الرئيسيةعريقبحث

محرك شعاعي

☰ جدول المحتويات

محرك شعاعي يستخدم حدبة لضبط توقيت تحرك الأسطوانات
محرك شعاعي لطائرة ثنائية السطح
ذراع توصيل قائد (أعلى اليمين لاتزان محرك برات آند ويتني توين واسب، ثنائي الصف، 14 أسطوانة
تركيب محرك رايت آر-2500 توين سيكلون في قاذفة القنابل بي-25 ميتشل، عام 1942
محرك كونتيننتال شعاعي، عام 1944
محرك برات آند ويتني آر-1340 شعاعي، يُركب في المروحية سيكورسكي إس 55
بريستول جوبيتر
محرك أرمسترونج سايدلي جاجوار الرابع في طائرة هوكر دانكوك.

المحرك الشعاعي (Radial engine)‏ هو محرك احتراق داخلي ترددي، تكون الأسطوانات فيه موضوعه في شكل دائري و ترتبط بعمود مرفق واحد يقع في المركز. و يشبه المحرك شكل النجمة المشعه و يُسمى أحيانا "المحرك النجم". كان المحرك الشعاعي شائع الاستخدام كمحرك للطائرات و ذلك قبل استخدام التربينات الغازية.

تشغيل المحرك

حيث أن محاور أسطوانات المحرك متحدة المستوى، فلا يمكن استخدام أعمدة توصيل مباشرة مع عمود المرفق، بدون استخدام أعمدة توصيل متشعبة و معقدة ميكانيكيا، و التي لم ينجح أيا منها. و بدلا من ذلك يتم توصيل مكابس المحرك بعمود المرفق من خلال تجميعه لأعمدة التوصيل بحيث يكون أحد الأعمدة قائد للأخرى.
في الرسم المتحرك للمحرك الشعاعي، يكون هناك عمود توصيل قائد لمكبس واحد، و عادة يكون المكبس العلوي، و متصل مباشرة مع عمود المرفق. و يتم وصل أعمدة المكابس الأخرى من خلال حلقات حول العمود القائد. كما يمكن إضافة  المزيد من صفوف الأسطوانات الشعاعية لزيادة سعة المحرك، و ذلك دون التأثير على قطر المحرك.

تحتوي المحركات الشعاعية رباعية الأشواط على عدد فردي من الأسطوانات في كل صف، لذلك يكون أمر الأشعال في كل أسطوانة متسق مع الأسطوانات الأخرى، مما يؤدي لسلاسة عملية التشغيل. على سبيل المثال، يكون أمر الأشعال في محرك خماسي الأسطوانات 1، 2، 3، 4، ثم يعود مرة أخرى للأسطوانة رقم واحد. علاوة على ذلك، تكون هناك فجوة مكبس واحدة بين المكبس الموجود في شوط الاحتراق و المكبس الموجود في شوط الانضغاط. و يساعد الشوط الفعال في ضغط الأسطوانة التالية حتى الأشعال، مما يجعل حركة المكابس سلسة. كما أنه عند استخدام عدد زوجي من الأسطوانات، فلن تكون دورة الإشعال متساوية التوقيت عملية في هذه الحالة.[1] تحتوي نماذج محركات الديزل الشعاعية زوتش ايرو على عدد زوجي من الأسطوانات، إما 4 أو 8، و لكن هذا لا يمثل مشكلة، لأن المحرك ثنائي الشوط، أي أن له ضعف عدد أشواط القدرة في المحرك رباعي الأشواط.[2]

يستخدم المحرك الشعاعي حلقات حدبة (كامة) أقل من أنواع المحركات الأخرى. و كما يحدث في معظم المحركات رباعية الأشواط، يستغرق عمود المرفق دورتين لاتمام الأشواط الأربعة لكل مكبس (السحب، الانضغاط، الاحتراق، العادم).
يتم توصيل حلقة حدبة عمود الدوران بترس لكي تدور أبطئ و في الاتجاه المعاكس لعمود المرفق. و يتم وضع حلقات الحدبة في صفين للسحب و العادم. على سبيل المثال، تخدم حدبة ذات أربع حلقات جميع الأسطوانات الخمسة، بينما حدبة ذات 10 حلقات ستكون لازمة لمحرك خطي يحتوي على نفس عدد الحلقات من الأسطوانات و الصمامات.

تستخدم معظم المحركات الشعاعية صمامات قفازية علوية، تعمل بواسطة أعمدة دفع و روافع على لوح الحدبة المتمركزة مع عمود المرفق، أما في حالة المحركات الشعاعية الصغيرة، مثل كينر بي-5 و المحرك الروسي شفيتسوف إم-11، يتم استخدام أعمدة حدبة فردية داخل حاوية المرفق لكل أسطوانة. بينما يستخدم القليل من لمحركات صمامات كم مثل محرك بريستول هيركليز 14 أسطوانة و بريستول سينتورس 18أسطوانة، الذي يعمل بهدوء و سلاسة أكبر لكنه يتطلب دقة أكبر في تسامحات التصنيع. 

