محرك دوار



المحرك الدوار هو نوع من محركات الاحتراق الداخلي الترددية ، وعادةً ما يُصمم بعدد فردي من الأسطوانات في كل صف بتكوين شعاعي . في معظم التصاميم، يبقى عمود المرفق ثابتًا أثناء التشغيل، بينما تدور علبة المرافق بأكملها والأسطوانات المتصلة بها حوله كوحدة واحدة. كان استخدامه الرئيسي في مجال الطيران، على الرغم من استخدامه أيضًا في بعض الدراجات النارية والسيارات .
استُخدمت المحركات الدوارة للطائرات على نطاق واسع كبديل للمحركات الخطية التقليدية ( المستقيمة أو على شكل حرف V ) خلال الحرب العالمية الأولى والسنوات التي سبقتها مباشرة. وقد وُصفت بأنها "حل فعال للغاية لمشاكل القدرة الناتجة والوزن والموثوقية". [ 1 ]
بحلول أوائل عشرينيات القرن العشرين، تم استبدال محركات الطائرات الدوارة إلى حد كبير بتكوينات محركات أخرى.
وصف
التمييز بين المحركات "الدوارة" والمحركات "الشعاعية"
المحرك الدوار هو في الأساس محرك دورة أوتو ، وعادةً ما تكون أسطواناته مرتبة شعاعيًا حول عمود مرفقي مركزي مثل المحرك الشعاعي التقليدي ، ولكن بدلاً من وجود علبة مرافق وأسطوانات ثابتة مع عمود مرفقي دوار ، تدور علبة المرافق والأسطوانات كوحدة واحدة بالنسبة للعمود المرفقي. في الشكل الأكثر شيوعًا، كان العمود المرفقي مثبتًا بإحكام على هيكل الطائرة، وكانت المروحة مثبتة بمسامير في مقدمة علبة المرافق .

يؤثر هذا الاختلاف أيضًا بشكل كبير على التصميم (التشحيم، والإشعال، وإدخال الوقود، والتبريد، وما إلى ذلك) والتشغيل (انظر أدناه).
يعرض متحف الطيران والفضاء في باريس نموذجاً خاصاً "مقطعياً" لمحرك ذي سبع أسطوانات مرتبة شعاعياً. ويتناوب هذا النموذج بين الوضعين الدوراني والشعاعي لتوضيح الفرق بين الحركات الداخلية لنوعي المحرك. [ 2 ]
ترتيب
على غرار المحركات الشعاعية "الثابتة"، كانت المحركات الدوارة تُصنع عمومًا بعدد فردي من الأسطوانات (عادةً 5 أو 7 أو 9)، وذلك للحفاظ على ترتيب إشعال ثابت بين كل مكبس وآخر، مما يضمن تشغيلًا سلسًا. أما المحركات الدوارة ذات العدد الزوجي من الأسطوانات فكانت في الغالب من نوع "الصفين".
تم ترتيب معظم المحركات الدوارة بحيث تشير الأسطوانات إلى الخارج من عمود مرفقي واحد، بنفس الشكل العام للمحرك الشعاعي، ولكن كانت هناك أيضًا محركات بوكسر دوارة [ 3 ] وحتى محركات دوارة أحادية الأسطوانة .
المزايا والعيوب
ساهمت ثلاثة عوامل رئيسية في نجاح المحرك الدوار في ذلك الوقت: [ 4 ]
- التشغيل السلس: كانت المحركات الدوارة توفر الطاقة بسلاسة شديدة لأنه (بالنسبة لنقطة تثبيت المحرك) لم تكن هناك أجزاء مترددة، وكانت الكتلة الدوارة الكبيرة نسبيًا لعلبة المرافق/الأسطوانات (كوحدة واحدة) بمثابة دولاب موازنة .
- تحسين التبريد: عندما كان المحرك يعمل، فإن مجموعة علبة المرافق/الأسطوانة الدوارة تخلق تدفق هواء تبريد سريع الحركة خاص بها ، حتى عندما تكون الطائرة في حالة سكون.
