מנוע על-מגח סילוני
מנוע על־מגח סילוני או סקראמג'ט (באנגלית: Scramjet[א]) הוא גרסה של מנוע מגח-סילון "נושם אוויר"[ב] שבו הבעירה מתרחשת בעת זרימת אוויר על-קולית ושגיא קולית. כאשר מהירות האוויר קרבה למהירות הקול, מתחילה להיווצר תופעת המגח. תופעת המגח היא דחיסה עצמית של פרודות האוויר, כלומר, דחיסה ללא כוח חיצוני.
בדומה למנוע מגח-סילון, מנוע סקראמג'ט מסתמך על מהירות רכב גבוהה[ג], כדי להאט ולדחוס בכוח את האוויר הנכנס, לפני הבעירה. אך בעוד שמנוע המגח הרגיל מאט את האוויר למהירות תת-קולית לפני הבעירה, מהירות זרימת האוויר במנוע סקראמג'ט היא על-קולית לאורך פנים המנוע כולו. דבר זה מאפשר למנוע סקראמג'ט לפעול ביעילות במהירויות גבוהות מאוד. דחיסת תערובת הדלק והאוויר מתבצעת במנוע זה על ידי תנועתו באוויר.
כלי הטיס "נושם האוויר" המהיר ביותר הוא ה-נאס"א X-43A(אנ') הבנוי בתצורת סקראמג'ט, שהגיע למהירות 9.8 מאך. לשם השוואה, כלי הטיס "נושם האוויר" השני במהירותו הוא המטוס המאויש SR-71 "ציפור שחורה"[1], שהגיע למהירות מקסימלית של 3.3 מאך (3,530+ קמ"ש בגובה 80,000 רגל, 24,384 מטר).
מנוע הסקראמג'ט מורכב משלושה רכיבים בסיסיים: כוֹנס יניקה (כונס אוויר) שבו האוויר הנכנס, נדחס ומאט מהירות; תא שרפה, שבו גזי דלק נשרפים יחד עם החמצן האטמוספירי כדי לייצר חום; ונחיר או צינור פליטה המתרחב ויוצא מתא השרפה, ממנו נוֹרה סילון האוויר החם, שמוּאץ לייצור הדחף. שלא כמו במנוע סילון טיפוסי (כמו טורבו-סילון או טורבו-מניפה) מנוע סקראמג'ט אינו משתמש ברכיבים כדוגמת מניפת להבים סובבת (בדומה לטורבינה) לצורך דחיסת האוויר. במקום זה, המהירות המושגת על ידי כלי הטיס הנע באטמוספירה (שעליו מורכב מנוע הסקראמג'ט) גורמת לאוויר להדחס בתוך כונס היניקה, כך שכלל אין צורך בחלקים נעים במנוע סקראמג'ט. לשם השוואה, מנוע טורבו־סילון טיפוסי, דורש מספר שלבי מניפות יניקה, מספר שלבי מניפות דחיסה, ומספר שלבי מניפות טורבינה, שכולן מוסיפות משקל, מורכבות, ומספר רב יותר של נקודות-כשל אפשריות במנוע.
בשל אופי העיצוב שלו, מוגבל תפעול מנוע הסקראמג'ט לכמעט מהירות היפר-קולית (5 מאך ומעלה). היות שהוא חסר מדחסים מכניים, דוֹרש מנוע הסקראמג'ט אנרגיה קינטית גבוהה של זרימה על־קולית כדי לדחוס את האוויר הנכנס, למצב של תנאי עבודה תפעוליים. לפיכך, כלי המוּנע על ידי מנוע סקראמג'ט, חייב להיות מוּאץ למהירות הנדרשת, על ידי אמצעי הנעה אחרים, כמו מנוע טורבו־סילון, תותח־מסילה (railgun), או מנועי רקטה [2]. בטיסה של כלי הטיס הניסויי בואינג X-51 המוּנע על ידי סקראמג'ט, הועלה הכלי לגובה טיסה על ידי בואינג B-52, לפני ששוחרר והוּאץ באמצעות רקטה ניתקת, למהירות קרובה ל-4.5 מאך.