التاريخ

صنع المهندس الأمريكي تشارلز ماثيوز مانلي محرك شعاعي ذو 5 أسطوانات و يبرد بالمياه في عام 1901، كتحويل لأحد محركات ستيفين بالزر الدوارة، من أجل طائرات مطار لانجلي. أنتج محرك مانلي قدرة بلغت 52 حصان (39 كيلو وات) عند سرعة دورانية 950 دورة في الدقيقة.[3]

و في 1903-1904 استخدم جاكوب إليهمير خبرته في تصنيع الدرجات النارية في تصنيع أول محرك شعاعي يُبرد بالهواء، محرك ثلاثي الأسطوانات، اٌستخدم كأساس لنموذج خماسي الأسطوانات في عام 1907. و استخدمه في طائرته ثلاثية الأجنحه و قام بالعديد من قفزات الطيران الحرة.[4]

محرك أنزاني ذو الثلاث أسطوانات، كان نوعا آخر من المحركات الشعاعية المبكرة، و صٌنع المحرك في الأصل على شكل W مكون من 3 أسطوانات و مزود بمروحة، و قام بتشغيل طائرة لويس بلايريو بلايريو 11 عبر القناة الإنجليزية.
قبل عام 1914، طور أليساندرو أنزاني محركات شعاعية تتراوح بين 3 أسطوانات (تنفصل كل أسطوانة عن الأخرى بزاوية 120) ــــ كانت كافية آنذاك لتشغيل بعض النماذج الفرنسية من الطائرة الشهيرة بلايريو 11 من مصنع بلايريو ـــ إلى 20أسطوانة بقدرة تبلغ 200 حصان (150 كيلو وات)، و مرتبة في صفوف مكونة من 4 أو 5 أسطوانات للصف الواحد.[3] 

تكون معظم المحركات الشعاعية مبردة بالهواء، لكن أحد المحركات الشعاعية المبكرة الأكثر نجاحا كان سلسلة سالمسون 9 زد ذات 9 أسطوانات مبردة بالماء، و التي أٌنتجت بأعداد كبيرة أثناء الحرب العالمية الأولى.
رسم جورجس كانتون و بيري انيه التصميم الأصلي للمحرك في عام 1909، و قدماه إلى شركة سالمسون، و عٌرف المحرك بعد ذلك باسم كانتون ـ انيه.[5] و بداية من عام 1909 و حتى 1919 خفت بريق المحرك الشعاعي بسبب المحرك الدوار الذي يتشابه لحد كبير معه، لكنه يختلف في أن الأسطوانات  (الثابتة في حالة المحرك الشعاعي) و عمود المرفق يدوران مع المروحة الدافعة. و ميكانيكا يتشابه ذلك المحرك مع المحرك الشعاعي إلا أن المروحة الدافعة هنا تكون موصولة بالمحرك و عمود المرفق لهيكل الطائرة. و قد تم التغلب على مشكلة تبريد الأسطوانات، أحد المشاكل المبكرة الرئيسية في المحركات الشعاعية الثابتة، بتوليد المحرك لتدفق هواء التبريد الخاص به.[6]

في الحرب العالمية الأولى استخدمت العديد من الطائراتالفرنسية و طائرات الحلفاء المحركات الدواره  جنوم، لو رونيه، سليرجت، و بنتلي،و بلغت قدرة النماذج النهائية منها 250 حصان (190 كيلو وات) و مع ذلك لم يكن أيا من الذي جاوز 160حصان (120 كيلو وات) منها ناجحا.
بحلول 1917 كان تطوير المحركات الدواره متأخر عن المحركات الخطية و المحركات على شكل V التي بلغت قدرتها بحلول 1918 حوالي 400 حصان (300 كيلو وات)، و كانت تشغل تقريبا كل الطائرات المقاتلة الفرنسية و البريطانية الجديدة.

استخدمت معظم الطائرات الألمانية آنذاك محركات خطية 6 أسطوانات و تُبرد بالمياه. و صنعت شركة موتورينفابريك أوبرورسيل نسخ مرخصة من المحركات الدواره جنوم و لو رونيه، بينما نفذت سيمينز هالسكي تصاميمهم المتضمنة المحرك الدوار سيمينز هالسكي اس تنش 13، و الذي كان غير اعتياديا في ذلك الفترة كونه مستخدم لتروس مما يجعل المحرك يدور عند سرعات مرتفعة في الاتجاه المعاكس للمروحة الدافعة.
بنهاية الحرب بلغت المحركات الدواره نهايات التصميم و خصوصا فيما  يتعلق بكمية الوقود و الهواء المسحوبة إلى الأسطوانات عبر عمود المرفق المجوف، بينما أدى التقدم في علم المعادن و تبريد أسطوانة إلى تفوق المحركات الشعاعية على المحركات الدواره. و في بداية العشرينيات من 1920 قامت شركة لو رونيه بتحويل عدد من المحركات الدواره إلى محركات شعاعية ثابتة.