- ميزة الوزن: تشترك المحركات الدوارة مع المحركات الأخرى ذات التكوين الشعاعي في ميزة علبة المرافق الصغيرة والمسطحة. كما أن التبريد الهوائي الفائق الذي يوفره المحرك المتحرك يعني إمكانية تصنيع أسطوانات بجدران أرق وزعانف تبريد أقل عمقًا. وقد تعززت نسبة القدرة إلى الوزن بشكل أكبر بفضل تأثير دولاب الموازنة الناتج عن دوران مجموعة المحرك.
مع ازدياد موثوقية المحركات الثابتة وتحقيقها أوزاناً نوعية أفضل واستهلاكاً أقل للوقود، تم استبدال محركات الطائرات الدوارة تدريجياً.
- تستخدم محركات الطائرات الدوارة عمومًا نظام تزييت كامل الفقد . ولضمان وصول الزيت إلى جميع أجزاء المحرك، كان يُضخ إلى علبة المرافق عبر عمود المرفق المجوف، إلا أن قوة الطرد المركزي الناتجة عن دوران علبة المرافق كانت تُصعّب عملية جمع الزيت وإعادة تدويره. في الأنظمة الشائعة الاستخدام، كان الزيت يدخل إلى علبة المرافق مع خليط الوقود والهواء، كما هو الحال في العديد من محركات الشوطين .
- عادةً ما تترافق الزيادات في القدرة مع زيادات في الكتلة والحجم، [ 5 ] مما يزيد من التأثيرات الجيروسكوبية للكتلة الدوارة للمحرك. ولذلك، قد تتمتع الطائرات المزودة بهذه المحركات بخصائص تحكم غير عادية، خاصةً بالنسبة للطيارين عديمي الخبرة.
- تم استهلاك كميات متزايدة من الطاقة للتغلب على مقاومة الهواء للمحرك الدوار.
- بعض المحركات الدوارة كانت تحتوي على أدوات تحكم محدودة أو صعبة في المحرك (انظر أدناه)، مما قد يؤدي إلى هدر الوقود.
كان محرك بنتلي BR2 الذي ظهر في أواخر الحرب العالمية الأولى هو أكبر وأقوى محرك دوار؛ لقد وصل إلى نقطة لم يعد من الممكن تطوير هذا النوع من المحركات بعد ذلك، [ 6 ] وكان آخر محرك من نوعه يتم اعتماده في خدمة سلاح الجو الملكي البريطاني.
التحكم في المحرك الدوار
دوارات مونوسوباب
كثيراً ما يُزعم أن المحركات الدوارة لم تكن مزودة بصمام خانق ، وبالتالي لم يكن بالإمكان خفض الطاقة إلا عن طريق قطع الإشعال بشكل متقطع باستخدام مفتاح "نبضة" . وكانت هذه السمة مميزة بشكل خاص لنوع "مونوسوباب" (ذو الصمام الواحد)، الذي كان يسحب معظم الهواء إلى الأسطوانة عبر صمام العادم، الذي كان يبقى مفتوحاً لجزء من شوط المكبس الهابط. [ 7 ] وبالتالي، لم يكن بالإمكان التحكم في خليط الوقود والهواء في الأسطوانة عن طريق خنق مدخل علبة المرافق. لم يوفر نظام التحكم في الوقود في محرك المونوسوباب سوى درجة محدودة من تنظيم السرعة، حيث أن فتحه كان يجعل الخليط غنياً جداً، بينما إغلاقه كان يجعله فقيراً جداً؛ وكلا الحالتين المتطرفتين قد تؤديان إلى توقف المحرك بسرعة أو التسبب في تلفه. وقد احتوت النماذج المبكرة على شكل من أشكال توقيت الصمامات المتغير في محاولة لتوفير تحكم أكبر، لكن هذا تسبب في احتراق الصمامات، ولذلك تم التخلي عنه. [ 8 ]
كانت الطريقة الوحيدة لتشغيل بعض محركات مونوسوباب بسلاسة عند دورات منخفضة هي استخدام مفتاح يُغيّر تسلسل الإشعال المعتاد، بحيث يُشعل كل أسطوانة مرة واحدة فقط كل دورتين أو ثلاث دورات للمحرك، مع الحفاظ على توازن المحرك تقريبًا. [ 9 ] ومع ذلك، استمر الوقود والزيت في الدخول إلى الأسطوانات والخروج دون احتراق. وقد يؤدي الاستخدام المطوّل لهذا المفتاح إلى تراكم كميات كبيرة من الوقود والزيت غير المحترق في العادم والغطاء السفلي، مما يُشكّل خطرًا للحريق.
