14
الإثنين, اكتوبر

ناسا تختبر قدرات الطباعة ثلاثية الأبعاد بطباعة مكون محرك صاروخ وتشغيله

في 22 من اب الماضي تم تشغيل أول محرك ذو مكون مطبوع بطابعة ثلاثية ابعاد بشكل نظامي وقوة دفع مقدارها 20000 باوند من قبل ناسا. ويعد هذا الاختبار نقطة تحول في سعي الشركة لتخفيض تكلفة المعدات الفضائية وتطوير قدرات جديده أكثر فعالية و أقل تكلفة في صناعة الفضاء الأميريكية.

ويؤمن الجزء من المحرك الذي تمت طباعته قوة الدفع اللازمة لتشغيل المحرك وإرسال الصاروخ الى الفضاء. وأثناء اختبار حاقن الوقود, تم تمرير الاكسجين السائل والهيدروجين الغازي عبر المكون الى غرفة الاحتراق, ونتجت قوة دفع أقوى بعشر مرات من أي حاقن وقود مطبوع سابقا بطابعة ثلاثية أبعاد.

وقد قال كريس سينغر, وهو مدير الهندسة في مركز الطيران التابع لناسا في هانتسفيل بولاية ألاباما أن هذا الاختبار الناجح لحاقن الوقود يجعل ناسا اقرب بكثير الى اثبات ان هذه التكنولوجيا المبتكرة يمكن استخدامها بنجاح لخفض تكلفة المعدات الفضائية.

وقد تم تصنيع المكون بطريقة تذويب الليزر الانتقائية. هذا الاسلوب يجمع طبقات من مسحوق النيكل و الكروم لصنع هذا الحاقن المعقد المكون من 28 عنصر لتوجيه و خلط الدوافع الخاصة به. هذا الجزء مشابه في الحجم مع حواقن الوقود الخاصه بالمحركات الصاروخية الصغيرة, ويشابه في التصميم المحركات الكبيرة. مثل المحرك الذي سيستخدم في البعثات الفضائية للإنسان في المستقبل الى كوكب المريخ.

المفتاح الاساسي لخفض التكلفة في تصنيع اجزاء الصواريخ هي تقليل عدد المكونات. وقد تكون هذا الحاقن من جزئين فقط, وقد كان يتكون سابقا من 115 جزء. والاجزاء القليلة اسهل في التجميع, لذلك عندما نطبع المكونات المعقده بتقنية الطباعة ثلاثية الابعاد تنخفض التكلفة بشكل كبير.

ويتم البحث حاليا في تطوير تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الابعاد و تضمينها بشكل كبير في مجال الصناعات الفضائية, ويتم حاليا اختبار طابعة ثلاثية الابعاد ستطبع ادوات لطاقم محطة الفضاء الدولية, حتى يتم البحث في امكانية طباعة المواد الغذائية لبعثات الفضاء لفترات طويلة.

المصدر: هنا">هنا
مصدر الصورة : هنا">هنا

معلومة عالطاير للشباب،

عطوني رأيكن بالمقال و طريقتو اذا حبيتوها

ححط كمان تحت موضوع للمرة الجاية،و ممكن تصوتو بالكومنتات على الموضوع يلي حابين تقروه المرة الجاية.

بآخر كل بوست في رابط لكم فيديو مرتبط بهالشي، بالإضافة لروابط ل يلي حابب بقرا اكتر.

المحرك النفاث التضاغطي (ramjet engine) يعتمد في مبدأ عمله على ضغط الهواء الداخل إلى المحرك باستخدام جسم الطائرة نفسه, دون وجود قطع متحركة لضغطه كالمراوح و التوربينات المجودة في المحرّكات النفاثة العاديّة. لتحقيق هذا الضغط العالي يجب أن يكون الجسم الحامل للمحرك قد وصل إلى سرعة دنيا قبل تشغيل المحرّك , و لذلك فإنه يستخدم في بداية حركته معززات صاروخية أو محرّكات نفّاثة أو يتم حمله على طائرة لتوصله إلى تلك السرعة الدنيا ,و هذا يعد من أهم الفوارق بين المحرك النفاث التضاغطي و المحركات النفاثة التقليدية. حيث أنّ النفاثة التقليدية قادرة على العمل من حالة السكون , و إن استمرار عمل المحرّك التضاغطي أثناء الطيران يعتمد على إبقاء سرعة الطائرة فوق الحد الأدنى . و كما نلاحظ من الصورة فإن المحرك التضاغطي لا يحتوي على قطع متحرّكة كالمراوح أو توربينات, ممّا يؤدي إلى تخفيف الوزن و قلّة تعقيده , و تخفيض عدد القطع المعرّضة للتوقف خلال العمل.