بحلول عام 1918 كانت المزايا المحتملة للمحركات الشعاعية المبردة بالهواء محل تقدير و لكنها لم تتحقق، و كانت أكثر من مزايا المحركات الخطية المبردة بالماء و المحركات الدواره المبردة بالهواء التي استخدمت لتشغيل الطائرات في الحرب العالمية الأولى.

أنتج المصممون البريطانيون المحرك الشعاعي ايه بي سي دراجون فلاي في عام 1917، لكنهم لم يكونوا قادرين على حل مشاكل التبريد، و بحلول العشرينيات من 1920، أنتج كل من بريستول و أرمسترونج سايدلي محركات شعاعية فعالة تُبرد بالهواء مثل بريستول جوبيتر و أرمسترونج سايدلي جاجوار.

في الولايات المتحدة لاحظت اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية (ناسا) في عام 1920 أن المحركات الشعاعية المبردة بالهواء تُعطي زيادة في نسبة القدرة إلى الوزن و الأداء، و بحلول 1921 أعلن الأسطول الأمريكي أنه سيطلب فقط طائرات مزودة بمحركات مبردة بالهواء، و تبعه في ذلك القوات الجوية البحرية الأخرى. و بتمويل من الأسطول، طُور محرك تشارلز لورانس جيه-1 في عام 1922، و استخدم أسطوانات من الألومنيوم ذات بطانة من الصلب تتحمل لمدة 300 ساعة في حين أن التحمل لمدة 50 ساعة كان المدة الطبيعية حينها. و بناء على طلب من الجيش و الأسطول، اشترت مؤسسة رايت للطيران شركة لورانس، و أُنتجت المحركات اللاحقة تحت اسم رايت. أعطت المحركات الشعاعية الثقة لدى طيارين الأسطول في الأداء خلال الرحلات الطويلة فوق البحار.[7] كان محرك رايت جيه-5 ويرل وايند البالغة قدرته 225 حصان (168 كيلو وات) شائعا على أنه "أول محرك طائرة فعال".[8] وظفت شركة رايت جوزيبي ماريو بيلانكا لتصميم طائرة، و كانت النتيجة طائرة رايت بيلانكا 1 أو دبليو بي-1، التي حلقت لاحقا في نفس العام. كما استُخدم محرك جيه-5 في العديد من الطائرات الحديثة وقتها مثل طائرة تشارلز لندبرغ اسبريت أوف اس تي لويس، التي نفذ بها أول رحلة منفردة عابرة للمحيط الأطلسي.[9]

في عام 1925 أُسست شركة برات آند ويتني الأمريكية لتتنافس مع محركات رايت الشعاعية. عرضت برات آند ويتني في البداية محرك أر-1340 واسب، الذي تم اختباره للتشغيل لاحقا في نفس العام، و خلال الخمسة وعشرين عامًا التالية، تم بداية خط إنتاج للمحركات تشمل المحرك برات آند ويتني آر-1830 توين واسب 14 أسطوانة ثنائي الصف. و نٌفذ الكثير من هذا التصميم من المحرك أكثر من أي تصميم آخر، فيما يقارب 175000 محرك تم تصنيعها.

في المملكة المتحدة ركزت شركة طائرات بريستول على تطوير المحركات الشعاعية مثل بريستول جوبيتر و بريستول ميركري و بريستول هيركليز ذات صمام الكم. كما بدأت ألمانيا و روسيا و اليابان بتصنيع نسخ مرخصة من محركات أرمسترونج سايدلي و بريستول و رايت و برات آند ويتني، قبل أن تنتج محركاتها الخاصة المطورة. استمرت أيضا فرنسا في تطوير محركات شعاعية عديدة، لكنها أيضا أنتجت نسخ مشتقة من تصميمات بريستول و خاصة جوبيتر.

الحرب العالمية الثانية

فوغت إف 4 يو كورزاير
جرومان إف 6 هيلكات
دوجلاس ايه-20 هافوك
إم 4 شيرمان

الطائرات

قام محرك برات آند ويتني آر-2800 دوبل واسب الأمريكي ثنائي الصف، المكون من 18 أسطوانة بسعة تبلغ 28000 بوصة مكعب (46 لتر) و قدرة تتراوح بين 2000 و 2400 حصان (1000-1800 كيلو وات)، بتشغيل الطائرات الأمريكية أحادية المحرك مثل فوغت إف 4 يو كورزاير، و جرومان إف 6 هيلكات، و ريبابليك بي-47 ثاندربولت، و الطائرات ثنائية المحرك مثل مارتن بي-26 ماراودر، و دوجلاس ايه-26 إنفيدر، و نورثروب بي-61 بلاك ويدو، إلخ. كما قامت سلسلة المحركات الأمريكية رايت سيكلونز بتشغيل الطائرة الأمريكية أحادية المحرك جرومان تي بي إف أفنجر، و ثنائية المحركبي-25 ميتشل، و دوجلاس ايه-20 هافوك (ليس جميعها)، و رباعية المحرك بوينج بي-29 سوبر فورترس، إلخ.