الدوارات "العادية"
كانت معظم المحركات الدوارة مزودة بصمامات سحب تقليدية، بحيث يدخل الوقود وزيت التشحيم إلى الأسطوانات ممزوجين مسبقًا بالهواء، كما هو الحال في محرك رباعي الأشواط تقليدي. ورغم أن دوران علبة المرافق حال دون استخدام مكربن تقليدي قادر على الحفاظ على نسبة ثابتة من الوقود إلى الهواء ضمن نطاق فتحات الخانق، إلا أنه كان من الممكن ضبط كمية الهواء المُزوَّدة عبر صمام رفرفي منفصل أو ما يُعرف بـ"أنبوب الضبط". وكان على الطيار ضبط الخانق على الوضع المطلوب، ثم ضبط خليط الوقود والهواء باستخدام ذراع "ضبط دقيق" منفصل يتحكم في صمام إمداد الهواء، على غرار التحكم اليدوي في الخانق. ونظرًا لقصور المحرك الدوار الكبير، كان من الممكن ضبط خليط الوقود والهواء المناسب بالتجربة والخطأ دون توقف المحرك، مع العلم أن هذا يختلف بين أنواع المحركات ويتطلب تدريبًا مكثفًا.
كان من الممكن خفض سرعة دوران المحرك أثناء تشغيله عن طريق إغلاق صمام الوقود إلى الوضع المطلوب مع إعادة ضبط خليط الوقود والهواء وفقًا لذلك. تطلبت هذه العملية أيضًا ضبطًا دقيقًا، لذا غالبًا ما كان يتم خفض الطاقة، خاصة عند الهبوط، عن طريق قطع الإشعال بشكل متقطع باستخدام مفتاح الإيقاف المؤقت.
كان لقطع الأسطوانات باستخدام مفاتيح الإشعال عيبٌ يتمثل في استمرار مرور الوقود عبر المحرك، مما يؤدي إلى تزييت شمعات الإشعال ويجعل إعادة التشغيل السلسة أمرًا صعبًا. كما يمكن أن يتجمع خليط الزيت والوقود غير المحترق في غطاء المحرك، مما يُشكل خطرًا للحريق عند استعادة الإشعال. ولذلك، كان يتم قطع جزء من الجزء السفلي لغطاء المحرك الدائري في العديد من الطائرات ذات المحركات الدوارة، أو تزويده بفتحات تصريف.
لا يزال طيارو الطائرات المتبقية أو المعاد إنتاجها والمجهزة بمحركات دوارة يجدون أن مفتاح التشغيل السريع مفيد أثناء الهبوط، لأنه يوفر طريقة أكثر موثوقية وأسرع لبدء تشغيل الطاقة إذا لزم الأمر، بدلاً من المخاطرة بتوقف مفاجئ للمحرك، أو فشل إعادة تشغيل المحرك الدوار في أسوأ لحظة ممكنة.