هناك أنواع مطوّرة للمحركات التضاغطيّة , كالمحرّك النفاث التضاغطي الفوصوتي (الفوق صوتي) المدعى بالسكرام جيت.(Supersonic-combustion ram jet engine – scram jet engine)

في محرّك الرام جيت, يتم خفض سرعة الهواء الداخل إلى المحرّك إلى سرعة أقل من سرعة الصوت, بعدها يتمّ الإحتراق في الداخل ليخرج هواء العادم من الخلف.

أما في محرّك السكرام جيت: تكون سرعة الهواء الداخلة إلى المحرك أكبر من سرعة الصوت (لهذا سمّي بالفوصوتي), و يحترق الهواء داخل المحرّك و هو في هذه السرعة العالية, ليخرج من الخلف بسرعة كبيرة جداّ تدفع الطائرة إلى الأمام بقوة.

يعمل محرك الرام بكفاءة عند سرعات تقارب ال 3 ماخ ( 1 ماخ = سرعة الصوت و تساوي 1236 كم/سا), و ممكن أن يعمل حتى سرعات تصل إلى 6 ماخ). أما السكرام جيت فيمكن نظرياّ أن يعمل بكفائة عالية عند سرعات عالية قد تصل إلى 12ماخ أو 24 ماخ! و قد وصلت سرعته خلال التجارب على طائرة Boeing X-51A إلى 4.5 و 5.1 ماخ, حيث استطاع هذا النموذج التحليق لمدّة 300 ثانية في آخر رحلة تجريبية له في الأوّل من أيّار عام 2013.

لهذا المحرك ثلاث أقسام رئيسية : فوهة دخول الهواء مخروطيّة الشكل متقاربة يتم فيها ضغط الهواء و إبطاؤه , حجرة الاشتعال حيث يتم حرق مزيج الوقود وأوكسجين الهواء المظغوط لإنتاج حرارة عالية , و فوهة النفث مخروطية الشكل متباعدة حيث يتم خروج الهواء الساخن بسرعة كبيرة جدّا لتوليد الدفع.

على الرغم من أن مبدأ عمل المحرّك النفاث التضاغطي بسيط جدّا , إلّا أن تطبيقاته العملية تواجهها صعوبات تقنيّة تتمثّل في قوّة الممانعة الكبيرة للهواء عند وصول الأجسام إلى سرعات عالية جدّا , بالإضافة لارتفاع درجة حرارة الجسم الطائر نتيجة ذلك الاحتكاك . أمّا المحرّك فيمكن أن يعاني أيضا من ارتفاع كبير في درجة الحرارة , بالإضافة إلى أنّ الرحلات الطويلة التي تتطلّب استمرار حقن الوقود في حجرة الاشتعال ومزجه مع هواء سرعته تفوق سرعة الصوت بعدّة مرات و من ثمّ حرقه خلال عدّة أجزاء من الألف من الثانية يعتبر تحدّيا حقيقيا. في ال X-51 يعمل محرك السكرام جيت على وقود JP-7, و هو وقود ثابت حرارياً و نقطة الوميض له عالية (نقطة الوميض-Flash point لسائل سريع الاشتعال: هي أدنى درجة الحرارة يمكن أن يشكل عندها مزيج قابل للإشتعال مع الهواء), وارتفاع نقطة الوميض له جعلت المصممين يستخدمونه لتبريد الطائرة, حيث تلتف أنابيب الوقود حول حجرة الإحتراق عدة مرّات لتمتص الحرارة الزائدة.

