دسته‌بندی انواع وسایل پرنده
برای داشتن درک بهتری از صنایع هوایی، طبقه‌بندی آنها بسیار مفید است. البته روش‌هاى مختلفى براى دستهبندى انواع وسایل پرنده وجود دارد که نمونهاى از این روش‌ها در شکل زیر دیده مىشود:
دسته‌بندی انواع وسایل پرنده
وسیله پرنده ساختارى است که در برابر کشش جاذبه زمین مقاومت کند، و قدرت ماندگارپایدار در هوا (بالاتر از سطح زمین) را بدون اتصال مکانیکى به هرگونه نگهدارندهاى داشته باشد. چنین
ساختارى ممکن است قادر به حمل انسان باشد، یا نباشد.
هواپیماها براى غلبه بر نیروى جاذبه زمین، اختلاف فشارى بین دو سطح زیرین و زبرین تولید مىکنند (هواپیماى سنگین‌تر از هوا) و یا از نیروى شناورى بهره مىبرند (هواپیماى سبکتر از هوا)؛ ولى پرتابهها ازنیروى پیشرانى طبق قانون «عمل و عکسالعمل» بهره مىبرند.
هواپیماهاى سبکتر از هوا، که قدمتشان به قرن ۱۸ مىرسد، بالون‌ها و کشتی‌هاى هوایى هستند. بالون‌ها کیسههاى هوایى بزرگى (معمولاً به شکل کره) دارند که با هواى داغ و یا یک گاز سبک (مثلاً هیدروژن یا هلیوم) پر مىشوند، و جایگاهى براى حمل تعداد معدودى مسافر دارند؛ اما کشتی‌هاى هوایى اساسا بالون‌هاى بزرگى به شکل بیضىگون با دستگاه پیشران مکانیکى هستند، و جایگاهى براى حمل مسافر در زیر بدنه دارند. مشهورترین کشتی‌هاى هوایى، زپلینهاى آلمانى بودند که محفظههایى صلب داشتند، و براى نخستین بار در سال ۱۹۰۰ به پرواز درآمدند.
بالون‌ها به دو گروه آزاد و مهارشده تقسیم مىشوند. در بالون مهارشده، برخلاف نوع آزاد، ریسمان‌هاى بسته شده به زمین و یا یک خودرو، کنترل پرواز را تأمین مىکند. کشتی‌هاى هوایى از نوع صلب (با بدنه سفت محتوى گازهاى سبک)، غیرصلب (با بدنهاى از جنس پارچه مخصوص)، و یا نیمهصلب (با بدنه پارچهاى پوشاننده یک سازه طولى) هستند.
در هواپیماى سنگین‌تر از هوا اختلاف فشارى بین دو سطح زیرین و زبرین بال به وجود مىآید. هواپیماها بر حسب اینکه بال ثابت یا متحرک (نسبت به بدنه) داشته باشند، قابل دستهبندىاند. هواپیماهاى بالثابت به کمک واکنش دینامیکى هوا بر روى بال ثابت پرواز مىکنند؛ اما هواپیماهاى بالگردان به پروانههایى مجهزند که چرخش آنها ضمن تأمین نیروى بالابرنده، وظیفه کنترل پرواز را انجام مىدهد. علاوه بر این دو دسته، هواپیماهاى مرکبى هم هستند که از هر دو شیوه فوق در مراحلى از پروازشان استفاده مىکنند، و نمىتوان آنها را دقیقاً در یکى از دو دسته مذکور قرار داد.
هواپیماهاى بالثابت یا سیستم پیشرانش مجزا دارند، و یا به کمک جریان آزاد و مساعد هوا بر روى بال‌ها پرواز کنند. انواع مجهز به سیستم پیشرانش مستقل را هواپیما مىنامند، و وسایل پرندهاى که از جریان مساعدهوا براى پرواز استفاده مىکنند، سبکپَرها و هواسُرها هستند. بالگردانها به دو دسته هلیکوپترها و جایروپِلَنها تقسیم مىشوند. در هلیکوپترها، حرکت افقى را پروانه‌هاى متصل به موتور تأمین مىکند؛ اما پروانه‌هاى جایروپلن‌ها فقط در ابتداى حرکت و در روى زمین به موتور متصلاند، و پس از برخاستن از زمین، در اثر وزش باد نسبى به چرخش ادامه مىدهند. همچنین، جایروپلن‌ها سیستم پیشرانشى مستقل از پروانه اصلى دارند.