تاريخ
تمت مناقشة محركات البخار الدوارة في مقال نُشر عام 1847 في مجلة ساينتفك أمريكان باعتبارها غير عملية للاستخدام العام. [ 10 ]
الدخن

عرض فيليكس ميليه محركًا دوارًا بخمس أسطوانات مُدمجًا في عجلة دراجة هوائية في المعرض العالمي بباريس عام 1889. وكان ميليه قد حصل على براءة اختراع المحرك عام 1888، لذا يُعتبر رائدًا في مجال محركات الاحتراق الداخلي الدوارة. شاركت دراجة تعمل بمحركه في سباق باريس-بوردو-باريس عام 1895، وبدأ إنتاج هذا النظام من قِبل شركة داراك وشركاه في لندن عام 1900. [ 11 ]
هارجريف
قام لورانس هارجريف بتطوير محرك دوار لأول مرة عام 1889 باستخدام الهواء المضغوط، وكان ينوي استخدامه في الطيران الآلي. إلا أن وزن المواد ونقص جودة التصنيع حالا دون أن يصبح وحدة طاقة فعالة. [ 12 ]
بالزر
قام ستيفن إم. بالزر من نيويورك، وهو صانع ساعات سابق، بتصميم محركات دوارة في تسعينيات القرن التاسع عشر. [ 13 ] وقد كان مهتمًا بالتصميم الدوار لسببين رئيسيين:
- لتوليد 100 حصان (75 كيلوواط) عند سرعة الدوران المنخفضة التي كانت تعمل بها محركات ذلك الوقت، كانت النبضة الناتجة عن كل شوط احتراق كبيرة جدًا. ولتخميد هذه النبضات، احتاجت المحركات إلى دولاب موازنة كبير ، مما زاد من وزنها. في التصميم الدوار، يعمل المحرك كدولاب موازنة لنفسه، وبالتالي يمكن أن تكون المحركات الدوارة أخف وزنًا من المحركات التقليدية ذات الحجم المماثل.
- كانت الأسطوانات تتمتع بتدفق هواء تبريد جيد فوقها، حتى عندما كانت الطائرة متوقفة، وهو أمر بالغ الأهمية، نظرًا لأن السرعة الجوية المنخفضة للطائرات في ذلك الوقت كانت توفر تدفق هواء تبريد محدودًا، وكانت سبائك المعادن المستخدمة آنذاك أقل تطورًا. حتى أن تصاميم بالزر المبكرة استغنت عن زعانف التبريد، على الرغم من أن المحركات الدوارة اللاحقة كانت تتميز بهذه الخاصية الشائعة في المحركات المبردة بالهواء .
أنتج بالزر سيارة بمحرك دوار ثلاثي الأسطوانات عام 1894، ثم انخرط لاحقًا في محاولات لانغلي لبناء مطار ، الأمر الذي أدى إلى إفلاسه بينما كان يحاول صنع نسخ أكبر بكثير من محركاته. لاحقًا، قام مساعد لانغلي، تشارلز إم. مانلي ، بتحويل محرك بالزر الدوار إلى محرك شعاعي ثابت، مما أدى إلى ابتكار محرك مانلي-بالزر الشهير .
دي ديون-بوتون
أنتجت شركة دي ديون-بوتون الشهيرة محركًا دوارًا تجريبيًا رباعي الأسطوانات في عام 1899. وعلى الرغم من أنه كان مخصصًا للاستخدام في الطيران، إلا أنه لم يتم تركيبه على أي طائرة. [ 11 ]
آدامز-فارويل

أدت سيارات شركة آدامز -فارويل ، التي استخدمت نماذجها الأولية المتحركة محركات دوارة ثلاثية الأسطوانات صممها فاي أوليفر فارويل عام 1898، إلى إنتاج سيارات آدامز-فارويل بمحركات دوارة ثلاثية الأسطوانات في البداية، ثم بمحركات دوارة خماسية الأسطوانات في وقت لاحق من عام 1906، لتكون بذلك من أوائل شركات صناعة السيارات الأمريكية التي استخدمت محركات دوارة مصممة خصيصًا للاستخدام في السيارات. وقد رعى إميل برلينر تطوير مفهوم تصميم محرك آدامز-فارويل الدوار خماسي الأسطوانات