و قام أكثر من 28000 من المحرك الألماني بي إم دبليو 801، 18 أسطوانة مرتبة في صفين، و تتراوح قدرته بين 1540-1970 حصان (1150-1470 كيلو وات)، بتشغيل الطائرة الألمانية فوك وولف فو 190 أحادية المقعد أحادية المحرك، و الطائرة يونكرز يو 88 ثنائية المحرك.

أما اليابان، معظم الطائرات عملت بواسطة محركات شعاعية تبرد بالهواء مثل ميتسوبيشي زويسي المكون من 14 أسطوانة (11903 وحدة، من الطائرات المستخدم فيها كاواساكي كي-45)، ميتسوبيشي كينسي (12228 وحدة، من الطائرات المستخدم فيها أيتشي دي 3 ايه)، ميتسوبيشي كاسي (16486 وحدة، من الطائرات المستخدم فيها كاوانيشي اتش 8 كيه)، ناكاجيما ساكي (30233 وحدة، من الطائرات المستخدم فيها ميتسوبيشي ايه 6 إم) و المحركات المكونة من 18 أسطوانة ناكاجيما هوماري (9089 وحدة، من الطائرات المستخدم فيها ناكاجيما كي-84) و كاواساكي كي-61 و يوكوسوكا دي 4 واي، كل تلك المحركات كانت أمثلة نادرة لمحركات طائرات خطية تبرد بسائل في ذلك الوقت، لكن لاحقا تم إعادة تصميمها لتلائم المحركات الشعاعية مثل كاواساكي كي-100 و يوكوسوكا دي 4 واي 3.

و في بريطانيا، أنتجت شركة بريستول ما يزيد عن 57400 من محركات هيركليز التي أدارات طائرات فيكرز ويلينغتون، شورت ستيرلينج، هاندلي بيج هاليفاكس، و بعض الطرازات من أفرو لانكاستر، و قد استُخدم حوالي 32000محركبريستول بيجاسوس في طائرات شورت ثاندرلاند و هاندلي بيج هامبدن و فيري سوردفيش، بزيادة 20000 عن ميركيري الذي أدار طائرات ويستلاند ليساندر و بريستول بلينهايم و بلاكبيرن سكوا، كما استُخدم ما يزيد عن 8000 من محركبريستول بيرسيس في أنواع مختلفة من الطائرات، و أكثر من 2500 محركبريستول سينتورس الذي أدار كل من طائرة هوكر تيمبست و هوكر فيوري.

الدبابات

مقطع توضيحي للدبابة إم 4 ايه 4

في السنوات التي سبقت الحرب العالمية الثانية، ظهرت الحاجة إلى المركبات المدرعة، و كانت كيفية تشغيل هذه المركبات مشكلة واجهت المصممون، الذين توصلوا في النهاية لاستخدام محركات الطائرات و من بينها المحركات الشعاعية. و أعطت محركات الطائرات الشعاعية نسبة قدرة إلى وزن كبيرة و كانت أكثر اعتمادية من المحركات الخطية للمركبات في ذلك الوقت. كان لهذا الاعتماد جانب سلبي في أنه لو وضعت المحركات رأسيا كما في إم 3 لي و إم 4 شيرمان، سيعطي قطرها الكبير ظل أكبر للدبابة مقارنة بالتصاميم المستخدمة للمحركات الخطية.كونتيننتال أر-670، محرك طائرة ذو 7 أسطوانات، حلق أول مرة في عام 1931، و انتشر بشكل واسع كمحرك للدبابات، حيث تم تركيبه في إم 1 كومباكت كار، إم 2 لايت تانك، إم 3 ستوارت، إم 3 لي، إل في تي-2 واتر بفالو. جيبيرسون تي-1020، محرك طائرة شعاعي يعمل بالديزل، استُخدم في إم 1 ايه 1 إي 1، بينما استُخدم كونتيننتال أر 975 في إم 4 شيرمان، إم 7 بريست، قانصة الدبابات إم 18 هيلكات، و مدافع الهاوتزر ذاتية الدفع إم 44 .