هل سيكون هذا النوع من المحركات عصب حياة المستقبل , أم أنه سيتم التخلّي عنها في المستقبل القريب لحساب تكنولوجيا أكثر تطوّرا و كفاءة و سهولة ؟

المراجع :

هنا

هنا

هنا

هنا

هنا

هنا

فيديو رائع عن تجربة ال x-51 :

هنا

مرجع الصورة : هنا">هنا

فضول الإنسان يدفعه إلى النظر حوله و الاستكشاف , و بحلول منتصف التسعينات من القرن الماضي أصبحت تكنولوجيا الصواريخ التي طوّرها الإنسان قادرة على أن تصل به إلى مكان لم يطأه الإنسان من قبل , فوصل إلى القمر , و وصلت مؤخّرا مركبات فضائية من صنعه إلى حدود نظامنا الشمسي .في المقال التالي , أيها القارئ, ستتعرّف على هذه الآلة من الناحية العلميّة بأبسط الأشكال .
---------------------------------------------------------------

ما هو الصاروخ ؟

عندما يسمع أحدنا كلمة "صاروخ" يتبادر إلى ذهنه مباشرة مركبة طويلة , نحيفة و مدوّرة تنطلق من سطح الأرض. في اللغة العربية, يطلق على المركبة بحد ذاتها إسم "الصاروخ", و يطلق على المحرك الذي يدفعها إسم "المحرّك الصاروخي".

كيف يعمل محرّك الصاروخ ؟

كما هو الحال في معظم المحرّكات فإن محرّك الصاروخ يحرق الوقود و يحوّله إلى غاز ذو درجة حرارة عالية جداً , و الذي بدوره ينطلق من فوّهة في مؤخرة المحرّك , فينطلق الصاروخ إلى الأمام (أي بالاتجاه المعاكس لجهة الغاز).

المحرّك الصاروخي يختلف عن المحّرك النفّاث, حيث أنّ الصاروخ يحمل وقوده و المواد المساعدة على حرق الوقود (أوكسجين و مؤكسدات أخرى) التي يحتاجها معه , بعكس المركبات التي تعمل بالمحرك النفاث , فتحصل على الأوكسجين من الهواء المحيط بالمركبة. و لذلك فإن المحرّك الصاروخي يعمل بالفضاء على عكس المحرّك النفاث. ولذلك يستخدم في استكشاف الفضاء .

المحرك الصاروخي له نوعان أساسيان , الأوّل يعمل بالوقود السائل كالهيدروجين السائل أو الكيروسين , و الثاني يعمل بالوقود الصلب كنوع خاص من البارود و تطور ليشمل العديد من المواد الأخرى, بالإضافة إلى وجود مادة أو مجموعة مواد مؤكسدة في كلا النوعين كالأوكسجين السائل للنوع الأوّل و نترات البوتاسيوم للنوع الثاني .

من ناحية الأداء فإن الوقود السائل يعتبر أكثر كفاءة و رفقا بالبيئة من الوقود الصلب, إلّا أن تخزينه يعد أكثر صعوبة و أعلى تكلفة بالمقارنة مع الوقود الصلب.

و على سبيل المثال فإن المحركات الأساسية لمكوك الفضاء تعمل بالوقود السائل كما هو حال صاروخ سويوز الروسي . الصواريخ المعززة لمكوك الفضاء و التي نراها على جانبيه تعمل بالقود الصلب, إلّا أن محرّكات مكوك الفضاء نفسه تعمل بالوقود السائل . الألعاب النارية تستخدم أيضا الوقود الصلب.

لماذا يعمل الصاروخ ؟

مبدأ عمل الصاروخ يعتمد على قانون نيوتن الثالث, و الذي يقول أنّ "لكل فعل رد فعل يماثله بالقوّة و يعاكسه بالاتجاه". و لا يوجد أحد لا يرى تلك الكمّية الهائلة من الغازات الحارّة التي يدفعها الصاروخ بسرعة عالية , و التي هي بدورها تدفع الصاورخ بالاتجاه المعاكس .

إن الكثير من الظواهر التي نشاهدها يوميّا تعتمد في تفسيرها على هذا القانون , فمثلا إذا رمى أحد هواة لوح التزلج كرة من على لوحه , فستنطلق الكرة باتجاه , و سينطلق هو بالاتجاه المعاكس تماما, مع الإشارة إلى أن سرعة انطلاق الجسمين تتعلّق بكتلتيهما . و قسم كبير من الأسلحة النارية تعتمد على نفس المبدأ في آليّة إعادة التلقيم أثناء إطلاق النار منها .