كوحدة طاقة خفيفة الوزن لتجاربه غير الناجحة على طائرات الهليكوبتر. استُخدمت محركات آدامز-فارويل لاحقًا في تشغيل الطائرات ذات الأجنحة الثابتة في الولايات المتحدة بعد عام 1910. كما يُزعم أن تصميم غنوم مُشتق من تصميم آدامز-فارويل، حيث يُذكر أنه تم عرض سيارة من تصميم آدامز-فارويل على الجيش الفرنسي عام 1904. وعلى عكس محركات غنوم اللاحقة، ومثل محركات كليرجيه 9B وبنتلي BR1 الدوارة للطائرات، احتوت محركات آدامز-فارويل الدوارة على صمامات عادم وسحب تقليدية مثبتة في رؤوس الأسطوانات. [ 11 ]
قزم

كان محرك غنوم من ابتكار الإخوة الثلاثة سيغوين، لويس ولوران وأوغستين. كانوا مهندسين موهوبين وأحفاد المهندس الفرنسي الشهير مارك سيغوين . في عام 1906، أسس الأخ الأكبر، لويس، شركة Société des Moteurs Gnome [ 14 ] لتصنيع محركات ثابتة للاستخدام الصناعي، بعد أن حصل على ترخيص إنتاج محرك غنوم أحادي الأسطوانة الثابت من شركة Motorenfabrik Oberursel ، التي بدورها قامت بتصنيع محركات غنوم المرخصة للطائرات الألمانية خلال الحرب العالمية الأولى.
انضم إلى لويس شقيقه لوران الذي صمم محركًا دوارًا خصيصًا للاستخدام في الطائرات، مستخدمًا أسطوانات محرك غنوم . ويُقال إن أول محرك تجريبي للأخوين كان نموذجًا بخمس أسطوانات بقوة 34 حصانًا (25 كيلوواط) ، وكان محركًا شعاعيًا وليس دوارًا، ولكن لم يبقَ أي صور للنموذج التجريبي ذي الخمس أسطوانات. ثم اتجه الأخوان سيغوين إلى المحركات الدوارة سعيًا لتحسين التبريد، وعُرض أول محرك دوار إنتاجي في العالم، وهو محرك " أوميغا " ذو السبع أسطوانات والمبرد بالهواء بقوة 50 حصانًا (37 كيلوواط)، في معرض باريس للسيارات عام 1908. ولا يزال أول محرك غنوم أوميغا تم بناؤه موجودًا، وهو الآن ضمن مجموعة المتحف الوطني للطيران والفضاء التابع لمؤسسة سميثسونيان . [ 15 ] استخدم الأخوان سيغوين أقوى المواد المتاحة - سبيكة فولاذ النيكل المطورة حديثًا - وحافظا على انخفاض الوزن من خلال تصنيع المكونات من المعدن الصلب، باستخدام أفضل أدوات الآلات الأمريكية والألمانية لإنشاء مكونات المحرك. كان سمك جدار أسطوانة محرك جنوم بقوة 50 حصانًا 1.5 ملم فقط (0.059 بوصة)، بينما صُنعت قضبان التوصيل بقنوات مركزية عميقة لتقليل الوزن. ورغم انخفاض قوته نسبيًا من حيث وحدات الطاقة لكل لتر، إلا أن نسبة قوته إلى وزنه كانت ممتازة، حيث بلغت 1 حصان (0.75 كيلوواط) لكل كيلوغرام.
في العام التالي، 1909، قام المخترع روجر رافو بتركيب محرك جنوم على طائرته المائية "إيروسكاف "، وهي مزيج بين طائرة وقارب مائي ، شارك بها في مسابقات القوارب الآلية والطيران في موناكو. وقد ساهم استخدام هنري فارمان لمحرك جنوم في معرض ريمس الشهير للطائرات في ذلك العام في شهرته، حيث فاز بالجائزة الكبرى لأطول مسافة طيران متواصلة بلغت 180 كيلومترًا (110 أميال) ، كما سجل رقمًا قياسيًا عالميًا في الطيران التحمّلي. أما أول رحلة طيران ناجحة لطائرة مائية، وهي طائرة " لو كانارد" لهنري فابر ، فقد كانت تعمل بمحرك جنوم أوميغا في 28 مارس 1910، بالقرب من مرسيليا .