هواپیماها برحسب نوع باند پرواز مورد نیاز، به سه دسته تقسیم مىشوند: زمینپایه (فقط قادر به نشست و برخاست از روى زمین، مجهز به ارابههاى فرود چرخدار یا اسکى)، دریاپایه (فقط قادر به نشست و برخاست از روى آب، مجهز به شناورهایى در زیر بدنه)، و آبىخاکى (قادر به نشست و برخاست هم از روى زمین و هم از روى آب، مجهز به سیستم دوگانه چرخ و شناور). هواپیماهاى دریاپایه یا همانند قایق پرنده به شکلى طراحى مىشوند که قسمت زیرین‌شان شبیه به شناور باشد، و یا همانند هواپیماى شناوردار، به شناورهایى جداگانه درزیر بدنه مجهزند.
پرتابهها یا داراى اهداف نظامى و حامل کلاهک جنگى هستند (سلاح واکنشى)، و یا براى بردن ماهوارهها و دیگر تجهیزات فضایى به بیرون از جو زمین استفاده مىشوند (فضاپیما). براى وضوح بیشتر، دستهبندى سلاحهاى واکنشى به طور جداگانهاى در شکل زیر ترسیم شده است.
دسته‌بندی انواع سلاح‌های واکنشی
سلاحهاى واکنشى به سه دسته تقسیم مىشوند. گلولهها (مثلاً گلولههاى تفنگ) سلاحهاى پرتاب‌شونده با کلاهک جنگى هستند، و موتور مستقلى ندارند. راکت‌ها (مثلاً آر.پى.جى.-۷) سلاحهاى پرتاب‌شونده نسبتاً کوتاهبردى هستند که تجهیزاتى براى تصحیح مسیر ندارند، ولى به موتور واکنشى مجهزند. راکت‌ها هم مانند گلولهها، پس از پرتاب، قابلکنترل نیستند. موشک‌ها سلاحهاى پرتاب‌شونده مجهز به موتور مستقل واکنشى و تجهیزات هدایت و ناوبرى هستند، و مسیر آنها پس از شلیک، قابلتصحیح است. تصحیح مسیر موشک‌ها یا با سیستم‌هاى درونى و یا از طریق یک مرکز کنترل بیرونى، در همه مسیر پرواز و یا فقط در قسمتى از مسیر، انجام می‌گیرد.
موشک‌ها به دو گروه عمده استراتژیک و تاکتیکى قابل تقسیماند. موشکهاى استراتژیک، موشکهاى
دوربردى هستند که براى حمله به اهداف بسیار مهم در قلب قلمرو دشمن (بسیار دورتر از میدان نبرد واقعى یا احتمالى) به کلاهک جنگى هستهاى یا غیر هستهاى مجهز مىشوند؛ اما موشکهاى تاکتیکى، موشکهاى نسبتاً نزدیکبردى هستند که در میدان درگیرى به کار مىروند.
موشکهاى استراتژیکى به سه دسته بالستیکى، غیربالستیکى، و ضدبالستیکى تقسیم مىشوند. انواع
بالستیکى، موشک‌هایى با مسیرهاى پیشبرنامهریزىشده تقریباً سهمىشکل (مثل مسیر یک پرتابه ساده) هستند؛ موشکهاى بالستیکى بینقارهاى، بالستیکى پرتاب‌شونده از زیردریایى، و بالستیکى میانبرد، از همین دسته محسوب مىشوند. مسیر حرکت موشکهاى غیربالستیکى (مثلاً موشکهاى کروز) پس از پرتاب قابلتصحیح و تغییر است؛ بنابراین، موشکهاى غیربالستیکى الزاماً در یک مسیر سهمىشکل پرواز نمىکنند. موشکهاى ضدبالستیکى (مثلاً موشک پاتریوت) براى منهدم کردن موشکهاى بالستیکى دشمن به کار مىروند.