محركات شعاعية حديثة

محرك شعاعي رباعي الأشواط سكارلين ميني 5

استمرت بعض الشركات في إنتاج المحركات الشعاعية حتى اليوم، مثل فيدينيف التي تنتج محرك إم-14 بي الشعاعي الذي تتراوح قدرته من 360-450حصان (270-340 كيلو وات)، و استُخدم في طائرات الإستعراضات الجوية ياكوفليف و سوخوي.
استُخدم أيضا محرك إم-14 بي بواسطة مصنعي الطائرات المصنعة منزليا، مثل كولب الخاصة و كولب سوبويث بوب،[10] و افيات بيتس سبشيل، و ميرفي موس.
كما أتاحت الشركة الأسترالية روتك ايروسبورت محركين، أحدهما 7 أسطوانات و تبلغ قدرته 110 حصان (82 كيلو وات) و الآخر 9 أسطوانات و تبلغ قدرته 150 حصان (110 كيلو وات). فيما أتاحت شركت إتس سي أي للطيران محرك أر 180، 5 أسطوانات و تبلغ قدرته 75 حصان (56 كيلو وات)، و أر220، 7 أسطوانات و تبلغ قدرته 110حصان (82 كيلو وات).
كما صنعت شركة فيرنر موتور التابعة لجمهورية التشيك عدد من المحركات  الشعاعية التي تتراوح قدرتها من 25 إلى 150حصان (19 إلى 112 كيلو وات).[11] و توفرت المحركات الشعاعية المصغرة لنماذج الطائرات من محركات أو أس، سايتو سيساكوشو اليابانية، شيجيازهوانج الصينية، و إيفولوشن (التصميم بواسطة وولف جانج الألمانية، و التصنيع في الهند)، و تيكنوباور في الولايات المتحدة.

مقارنة مع المحركات الخطية

سيارة موناكو تروسي، عام 1935، مثال نادر على استخدام المحركات الخطية
جرومان بيركات

[12]

المميزات

العيوب

  • التبريد: في حين أن المحركات الشعاعية المكونة من صف أسطوانات واحد تسمح بتبريد جميع الأسطوانات بشكل متساوي، إلا أن الأمر يختلف في المحركات متعددة الصفوف، حيث تتأثر الأسطوانات الموجودة في الصفوف الأخيرة بالحرارة القادمة من الصفوف الأمامية، كما يحجب تدفق الهواء.[15]
  • السحب: يؤدي تعرض الأسطوانات لتدفق الهواء إلى زيادة السحب (Drag)‏ بشكل ملحوظ. و لحل ذلك أضيفت أغطية للمحرك مصممة خصيصا مع حواجز لتوجيه الهواء بين الأسطوانات.

كانت حلقة التبريد البريطانية "حلقة تونيند" أو "حلقة السحب" أول غطاء فعال لتقليل السحب دون التأثير على تبريد المحرك، و شكلت الحلقة نطاقا ضيقا حول المحرك لتغطي رؤوس الأسطوانات و تقلل السحب. درست اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية هذه المشكلة، و طورت غطاء ناسا الذي قلل السحب بشكل أكبر و حسن التبريد. و منذ ذلك استخدمت تقريبا كل الطائرات ذات المحركات الشعاعية غطاء ناسا.و بسبب أن المحركات الشعاعية عرضها أكبر من مثيلاتها من المحركات الخطية و المحركات على شكل V، فإنه من الصعب جدا تصميم طائرة لتقليل مساحة مقطع المحرك، السبب الرئيسي للسحب، برغم ذلك، مع بداية الحرب العالمية الثانية، اختفى هذا العيب بشكل كبير بسبب زيادة أحجام الطائرات، و زيادة قدرة المحركات الشعاعية  المتعددة الصفوف بالنسبة لمساحة مقطعها.

  • القدرة: ليس عمليا استخدام سلسلة صمام بصمام متعدد في المحرك الشعاعية، حيث يكون لكل أسطوانة رأسها الخاص. لذلك، تستخدم تقريبا كل المحركات الشعاعية سلسلة صمام تحتوي على عمودين دفع صمام، مما قد ينتج عنه قدرة أقل لسعة محرك معينة من المحركات الخطية متعددة الصمام. و تم التغلب على حدود صمام القفاز بتطوير صمام الكم، و لكن في المقابل ازداد التعقيد و تكلفة الصيانة و انخفضت الاعتمادية.
  • الرؤية: يمكن أن تكون رؤية الطيار ضعيفة بسبب عرض المحرك في طائرة احادية المحرك، برغم أن الأغطية المناسبة المثبتة جيدا حسنت ذلك بمقدار ما. على الجانب الآخر، ينتج عن المحركات الخطية طول زائد في المقدمة، مما يضعف الرؤية للأمام
  • التركيب: من الصعب ضمان هواء تبريد كافي في محرك مغطى جيدا أو مع استخدام دفع.
  • الحجم: إن الأنواع الأضغر من المحركات الشعاعية، التي تحتوي على ثلاث أو خمس أسطوانات تكون صعبة التشغيل و غير اعتمادية مقارنة بالمحركات الخطية المكافئة لها ذات الأربع أسطوانات أو المحركات الأفقية المتعاكسة التي أصبحت أكثر شيوعا للطائرات الخفيفة كنتيجة لما سبق

في حين أن المحركات الخطية المبردة بسائل استمر استخدامها في التصاميم الجديدة حتى وقت متأخر في الحرب العالمية الثانية، إلا أن المحركات الشعاعية أصبحت أكثر شيوعا و ساد استخدامها بعد الحرب إلى أن استبدلت بالمحركات النفاثة، و مع نهاية الحرب تم إنتاج اثنين من أسرع الطائرات ذات المحركات المكبسية باستخدام محركات شعاعية و هما طائرة هوكر سي فوري و طائرة جرومان بيركات.