متى تم اختراع الصاروخ ؟

لا تستغرب أيها القارئ أنّ تاريخ الصاروخ يعود إلى القرن الثالث عشر , حيث استخدمه الصينيون في ذلك الوقت, و من بعدهم العرب في بعض الحروب. هذه الصواريخ الأوّليّة التي تعمل بالوقود الصلب كانت تستخدم في الألعاب الناريّة , بالإضافة إلى استخدامها من قبل الجيوش في الحروب آنذاك. في القرون التي تلت, طوّر الإنسان صناعة الصواريخ و حسّن أنواع الوقود و كفائته , مما سمح له بصناعة صواريخ بحجوم أكبر و بأهداف متعددة, و زاد اعتماده عليها في الحروب. عام 1969 أرسلت الولايات المتحدة الأمريكية أوّل رجل إلى القمر باستخدام صاروخ ساتورن 5 (Saturn V) .

--------------------------------------------------------

كنت دائما أسأل نفسي ، ما هو هذا الشيء الخارق ... واخيرا

- مقال لعشاق الميكانيك -

محرك التوربو النفاث (Turbojet Engine):

هو أحد أنواع المحركات النفاثة, يستخدم في الطائرات و المقاتلات الحربية و استعمالات أخرى. تم تصميمه في أواخر الثلاثينيات من القرن الماضي.

يتألف المحرك النفاث من 4 أقسام: مكان دخول الهواء, مكان ضغط الهواء, مكان الإحراق, و مكان وجود التوربين و العادم.

يعمل محرك التوربو النفاث كما يلي:

1- يدخل الهواء من المكان الأمامي, و يسرع من دخوله المراوح الأمامية كما في الشكل.

2- يتم ضغط الهواء بشكل شديد. نلاحظ من الصورة أن مسار الهواء يصغر حجمه, كما أن المراوح الموجودة خلف مراوح إدخال الهواء تضغط الهواء و تكون شفراتها مصممة خصيصا لهذا الأمر. في بعض أنواع المحركات النفاثة يتم ضغط الهواء حتى 40 مرة!

3- الإحراق: يدخل الهواء المضغوط حجرة الإحتراق, تقوم بخاخات ببخ وقود المحرك داخل حجرة الإحتراق ثم يتم إشعالها بشرارة كهربائية . ينتج عن هذا الإحتراق غاز يتمدد و يندفع من الخلف بقوة, ما يدفع الطائرة إلى الأمام. يحترق الوقود مع نسبة من الهواء بينما يكون باقي الهواء لخفض درجة حرارة الإحتراق و ضمان عدن إنصهار الحجرة و المحرك. كما أن ليس كل الهواء يدخل حجرة الإحتراق, فبعضه يمر فوق الحجرة (بينها و الغلاف المحيط بالمحرك), و قسم ثاني تحتها (بين الحجرة و المحور الموجود في المنتصف) حيث يقوم هذا الهواء بالتبريد و خفض حرارتهما لكي لا ينصهروا.

4- العادم: هو مكان خروج الغاز و الهواء من الخلف. قبل الخروج يمر الغاز ذو السرعة العالية خلال توربين و يقوم بتدويره, تنقل حركة الدوران هذه عبر المحور في منتصف المحرك إلى مراوح الهواء في مقدمة المحرك و تقوم بتدويرها. هذا الأمر يؤمن استمرارية دوران مراوح إدخال الهواء و عمل المحرك.

في بعض المحركات المستخدمة في الطائرات الحربية, يوضع بعد العادم ما يسمى بالحارق (afterburner) حيث توجد فيه بخاخات تبخ الوقود مرة إخرى, و عند انفجار الغاز مرة ثانية يتولد كمية إضافية من الغاز و تندفع الطائرة إلى الأمام بسرعة أكبر, تستخدم هذه الطريقة في أغلب الطائرات الحربية لتؤمن التسارع بشكل كبير و إختراق جدار الصوت, لكنها تستهلك كمية هائلة من الوقود.

يستخدم في صناعة المحرك مواد خفيفة الوزن و تتحمل ضغط و حرارة عاليين, مثل التيتانيوم و خليط معادن يسمى Inconel و غيرهما.

المصادر
هنا
هنا

مصدر الصورة :  هنا">هنا