افزایش راندمان موتور‌های ترکیبی هایپرسونیک با اختراع دانش‌آموخته دانشگاه آزاد

به گزارش خبرنگار خبرگزاری علم و فناوری آنا، مسابقات بین‌المللی و تخصصی اختراعات کشور سوئیس هر سال زیر نظر و حمایت مستقیم دولت فدرال سوئیس و شهردار ژنو و با حمایت سازمان مالکیت فکری ملل متحد WIPO، حمایت فدراسیون جهانی مخترعین IFIA، سازمان‌های علمی و تحقیقاتی و مراکز مرتبط با مخترعان و وزارتخانه‌های علوم، آموزش و تحقیقات بیش از ۴۵ کشور ازجمله فرانسه، آلمان، رومانی، روسیه، کرواسی، مالزی، مجارستان پرتغال، هلند، اسپانیا، کره جنوبی، تایوان، ایران و... برگزار می‌شود.

تاکنون جوانان کشور بار‌ها توانسته‌اند در این مسابقات رتبه‌های بالا را در چند سال اخیر کسب کنند. مسعود عرب‌عامری دانش‌آموخته مهندسی عمران دانشگاه آزاد اسلامی واحد شاهرود نیز یکی از این جوانان است که در تکمیل اختراع قبلی خود توانسته با اختراع «موتور هیدروجت هیبرید هایپرسونیک عمودپرواز» برای بار دوم مدال طلای جشنواره اختراعات سوئیس را این بار در سال ۲۰۲۳ کسب کند.

عنوان اصلی ثبت‌شده این اختراع "Hydro jet Hybrid Hypersonic Vertical Flight Engine" که معادل فارسی آن «موتور هیدروجت هیبرید هایپرسونیک عمودپرواز» است توانست با نظر هیئت داوران مدال طلای سومین دوره مسابقات فدراسیون بین‌المللی مخترعین (IFIA) در ژنو سوئیس در سال ۲۰۲۳ را از آن کشور کند.

هدف و کاربرد‌های موتور هیدروجت هیبرید هایپرسونیک عمودپرواز

هدف از این اختراع افزایش راندمان موتور‌های ترکیبی هایپرسونیک در شرایط مختلف و ذخیره انرژی به شکل انرژی الکتریکی و نیز ذخیره هیدروژن است که با توجه‌ به آلودگی حاصل از سوخت‌های فسیلی در این اختراع روشی برای استفاده از انفجار کنترل شده هیدروژن و بهینه کردن آن ارائه شده که وجود سیستم جرقه‌زن ولتاژ بالای غیرتماسی القایی را در این سیستم توجیه می‌کند.

از این موتور در صنایع هوایی، عمودپرواز‌ها و هایپرسونیک‌ها، انواع پهپاد، هواپیما‌های تجاری برای برخاستن و نشستن عمودی در جایگاه‌های با سطح محدود از بخش پرواز عمودی با کنترل زاویه ورود و خروج هوا می‌توان استفاده کرد و سپس برای دستیابی به‌سرعت دو ماخ با تغییر جهت موتور توربینی پرواز افقی صورت می‌گیرد. در آخرین مرحله با تغییر زاویه دریچه‌های هدایت هوا در موتور توربینی به حداقل سرعت گردش رسیده و عملکرد موتور رم جت پرواز هایپرسونیک را ممکن می‌سازد. در مراحل پرواز بدون اتکا به نیروی الکتریکی از انفجار کنترل شده هیدروژن برای افزایش دما استفاده می‌شود.

کاربرد دیگر این اختراع در صنعت ربات‌ها به‌ویژه مگا ربات‌های پروازی است. می‌توان از نیروی الکتریکی تولیدشده و نیروی محوری برای گردش ژنراتور نیروگاه‌ها و پمپاژ مشتقات نفتی و سیستم‌های برودتی و حرارتی و ایرپمپ‌ها بهره گرفت. بخش توربینی این موتور گزینه‌ای مناسب در ایجاد گشتاور در نیروگاه‌ها و سایر صنایع حمل‌ونقل محسوب می‌شود. در واقع با اندکی تغییر در قسمت توربینی در نیروگاه و صنعت نفت می‌توان از آن بهره‌مند شد که به دلیل استفاده هم‌زمان از نیروی بخش توربینی سوختی الکتریکی و بخش رم جت امکان ایجاد راندمان مناسب را دارد.