أنواع أخرى من المحرك الشعاعي

محرك واسب ماجور الشعاعي، مكون من أربع صفوف من الأسطوانات

المحركات الشعاعية متعددة الصفوف

تمتلك في الأصل المحركات الشعاعية صفا واحدا من الأسطوانات، لكن بزيادة أحجام المحركات أصبح من الضروري إضافة صفوف أكثر. و يعتبر أول محرك شعاعي استخدم تصميم ثنائي الصف هو المحرك الدوار جنوم "دوبل لامبدا" البالغة قدرته 160حصان وذ لك في عام 1912، و صمم المحرك كنسخة ثنائية الصف مكونة من 14 أسطوانة من محرك لامبدا الدوار أحادي الصف و المكون من 7 أسطوانات و البالغة قدرته 80 حصانا، و مع ذلك فإن مشاكل الكفاءة و التبريد وضعت حدود لنجاحه. بدأت التصاميم ثنائية الصف في الظهور بأعداد كبيرة أثناء الثلاثينيات  بداية من 1930، عندما ازداد حجم و وزن الطائرة إلى الحد الذي أصبحت عنده المحركات أحادية الصف ذات القدرة المطلوبة، كبيرة جدا لدرجة أنها لم تعد عملية. و لقد واجهت دائما التصاميم ثنائية الصف مشاكل في التبريد مع الصفوف الأخيرة من الأسطوانات، لكنه تم التقليل من هذه المشاكل باستخدام العديد من الحواجز و الزعانف (لزيادة معدل إنتقال الحرارة). و من العيوب التي كانت موجودة، المساحة الأمامية الكبيرة نسبيا للمحرك، حيث كانت تبقى مفتوحة لتزويد المحرك بتدفق هواء كافي، لكن ذلك كان يؤدي لزيادة السحب. و أدى ذلك لنقاشات جدية في الصناعة في أواخر الثلاثينيات من 1930 حول إمكانية استخدام المحركات الشعاعية للطائرات مرتفعة السرعة مثل المقاتلات الحديثة.

اكتشف الحل مع محركبي إم دبليو 801 الشعاعي ثنائي الصف و المكون من 14 أسطوانة. صمم كيرت تانك نظام تبريد جديد لهذا المحرك المستخدم لمروحة ذات سرعة كبيرة لدفع الهواء المضغوط داخل القنوات التي تحمل الهواء إلى منتصف صفوف الأسطوانات، حيث يكون هناك مجموعة من الحواجز توجه الهواء فوق كل الأسطوانات. و سمح هذا أن يركب الغطاء بإحكام حول المحرك فينخفض السحب مع الاستمرار في تزويد المحرك بهواء التبريد الكافي للصفوف الأخيرة من الأسطوانات (تم ذلك بعد العديد من التجارب و التعديلات). سرعان ما استخدم العديد من المصنعين هذا المبدأ الأساسي، و عادت العديد من طائرات أواخر الحرب العالمية الثانية إلى استخدام المحرك الشعاعي كمحرك جديد، و بدأت الكثير من التصاميم الكبيرة في الظهور، مثل محرك بريستول سينتورس في طائرة هوكر سي فوري، و محرك شفيتسوف أش-82 في طائرة لافوتشكن لا-7.

لزيادة القدرة، لم يكن إضافة المزيد من صفوف الأسطوانات حلا قابل للتطبيق، نظرا لصعوبة إمداد الصفوف الأخيرة بتدفق الهواء اللازم للتبريد. و قد صُممت المحركات الكبيرة، في الغالب باستخدام تبريد المياه، على الرغم من أن هذا أزاد التعقيدات و أزال بعض مميزات تصميم المحرك الشعاعي المبرد بالهواء. مثال على ذلك، محرك بي إم دبليو 803 الذي لم يدخل الخددمة مطلقا.

أٌجريت دراسة كبيرة في الولايات المتحدة عن تدفق الهواء حول المحركات الشعاعية، و ذلك باستخدام أنفاق الرياح و أنظمة أخرى، و أوضحت الدراسة أن كمية كافية من تدفق الهواء كانت متوافرة مع التصميم الجيد. و أدى ذلك إلى محرك أر-4360 المكون من 28 أسطوانة في 4 صفوف متخذه شكل كوز الذرة. و استٌعمل المحرك أر-4360 في الطائرات الأمريكية الكبيرة في حقبة الحرب العالمية الثانية. استمرت تجارب الولايات المتحدة و الاتحاد السوفيتي على المحركات الشعاعية الكبيرة، بينما أوقفت المملكة المتحدة هذه التصاميم بسبب الطرازات الجديدة من محرك سينتورس و التحرك العشوائي لاستخدام المحركات المروحية العنفية مثل أرمسترونج سيديلي بايثون و بريستول بروتيس، التي أنتجت قدرة أكثر من المحركات الشعاعية و بدون مشاكل الوزن أو التعقيدات.