ازداد إنتاج محركات غنوم الدوارة بسرعة، حيث بلغ إنتاجها حوالي 4000 محرك قبل الحرب العالمية الأولى، كما أنتجت غنوم نسخة ثنائية الصفوف (محرك دبل أوميغا بقوة 100 حصان)، ومحرك غنوم لامدا الأكبر بقوة 80 حصان ، ومحرك دبل لامدا ثنائي الصفوف بقوة 160 حصان. وبالمقارنة مع محركات تلك الفترة، لم يُعتبر محرك غنوم متقلب المزاج، ويُنسب إليه الفضل في كونه أول محرك قادر على العمل لمدة عشر ساعات متواصلة بين عمليات الصيانة. [ 16 ]
في عام 1913، قدم الأخوان سيغوين سلسلة محركات مونوسوباب (ذات الصمام الواحد)، التي استبدلت صمامات السحب في المكابس بصمام واحد في كل رأس أسطوانة، يعمل كصمام سحب وعادم. وكانت سرعة المحرك تُتحكم بتغيير مدة فتح صمامات العادم ومدى فتحها باستخدام أذرع تعمل على بكرات الصمامات، وهو نظام تم التخلي عنه لاحقًا بسبب احتراق الصمامات. كان وزن محرك مونوسوباب أقل قليلًا من محركات الصمامين السابقة، وكان يستهلك كمية أقل من زيت التشحيم. صُمم محرك مونوسوباب بقوة 100 حصان بتسع أسطوانات، وكان يُنتج طاقته المقدرة عند 1200 دورة في الدقيقة. [ 17 ] أما محرك غنوم 9N الدوار ذو التسع أسطوانات بقوة 160 حصان، فقد استخدم تصميم صمامات مونوسوباب مع إضافة عامل أمان يتمثل في نظام إشعال مزدوج ، وكان آخر تصميم معروف لمحرك دوار يستخدم هذا النوع من صمامات رأس الأسطوانة. يتميز محرك 9N بنظام إشعال غير تقليدي يسمح بتحقيق قيم خرج تبلغ نصف وربع وثمن مستويات الطاقة، وذلك باستخدام مفتاح الكوب ومفتاح دوار خاص بخمسة أوضاع يختار أحد مستويات الطاقة الثلاثة البديلة عند الضغط على مفتاح الكوب، مما يسمح بقطع جهد الشرارة عن جميع الأسطوانات التسع، على فترات متساوية لتحقيق مستويات متعددة من خفض الطاقة. [ 18 ] وتُظهر طائرة فوكر دي.8 المقاتلة أحادية السطح ذات السقف المظلي، المُعاد إنتاجها والصالحة للطيران في مطار أولد راينبيك، والتي تعمل بشكل فريد بمحرك جنوم 9N، استخدام قدرة خرج جنوم 9N ذات المستويات الأربعة في كل من الاختبارات الأرضية [ 19 ] وفي الجو.

استخدمت المحركات الدوارة التي أنتجتها شركتا كليرجيه ولو رون صمامات تقليدية تعمل بقضيب دفع في رأس الأسطوانة، ولكنها استخدمت نفس مبدأ سحب خليط الوقود عبر عمود المرفق، مع وجود أنابيب سحب نحاسية بارزة في محركات لو رون تمتد من علبة المرافق إلى الجزء العلوي من كل أسطوانة لإدخال شحنة السحب.
كان محرك غنوم ذو الأسطوانات السبع بقوة 80 حصانًا (60 كيلوواط) هو المحرك القياسي عند اندلاع الحرب العالمية الأولى، وكان يُعرف باسم غنوم لامدا، وسرعان ما انتشر استخدامه في العديد من تصاميم الطائرات. وقد كان أداؤه متميزًا لدرجة أنه حصل على ترخيص من عدد من الشركات، بما في ذلك شركة موتورينفابريك أوبرورسيل الألمانية التي صممت محرك غنوم الأصلي. لاحقًا، استحوذت شركة فوكر على أوبرورسيل ، وأُطلق على نسختها من محرك غنوم لامدا بقوة 80 حصانًا اسم أوبرورسيل يو.أو. ولم يكن من النادر أن تُستخدم محركات غنوم لامدا الفرنسية، كما في النماذج الأولى من طائرة بريستول سكاوت ثنائية السطح ، في الطائرات الألمانية، حيث كانت تُستخدم في طائرات فوكر إي آي إينديكر في القتال، بدءًا من النصف الثاني من عام 1915.