موشکهاى تاکتیکى به چهار دسته اصلى تقسیم مىشوند. موشکهاى هوابههوا (مثل آکرید روسى) از هواپیما برضد هواپیماى دشمن شلیک مىشوند. موشکهاى سطحبههوا (مثل کروتال فرانسوى) را از مقر زمینى، خودرو، کشتى، و یا حتى از روى شانه یک نفر سرباز، برعلیه هواپیماى دشمن شلیک مىکنند. موشکهاى قابلشلیک از هواپیما برضد مواضع زمینى (مثل ماوریک امریکایى)، از نوع هوابهسطح هستند. موشکهاى سطحبهسطح انواع بسیار متنوعى دارند. موشکهاى ضدتانک قابلپرتاب از روى خودرو و موشکهاى ضدکشتى قابلپرتاب از کشتى، نمونههایى از موشکهاى سطحبهسطح هستند. انواع دیگرى از موشک‌ها براى از بین بردن زیردریایىها به کار مىروند.
دسته‌بندی انواع پیشرانههاى هوافضایى
یک پیشرانه (موتور) هوافضایى ساختارى است که با واکنش‌هاى شیمیایى، نیروى لازم براى پرواز وسیله پرندهاى را فراهم کند. شکل زیر نوعى دستهبندى پیشرانههاى هوافضایى را نشان مىدهد:
انواع پیشرانه‌های هوافضایی
موتور تنفسى با سوزاندن مداوم سوخت به کمک اکسیژن موجود در جو زمین، کار مىکند؛ بنابراین، چنین موتورى به دلیل کاهش غلظت اکسیژن در ارتفاع زیاد، سقف پرواز محدودى دارد که این محدودیت به خود هواپیما هم تحمیل مىشود. موتور غیرتنفسى، اکسیژن مورد نیاز براى سوزاندن سوخت را با خود حمل مىکند؛ بنابراین، در ارتفاع بسیار زیاد و خارج از جو زمین هم قابلاستفاده است.
راکت جامدسوز پیشرانهاى است که با سوزاندن سوخت و اکسیدکننده جامد در محفظه احتراق، نیروى پیشران را فراهم مىکند؛ اما راکت مایعسوز با حمل دو مخزن جداگانه سوخت و اکسیدکننده مایع، نیروى پیشران را تولید مىکند.
موتورهاى تنفسى به سه دسته موتور پیستونى، جت خالص، و توربینى تقسیم مىشوند. موتورهاى پیستونى (مثل موتور اتومبیل) با سوزاندن سوخت درون سیلندرهاى محدود، و انتقال فشار گاز حاصل از احتراق به میللنگ (و تبدیل حرکت رفتوبرگشتى به حرکت دورانى) کار مىکنند. این موتورها برحسب شکل قرارگیرى سیلندرها (خطى یا دورانى)، روش خنکشوندگى (خنکشونده با آب یا هوا)، و متراکم کردن یا نکردن مخلوط ورودى به سیلندرها (معمولى یا سوپرشارژ) قابلدستهبندى هستند. از نظر روند تاریخى، موتورهاى پیستونى اولین پیشرانههاى هواپیماها به شمار مىروند. موتور جت خالص، همه نیروى پیشران را از طریق واکنش گازهاى خروجى از موتور تأمین مىکند، و دستگاهى براى متراکم کردن هواى ورودى به موتور (براى کارآیى بهتر) ندارد. موتور توربینى (توربین گازى) ضمن استفاده از واکنش گازهاى خروجى از موتور،
با استفاده از انرژى توربینى که با خروج همین گازها به حرکت درمىآید، هواى ورودى به موتور را متراکم مىکند که باعث احتراقى قویتر و تولید گازهایى پرفشارتر مىشود.