بخش‌های اصلی و نحوه عملکرد موتور هیدروجت هیبرید هایپرسونیک عمودپرواز

طراحی این موتور به‌صورت تمام روتور متقارن بدون نیاز به استاتور و با کمترین تعداد قطعات ثابت در بخش توربینی انجام و از یک موتور توربینی عمود محور با گردش متقارن قطعات گردنده در خلاف جهت یکدیگر تشکیل شده است. سایر بخش‌ها به‌اختصار شامل الکتروموتور مولد دوبخشی در بالا و پایین بخش توربینی موتور احتراقی، کانال هوای اصلاح شده موتور هایپرسونیک مجهز به دریچه‌های قابل تنظیم ورود خروج زاویه هوا، کمپرسور هوا و هیدرو پمپ، جک‌ها و موتور‌های هیدرولیکی و نئوماتیکی، سنسور‌های سنجش تعداد و زاویه دوران شفت دما و جریان ورود به کمپرسور و خروجی توربین و خروجی اگزوز، باطری‌های هیبرید، دریچه کنترل مکاترونیکی ورود و خروج هوا به منطقه کم‌فشار کمپرسور، دریچه‌های الکترونیکی کنترل زاویه پرواز به کمک تغییر زاویه نیروی پسا بدون اتکا بر تغییر جهت بال‌ها، کنترل‌کننده‌های مکانیکی و الکترونیکی دمای باطری‌ها، محافظ ورودی هوا، قطعات و نازل‌های سوخت و شمع‌های مولد جرقه و سیستم جرقه‌زن ولتاژ بالای ضد نویز با قابلیت گردش است.

در این موتور ترکیبی دستیابی به‌سرعت مافوق صوت توسط بخش توربینی امکان‌پذیر بوده و در سرعت بیش از سه ماخ، عملکرد شکل ورودی کانال هوا بدون اتکا به موتور عمود محور توربینی سبب تراکم در ناحیه تنگنا می‌شود و پس از احتراق و انبساط حجم سیال هوا افزایش چشمگیر نیروی تراست ممکن شده است.

مزایای موتور هیدروجت هیبرید هایپرسونیک عمودپرواز

نخستین مزیت موتور هیدروجت هیبرید هایپرسونیک عمودپرواز در مقایسه با دیگر موتور‌های جت تولید نیروی تراست در حالت برخاستن و نشستن عمودی و عبور از سرعت صوت و دستیابی به بیش از ۵ برابر آن بوده در این اختراع با متقارن کردن گشتاور موتور توربینی سوختی/الکتریکی و قرارگیری آن در کانال غیر توربینی که سبب تغییر شکل مطلوب بخش غیر توربینی عملگر در هایپرسونیک شده، کنترل زاویه پرواز در حرکت عمودی به حداکثر مقدار خود رسیده به‌علاوه زمان رسیدن به حداکثر قدرت پیش‌ران در کمترین زمان و امکان دستیابی به چندین برابر سرعت صوت میسر شده است.

موتوری سازگار با محیط‌زیست

موتور هیدروجت هیبرید هایپرسونیک عمودپرواز با بهره‌مندی از تنوع در استفاده از سوخت‌ها ازجمله هیدروژن می‌تواند تولید حداقل آلایندگی نسبت به نیروی تولیدی خروجی را به ارمغان آورد.

مشکل لرزش و ابعاد بزرگ موتور‌ها و عدم امنیت به دلیل ازکارافتادن یکی از موتور‌ها و کنترل زاویه در حین پرواز عمودی و روشن نگه‌داشتن شعله در سرعت بالا (محدوده هایپرسونیک) و حجم نسبتاً بالا به دلیل وجود استاتور‌ها مشکلات اساسی موتور‌های رم جت است. در این اختراع با متقارن کردن موتور در دو بخش کمپرسور و توربین و گردش عمودی با استفاده از قانون ژیروسکوپ در علم فیزیک این مشکل‌ها رفع شده و در مواقع مورد نیاز موتور‌های سوختی و موتور‌های الکتریکی می‌توانند به کمک هم‌توان فوق‌العاده‌ای را ایجاد کرده و پرواز عمودی را در دمای پایین به‌راحتی میسر کنند.

به گزارش آنا، مسعود عرب‌عامری برنده دو دوره مدال طلای سوئیس در طراحی موتور جت و مدال نقره در طراحی سیستم بازیافت انرژی نیروگاه در سوئیس و مدال نقره نورنبرگ آلمان در دستگاه افزایش نیروی پسا، است. وی متولد شاهرود و دانش‌آموخته مهندسی عمران از دانشگاه آزاد اسلامی شاهرود و مهندسی سخت‌افزار کامپیوتر از دانشگاه پیام نور بوده که با ۲۱ سال تجربه در زمینه تجهیزات امنیتی اماکن و الکترونیک خودرو اختراعات فراوانی در زمینه موتور جت و خودروی هیدروژن‌سوز، الکترونیک، مکانیک، مکاترونیک، معماری، مهندسی پزشکی، صنعت خودرو، عمران ساختمان، تأسیسات ساختمان، لوازم‌خانگی و تجهیزات برقی آرایشگاه و تجهیزات آزمایشگاهی به ثبت رسانده از سال ۱۳۸۵ تاکنون بیش از ۵۳ اختراع داخلی و بین‌المللی را ثبت و یا در سمت مشاور ایده‌ها را به اختراع تبدیل کرده و آخرین اختراع او موتور هیدروجت هیبرید هایپرسونیک عمودپرواز است که در جشنواره اختراعات سوئیس ۲۰۲۳ توانست برای دومین بار مدال طلا را از آن خود و کشور کند.