی دفع میکنند. اگر در اطراف فضای خروجی پلاسما، فضای یونیزه شده وجود داشته باشد عمل نخواهند کرد. بنابراین استفاده از پیشرانه های یونی در فضای غیرخلا بی فایده است.

پیشرانه های یونی دارای قدرت محدودی هستند. اما به دلیل استفاده از الکتریسیته و گاز به عنوان سوخت، مورد مطالعه بسیاری قرار گرفته اند تا به عنوان پیشرانه فضاپیماها در آینده استفاده شوند. هم اکنون از این پیشرانه ها میتوان در موتور ماهواره ها و کاوشگرهای کوچک استفاده کرد.

موتورهای فیزیکی

این نوع موتورها براساس انرژی پتانسیل عمل میکنند. موتورهای پنوماتیک و هیدرولیک از این دسته هستند. این نوع موتورها کارآمدی بالایی ندارند و میباست تجهیزات و مخازن بزرگی را همراه داشته باشند. به عنوان مثال زیردریایی Plongeur اولین زیردریایی ای بود که در سالهای 1860 تا 1863 از موتور فیزیکی استفاده میکرد. این زیردریایی از طریق 23 مخزن با فشار 12.5 بار ، یک موتور هوایی را تغذیه میکرد که کل تجهیزات 153 متر مکعب فضا را اشغال کرده و برای حرکت زیر دریایی تا 9 کیلومتر کافی بود و می بایست دوباره شارژ میشد.

موتورهای فیزیکی اولین نوع موتورها بودند؛ منجنیق ها و آسیاب ها مدتها قبل از هر نوع موتور دیگری مورد استفاده قرار گرفته اند.

 

 سخن آخر اینکه این لیست به هیچ وجه لیست کاملی از تمام موتورهایی که بشر ساخته نیست و فقط به صورت کلی به معرفی عمده ترین موتورها از لحاظ کاربرد پرداخته است.

دیدگاهی بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دو × 5 =