سادهترین نوع موتور جت خالص، موتور رمجت است. آلمانیها در جنگ جهانى دوم از موتور رمجت در موشک وى.-۲ استفاده کردند. موتور رمجت براى به کار افتادن، نیازمند حرکت اولیهاى است که یک منجنیق مىتواند آنرا تأمین کند. قسمت‌هاى اصلى یک موتور رمجت شامل مجراى ورودى هوا، محفظه احتراق، مجراى خروجى گازها مىشود. بهترین عملکرد این موتورها در سرعتهاى زیاد (و حتى فراصوتى) به دست مىآید، و در سرعتهاى کم، کارآیى چندانى ندارند.
جت ضربانى، موتور جت خالص دیگرى است که ساختارى مشابه با رمجت دارد. در موتور جت ضربانى مکانیزمى کرکرهاى در جلوى محفظه احتراق قرار دارد. قبل از رسیدن هوا به محفظه احتراق، با بسته شدن مکانیزم کرکرهاى در زمان وقوع احتراق، محفظه بستهاى شبیه محفظه احتراق یک موتور غیرتنفسى ایجاد مىشود. پس از پایان احتراق و خروج قسمتى از گازهاى احتراقى از پشت موتور، با باز شدن مکانیزم کرکرهاى، هواى مورد نیاز احتراق بعدى وارد محفظه احتراق
مىشود. به دلیل وقوع همین احتراق‌هاى ناپیوسته متوالى، این موتور را جت ضربانى مىنامند. امروزه این نوع پیشرانه کاربرد چندانى ندارد.
موتورهاى توربینى به چند گروه تقسیم مىشوند. موتور توربوجت اصول کارکردى شبیه رمجت دارد، و از مجراى ورودى هوا، کمپرسور، محفظه احتراق، توربین، و مجراى خروجى گازها تشکیل شده است. کمپرسور با متراکم کردن هواى ورودى به محفظه احتراق، شعله قوی‌ترى تولید مىکند، و نتیجتاً فشار گازهاى خروجى را بسیار زیادتر مىکند. هرچند قسمتى از انرژى گازهاى احتراقى، براى چرخاندن توربین و نهایتاً کمپرسور مصرف مىشود، مجموعاً نیروى پیشران بهمراتب بیشترى نسبت به نوع رمجت حاصل مىشود.
با تکامل ساختار توربوجت، و با قرار دادن یک پنکه بزرگ در بالادست کمپرسور، موتور توربوفن ساخته شده است. این پنکه بزرگ، نقشى همانند ملخ هواپیما دارد، و قسمت اعظمى از هواى گذرنده از آن، بدون ورود به محفظه احتراق، فقط با گازهاى محترقه مخلوط مىشود. راندمان موتور توربوفن، بهویژه در سرعتهاى کم، بهتر از توربوجت است، و ضمناً مصرف سوخت کمترى هم دارد. در بعضى از موتورهاى توربوجت و توربوفن، با تعبیه محفظه احتراق ثانویهاى (در پاییندست توربین) به نام پسسوز، گازهاى خارج شده از محفظه احتراق اصلى را، که هنوز اکسیژن زیادى به همراه دارد، مجددا سوزانده، سرعت خروج آنها را از مجراى خروجى افزایش مىدهند. در موتور توربوپراپ، قسمت عمده انرژى گازهاى خارج شده از محفظه احتراق، براى چرخاندن ملخى مصرف مىشود که در قسمت جلوى موتور (بیرون از فضاى بسته موتور) قرار دارد، و مقدار کمى از انرژى این گازها در جت خروجى باقى مىماند.
موتور توربوشفت با ساختارى شبیه موتور توربوپراپ، براى چرخاندن پروانه هلیکوپترها استفاده مىشود. موتور پراپفن، نسل جدیدى از موتورهاى توربینى است که براى پرواز در سرعتهاى زیاد ساخته شده، و به شش تا دوازده تیغه لبهتیز خمیده مجهز است.
بعضى از انواع موتورهاى تنفسى در شکل زیر دیده مىشود:
نمایش ساده بعضی از انواع موتورهای تنفسی