בעוד שמנועי סקראמג'ט הם פשוטים מבחינה רעיונית, היישום בפועל מוגבל על ידי אתגרים טכניים קיצוניים. טיסה היפר־קולית בתוך האטמוספירה יוצרת כוח גרר עצום, והטמפרטורות הגבוהות הנוצרות על גוף כלי הטיס ובתוך המנוע יכולות להגיע לערכים קיצוניים. שמירה על בעירה בזרימה העל־קולית מציבה אתגרים נוספים, כאשר הדלק חייב להיות מוזרק, מעורבב, מוּצת ונשרף בתוך אלפיות השנייה. בעוד שטכנולוגיית הסקראמג'ט נמצאת בפיתוח כבר מאז שנות ה-50 (של המאה ה-20), רק לאחרונה הושגה הצלחה בטיסה המונעת על ידי מנוע סקראמג'ט.
יתרונות וחסרונות המנוע
יתרונות
- לא דורש נשיאת חמצן.
- קל יותר לייצור בגלל העדר חלקים מסתובבים.
- שחיקת מנוע נמוכה בגלל העדר חלקים מסתובבים.
- בעל מתקף סגולי גבוה יותר מאשר מנוע סילון רגיל. יכול לספק בין 1000 ל-4000 שניות, בזמן שרקטה יכולה לספק עד 600 שניות בלבד.
- יכולת עבודה בלחץ אטמוספירי נמוך.
- הבאת כלי הטיס למהירות גבוהה ממהירות הקול.
- מהירות גבוהה יותר, משמעותה גישה זולה יותר לחלל החיצון בעתיד.
חסרונות
- אי הפעלה שלא בתנועה.
- עבודה בלחצים פנימיים גבוהים מאוד.
- עבודה בטמפרטורות פנימיות גבוהות מאוד.
קישורים חיצוניים
- דיאגרמת השוואת מנוע על־מגח למנוע סילון רגיל - אתר NASA.
- שימוש במנוע על־מגח בכטב"ם - ירחון טכנולוגיות.
- אגף האיקסים - שימוש במנועי על־מגח סילוניים - אתר חיל האוויר.
- האגודה למדעי התעופה והחלל - רקטת מחקר של הטכניון עם מנוע מגח.
- על מנועי "מגח סילון" ו"על־מגח סילון" באתר "פרש".
ביאורים
- ^ "סקראמג'ט" (Scramjet) - מושג שמקורו באנגלית, הוא ר"ת והלחם של המילים "Supersonic Combustion Ram Jet" , שמשמעותן המילולית הישירה היא "מנוע־סילון מגח בעירה על־קולית". המילה 'מגח' מקורה במילה לנגוח או נגיחה. מנועי ה"מגח סילון" וה"על־מגח סילוני", נוגחים את האוויר בעוצמה ומכאן שמם המקורי באנגלית.
- ^ "מנוע סילון נושם אוויר" הוא מנוע סילון המוּנע על ידי סילון של גזי פליטה חמים, שנוצרים מבעירת תערובת דלק וחמצן, שמקורו באוויר הנשאב לתוך המנוע דרך כוֹנס יניקה (כונס אוויר). זאת בניגוד לטיל ורקטה השורפים תערובת דלק וחמצן מתוך מכל פנימי, ואין זרם אוויר העובר בתוכם.
- ^ מהירות רכב גבוהה - מהירות גבוהה של כלי הטיס שעליו מורכב המנוע.
הערות שוליים
- ^ SR-71 Blackbird Online - "ציפור שחורה SR-71" מידע מקיף על המטוס
- ^ "The Scramjet Engine: Processes and Characteristics". Cambridge University Press, New York, 2009. מסת"ב 978-0-521-83815-3.
.jpg)
30278058מנוע על-מגח סילוני