روتور و استاتور

روتور و استاتوردر کل، کمپرسورهای محوری گذشته از جزئیات آنها از دو قسمت بسیار مهم و اساسی تشکیل میشوند که یکی شامل روتورها یا توربینهای گردنده است و دیگری را استاتورها تشکیل میدهند که در دید ظاهری کاملا مشابه روتورها هستند ولی تفاوتهای کاری و محاسباتی دارند. در شکل زیر مجموع کل توربینها و قسمتهای ثابت نشان داده شده است.

همانطوریکه میدانید در کمپرسور محوری حرکت جریان هوا موازی با محور چرخش است. این کمپرسور از تعدادی سطرهای (ردیف های مدور) ایرفویل آبشاری شکل تشکیل شده است. به سطرهایی که به شفت مرکزی متصل هستند و با سرعت بسیار بالایی میچرخند روتور گفته میشود که مجموعه ی توربینهای کمپرسور را در بر میگیرد.

به سطرهای دیگر که ثابت هستند و مانند روتور نمی چرخند استاتور گفته میشود. وظیفه ی استاتور افزایش فشار هوا و جلوگیری از حرکت مارپیچی آن حول محور طولی با یکسوسازی جریان موازی با محور طولی میباشد. شکل بالا فقط روتورها را نشان داده و استاتورهای آن بر روی بدنه کمپرسور نصب شده اند. در پست های پیش تصاویری از آنها را مشاهده کردید ولی در آنجا من آنها را معرفی نکردم. استاتورهای امروزی که در اکثر موتورهای جت مورد استفاده قرار میگیرد استاتورهای متغیر هستند. به این صورت که همه ی پره های استاتور بطور مساوی و موازی با یکدیگر تغییر زاویه داده و میزان کاهش سرعت را تغییر میدهند و با این مکانیزم امکان کاهش سریع دور موتور میسر شده است. در شکل زیر میزان تغییر زاویه را در یک استاتور مشاهده میکنید.

چون در گذشته امکان کاهش سریع دور و تغییر گشتاور در زمان کوتاهی نبود و یک نقطه ضعف برای این موتورها محسوب میشد این مکانیزم ساخته شد. از سمت دیگر عامل مهمتری که باعث ایجاد این مکانیزم شد نیاز به کاهش بیشتر سرعت جریان هوا بود که در سرعتهای بالا به آن نیاز بود. چون در سرعت های بالا که جریان هوا با سرعت وارد موتور میشود باید سرعت آن به قدری پایین بیاید که احتراق پذیر باشد. این مکانیزم این امکان را فراهم میکرد که با تغییر زاویه ی تیغه های استاتور به میزان بیشتری از سرعت هوا کاسته شود. در شکل زیر نمونه ی این مکانیزم مشاهده میشود که دارای بازوهای هیدرولیکی است.

به مقطع خاصی که با عبور هوا از اطراف آن ایجاد اختلاف فشار در بالا و پایین مقطع مینماید، ایرفویل گفته میشود و نیروی ایجاد شده نیروی آیرودینامیکی خوانده میشود. این شکل یک شکل کشیده ی دراز و باریک به شکل ماهی یا دوک است که جلوی آن گرد و عقب آن با زاویه کمی شکل مخروط می یابد. ایرفویل با مشخصات ذکر شده در مقطع عرضی یک جسم شکل داده شده تعریف و مورد بحث قرار میگیرد. ساده ترین مثال از یک ایرفویل مقطع عرضی یک بال هواپیماست که در شکل زیر قسمت های مختلف آنرا مشاهده میکنید.

خصوصیات ایرفویل گذشته از بال هواپیماها، اهمیت به سزایی در کاربردهای مهندسی و علمی در هواپیماها و کشتی ها، بالگردها، کمپرسورها، توربینها، فنها، پمپها، تونلهای باد کانالهای هیدرولیکی و آسیابها و خیلی کارها و صنایع و وسایل دیگر دارد. بیشتر مسائلی که در مورد ایرفویل با آن برخورد کردید مربوط به بال هواپیما میشود. یک کاربرد مهم و اساسی دیگر ایرفویل درتیغه ی توربین است و مربوط است به موتورهای توربینی و جت که دارای توربین و یا فن هستند. لازم به ذکر است که محاسبات ایرفویلهای توربینها به جهت اندازه ی مورد و شکل پیچیده تر و رفتارهای بیشتر به مراتب پیچیده تر و سخت تر از بال هواپیما میباشد. پیش از ارائه ی فرمولها(در پست بعدی) برخی تعاریف لازمند.
قسمت جلویی ایرفویل که لبه ی حمله (Leading Edge)نامیده میشود و اولین محل تماس با هوا میباشد و از نظر طراحی ظرافت و حساسیت بالایی دارد. قسمت انتهایی که لبه ی فرار (Trailing Edge)نامیده میشود و مانند یک لبه ی تیز است و در انتهای این محل هوای قسمت بالایی و قسمت پایینی به یکدیگر میرسند. روی آن که "سطح زبرین" یا "انحنایی رویی" (Upper Camber)نامیده میشود و زیر آن که "سطح زیرین" یا "انحنای زیرین" (Lower Camber)نامیده میشود. این مقطع، نسبت به یک خط مبنا که "خط وتر" نامیده میشود و لبه ی حمله را به لبه ی فرار متصل میکند تعریف میگردد.