استمر إنتاج المحركات الشعاعية الكبيرة لاستخدمات أخرى، برغم أنها لم تعد شائعة. مثال لها، محرك الديزل زيفيزدا إم 503 المكون من 42أسطوانة مرتبة في 6 صفوف من ضمن 7،  و سعة 143.6 لتر و قدرة تبلغ 3942 حصان. و استُخدمت ثلاثة محركات منه في زوارق صواريخ أوسا.

محركات الديزل الشعاعية

محرك باكارد دي أر-980، محرك طائرة ديزل شعاعي

في حين أن معظم المحركات الشعاعية أُنتجت لاستخدام البنزين، إلا أنه هناك محركات ديزل شعاعية. و من المميزات الرئيسية التي تفضل محركات الديزل، انخفاض استهلاك الوقود و كذلك خطر الحريق

باكارد

في عام 1928 صممت و صنعت شركة باكارد محرك باكارد دي أر-980، و هو محرك طائرة ديزل شعاعي، مكون من 9أسطوانات و سعة تبلغ 980 بوصة مكعب (16000 سم مكعب)، و تبلغ قدرته 225حصان (168 كيلو وات). و في 28 مايو 1931، أدار محرك دي أر-980 طائرة بيلانكا سي إتش-300، باستخدام 481 جالون من الوقود، و بقيادة الطيارين ولتر إدوين ليس و فريدريك بروسي، و سجلا رقما قياسيا بالبقاء في الهواء لمدة 84 ساعة و 32 دقيقة دون إعادة تزويد الطائرة بالوقود.[16] و لم يُكسر هذا الرقم بعد 55 عاما بواسطة روتان فوياجر.[17]

بريستول

خضع محرك بريستول فينيكس التجريبي من 1928-1932 إلى الاختبار في طائرة ويستلاند وابتي، و حقق أرقاما قياسية في الارتفاع في عام 1934 و استمرت حتى الحرب العالمية الثانية.

كليرجت

محرك شركة نوردبرج للتصنيع، محرك ديزل شعاعي ثنائي الشوط، يستخدم لتوليد الطاقة و تشغيل المضخات

في عام 1932 طورت الشركة الفرنسية كليرجت محرك 14 دي، المكون من 14أسطوانة، و هو< محرك ديزل ثنائي الشوط و شعاعي. و بعد عدد من التحسينات، في عام 1938 أنتج نموذد 14 إف 2 قدرة تبلغ 520 حصان (390 كيلو وات) عند سرعة دورانية 1910 دورة في الدقيقة، و نسبة قدرة إلى وزن قريبة من محركات البنزين المعاصرة، و استهلاك نوعي للوقود تقريبا 80% من محركات البنزين المكافئة. استمرت الأبحاث أثناء الحرب العالمية الثانية، لكنه لم يكن هناك إنتاج بسبب الاحتلال النازي. و بحلول 1943 تطور المحرك لينتج قدرة تتجاوز 1000 حصان (750 كيلو وات) مع استخدام شاحن توربيني. اندمجت شركة كليرجت في شركة سنيكما بعد الحرب العالمية الثانية، و كان لدى الشركة خطط لإنتاج محرك ديزل 32أسطوانة، بقدرة 4000 حصان (3000 كيلو وات)، لكن في عام 1947 أوقفت الشركة تطوير المحركات المكبسية من أجل المحركات التوربينية الناشئة.

نوردبرج

طورت و أنتجت شركة التصنيع نوردبرج في الولايات المتحدة، عددا من محركات الديزل الشعاعية ثنائية الشوط بداية من أواخر الأربعينيات من 1940 للإنتاج الكهربي، و بشكل أساسي لمصاهر الألومنيوم و ضخ المياه. و اختلفت هذه المحركات عن معظم المحركات الشعاعية في أنها تحتوي على عدد زوجي من الأسطوانات في صف واحد و عمود توصيل مزدوج غير اعتيادي. صُنعت نماذج المحرك لتعمل على الديزل أو البنزين أو خليط منهما معا. و استخدمت محطة توليد الكهرباء المنزلية عدد من هذه المحركات صُنعت في الولايات المتحدة.[18]

إي إم دي

صنعت شركة إلكترو-موتيف ديزل (إي إم دي) محركات "بانكيك" 16-184 و 16-338 للاستخدام البحري.[19]

المحركات الشعاعية ذات الهواء المضغوط

صُمم عدد من المحركات الشعاعية ليعمل على الهواء المضغوط، و يستخدم غالبا في نماذج الطائرات و في ضواغط الغاز.[20]

