نگاهی به ساخت موتور وانکل در کشور
موتورخاص/مجتبی خاجی
یکی از ویژگی‌های کمتر شناخته شده هواپیماهای بدون سرنشین ایران، دستیابی به تکنولوژی طراحی و ساخت یک نوع موتور با نام وانکل است. اگرچه این نوع موتور سال هاست در اختیار صنایع دفاعی کشورهایی چون آمریکا قرار دارد، اما دستیابی متخصصان ایرانی به این توانمندی آن هم در شرایط سخت تحریم کشور، گویای رشد و ارتقاء بسیار خوب سطح تکنولوژی دفاعی کشور است.
نوشته زیر بررسی کوتاه نحوه عملکرد و تأثیر این موتور بر توان هواپیماهای بدون سرنشین نیروهای مسلح کشورمان است.
موتورهای سری وانکل از انواع موتورهای احتراق داخلی و یا به عبارت دیگر درون سوز هستند. موتورهای درون سوز به موتورهایی گفته می شود که در آن ها مخلوط سوخت و اکسیدکننده (که معمولا اکسیژن یا هواست)، در داخل فضای بسته ای واکنش داده و محترق می‌شوند.
در اثر احتراق، گاز با دما و فشار بالا ایجاد می شود که باعث به حرکت درآمدن قطعات متحرک داخل موتور شده و باعث انجام کار می شود. موتورهای وانکل با استفاده از طراحی دورانی ساخته شده اند؛ موتورهای دورانی همانند موتورهای پیستونی، از انرژی فشار ایجاد شده به واسطه احتراق مخلوط سوخت و هوا، استفاده می کنند؛ در موتورهای پیستونی فشار ناشی از احتراق به پیستون ها نیرو وارد کرده و آن ها را به عقب و جلو می راند. شاتون و میل لنگ این حرکت رفت و برگشتی پیستون ها را به حرکت دورانی و قابل استفاده برای خودرو تبدیل می کنند. در صورتی که در موتورهای دورانی، فشار ناشی از احتراق، نیرویی را بر سطح یک روتور مثلث شکل که کاملا محفظه احتراق را نشت بندی کرده است، وارد می کند. این قطعه (روتور) همان چیزی است که به جای پیستون از آن استفاده می شود. روتور در مسیری بیضی شکل حرکت می کند؛ به گونه ای که همیشه سه رأس این روتور را در تماس با محفظه سیلندر نگه داشته و سه حجم جداگانه از گازها، بین سه سطح روتور و محفظه سیلندر ایجاد می کند.
هم چنان که روتور حرکت می کند، هر کدام از این سه حجم پی درپی منبسط و منقبض می شوند؛ و همین انقباض و انبساط است که مخلوط هوا و سوخت را به داخل سیلندر می کشد، آن را متراکم می کند، در طول فرآیند انبساط توان مفید تولید کرده و گازهای سوخته را بیرون می راند. موتورهای دورانی دارای سیستم جرقه و سوخت رسانی مشابه با موتورهای پیستونی هستند.
تولید توان
موتورهای دورانی همانند موتورهای رایج پیستونی از سیکل چهار زمانه استفاده می کنند که به شکل کاملا متفاوتی به خدمت گرفته شده است. قلب یک موتور دورانی روتور آن است، که به‌صورت کلی معادل پیستون در موتورهای پیستونی است.
روتور روی یک بادامک دایروی بزرگ محور خروجی سوار شده است. این بادامک از خط مرکزی محور خروجی فاصله داشته و همانند یک میل لنگ عمل می کند. چرخش روتور نیروی لازم جهت چرخش محور خروجی را تأمین کرده و هم زمان با چرخش روتور در محفظه، این قطعه، بادامک را در یک مسیر دایروی به حرکت درمی آورد؛ به قسمی که هر دور کامل روتور، منجر به سه دور چرخش محور خروجی می شود.
هم چنان که روتور درون محفظه حرکت می کند، سه حجم جداگانه ایجاد شده توسط روتور، نیز تغییر می کند. این تغییر سایز، باعث ایجاد فرآیند پمپ کردن می شود.
تفاوت ها با موتور معمولی
چند مورد زیر، موتورهای دورانی را از موتورهای پیستونی متمایز می کند:
1- قطعات متحرک کمتر:
موتورهای دورانی در مقایسه با موتورهای چهار زمانه پیستونی قطعات متحرک کمتری دارند. یک موتور دورانی دو روتوره، سه قطعه متحرک اصلی دارد: دو روتور و یک محور خروجی.
این در حالی ست که ساده ترین موتورهای پیستونی چهار سیلندر دست کم 40 قطعه متحرک دارند: پیستون ها، شاتون ها، میل لنگ، میل بادامک، سوپاپ ها، فنر سوپاپ ها، اسبک ها، تسمه تایمینگ و.... کم بودن قطعات متحرک می تواند دلیلی بر قابلیت اعتماد و اعتبار موتورهای دورانی باشد و به همین دلیل است که کارخانه های سازنده وسایل هوانوردی (هواپیما و کایت های با موتور احتراق داخلی) موتورهای دورانی را به موتورهای پیستونی ترجیح می دهند.
2- کارکرد نرم و بدون لرزش:
تمام قطعات موتور دورانی به طور پیوسته در حال چرخش، آن هم در یک جهت هستند که در مقایسه با تغییر جهت شدید قطعات متحرک در موتورهای پیستونی از ارجحیت خاصی برخوردارند.
موتورهای دورانی به دلیل تقارن خاص قطعات گردنده دارای بالانس داخلی است که هرگونه ارتعاشی را از بین می برد. همچنین انتقال قدرت در موتورهای دورانی نیز نرم تر است؛ زیرا هر احتراق در طول 90 درجه چرخش روتور حاصل می شود.
از آن جایی که چرخش محور خروجی سه برابر چرخش روتور است، پس هر احتراق در طول 270 درجه چرخش محورخروجی حاصل می شود. این یعنی یک موتور تک روتوره در سه ربع گردش محورخروجی خود، قدرت انتقال می دهد؛ اما در موتور تک سیلندر پیستونی احتراق در طول 180 درجه از دو دور گردش میل لنگ یا یک ربع گردش محور خروجی آن رخ می دهد.