نماذج محركات شعاعية

توفر تجاريا عددا من نماذج المحركات الشعاعية متعددة الأسطوانات، رباعية الشوط، بداية من محركات أو.اس اليابانية، إف أر50-300، المكون من 5أسطوانات، و سعة 3 بوصة مكعب (50 سم مكعب)، و كان ذلك في عام 1986. صنعت الشركة الأمريكية "تكنوباور" نماذج محركات شعاعية صغيرة السعة من 5 و 7 أسطوانات، و ذلك في بداية عام 1976، لكن مع ذلك كان محرك شركة أو اس أول محرك شعاعي ينتج بكميات كبيرة في تاريخ نماذج الطائرات. و منذ ذلك الحين أنتجت الشركة اليابانية المنافسة سايتو سيساكوشو نموذج محرك شعاعي 5 أسطوانات مشابه في الحجم، رباعي الشوط كمنافسة مباشرة مع تصميم أو اس، و أنتجت سايتو أيضا ثلاثة محركات شعاعية 3 أسطوانات و تتراوح سعتها من 0.9 بوصة مكعب (15سم مكعب) إلى 4.5 بوصة مكعب (75 سم مكعب)، و تتوافر كل هذه المحركات الآن أيضا بشمعة إشعال بسعة تصل إلى 84 سم مكعب للاستخدام مع البنزين.

صنعت الشركة الألمانية سيديل نماذج محركات شعاعية لاسلكية التحكم و مكونة من 7 و 9أسطوانات (تبدا سعتها من 35سم مكعب)، غالبها للإشعال بواسطة شمعة التوهج، بالإضافة إلى محرك شعاعي تجريبي 14أسطوانة ثنائي الصف. و تبيع الآن الشركة الأمريكية إيفولوشن محركات شعاعية مصممة بواسطة سيديل، و يتم تصنيعها في الهند.

مقالات ذات صلة

المراجع

  1. "Firing order: Definition from". Answers.com. 2009-02-04. مؤرشف من الأصل في 5 نوفمبر 201806 ديسمبر 2011.
  2. "zoche aero-diesels homepage". zoche.de. مؤرشف من الأصل في 17 نوفمبر 201830 مايو 2016.
  3. Vivian, E. Charles (1920). A History of Aeronautics. Dayton History Books Online. مؤرشف من الأصل في 23 مايو 2009.
  4. Day, Lance; Ian McNeil (1996). Biographical Dictionary of the History of Technology. Taylor & Francis. صفحة 239.  .
  5. Lumsden 2003, p. 225.
  6. Nahum, Andrew (1999). The Rotary Aero Engine. NMSI Trading Ltd.  .
  7. Bilstein, Roger E. (2008). Flight Patterns: Trends of Aeronautical Development in the United States, 1918–1929. University of Georgia Press. صفحة 26.  .
  8. Herrmann, Dorothy (1993). Anne Morrow Lindbergh: A Gift for Life. Ticknor & Fields. صفحة 28.  .
  9. "The Spirit of St. Louis". نسخة محفوظة 18 أكتوبر 2017 على موقع واي باك مشين.
  10. "Aircraft". Culp Specialties. مؤرشف من الأصل في 3 مارس 201622 ديسمبر 2013.
  11. "Verner Motor range of engines". Verner Motor. مؤرشف من الأصل في 12 مايو 201823 أبريل 2013.
  12. "MONACO - TROSSI mod. da competizione". museoauto.it. مؤرشف من الأصل في 3 يونيو 201128 أكتوبر 2012.
  13. Thurston, David B. (2000). The World's Most Significant and Magnificent Aircraft: Evolution of the Modern Airplane. SAE. صفحة 155.  . مؤرشف من الأصل في 08 مارس 2020.
  14. Some six-cylinder inline engines used as few as 3 bearing but at the cost of heavier crankshafts, or crankshaft whipping.
  15. Fedden, A.H.R. (28 February 1929). "Air-cooled Engines in Service". Flight. XXI (9): 169–173. مؤرشف من الأصل في 24 أكتوبر 2018.
  16. Chapter 1: Development of the Diesel Aircraft Engine" Aircraft Engine Historical Society — Diesels p.4 Retrieved: 30 January 2009. نسخة محفوظة 05 يوليو 2016 على موقع واي باك مشين.
  17. Aviation Chronology Retrieved: 7 February 2009. نسخة محفوظة 24 يوليو 2017 على موقع واي باك مشين.
  18. "Nordberg Diesel Engines". OldEngine. مؤرشف من الأصل في 19 سبتمبر 201820 نوفمبر 2006.
  19. Pearce, William (18 August 2014). "General Motors / Electro-Motive 16-184 Diesel Engine". oldmachinepress.com. مؤرشف من الأصل في 17 مارس 201930 مايو 2016.

وصلات خارجية

موسوعات ذات صلة :