كانت المحاولات الوحيدة لإنتاج محركات دوارة ثنائية الصفوف بكميات كبيرة من قبل شركة غنوم، بتصميمها "دابل لامدا" ذي الأربعة عشر أسطوانة بقوة 160 حصانًا، ونسخة شركة أوبرورسيل الألمانية من تصميم "دابل لامدا" خلال الحرب العالمية الأولى، وهي محرك U.III بنفس القدرة. في حين أن أحد نماذج "دابل لامدا" زوّد إحدى طائرات ديبيردوسين أحادية الهيكل المخصصة للسباقات بالطاقة، محققًا سرعة قياسية عالمية بلغت حوالي 204 كم/ساعة (126 ميل/ساعة) في سبتمبر 1913، فإن محرك أوبرورسيل U.III معروف فقط بتركيبه في عدد قليل من الطائرات العسكرية الألمانية، وهما المقاتلة أحادية السطح فوكر E.IV والمقاتلة ثنائية السطح فوكر D.III ، ويعود فشلهما في أن تصبحا طائرات قتالية ناجحة جزئيًا إلى رداءة جودة المحرك الألماني، الذي كان عرضة للتلف بعد ساعات قليلة فقط من الطيران القتالي.
الحرب العالمية الأولى

كانت نسبة القوة إلى الوزن المواتية للمحركات الدوارة ميزتها الأكبر. فبينما اعتمدت الطائرات الأكبر حجماً والأثقل وزناً بشكل شبه حصري على المحركات الخطية التقليدية، فضّل العديد من مصممي الطائرات المقاتلة المحركات الدوارة حتى نهاية الحرب.
كانت للمحركات الدوارة عدة عيوب، أبرزها استهلاكها المرتفع للوقود، ويعود ذلك جزئيًا إلى تشغيل المحرك عادةً بأقصى طاقته، وأيضًا لأن توقيت الصمامات كان غالبًا دون المستوى الأمثل. كما كان استهلاك الزيت مرتفعًا جدًا. نظرًا لنظام الكربنة البدائي وعدم وجود حوض زيت حقيقي ، كان يُضاف زيت التشحيم إلى خليط الوقود والهواء. هذا ما جعل أبخرة المحرك كثيفة الدخان نتيجة احتراق الزيت جزئيًا. كان زيت الخروع هو المُشحِّم المُفضَّل، لأن خصائصه التشحيمية لم تتأثر بوجود الوقود، ولم يكن ميله لتكوين الصمغ ذا صلة في نظام التشحيم ذي الفقد الكلي. ومن الآثار الجانبية المؤسفة أن طياري الحرب العالمية الأولى استنشقوا وابتلعوا كمية كبيرة من الزيت أثناء الطيران، مما أدى إلى إصابتهم بإسهال مزمن . [ 20 ] وكانت ملابس الطيران التي يرتديها طيارو المحركات الدوارة مُشبعة بالزيت بشكل روتيني.
جعلت الكتلة الدوارة للمحرك منه، في الواقع، جيروسكوبًا كبيرًا . لم يكن هذا التأثير واضحًا بشكل خاص أثناء الطيران الأفقي، ولكن عند الانعطاف، أصبح التبادر الجيروسكوبي ملحوظًا. نظرًا لاتجاه دوران المحرك، تطلبت الانعطافات إلى اليسار جهدًا وكانت بطيئة نسبيًا، مصحوبة بميل للارتفاع، بينما كانت الانعطافات إلى اليمين شبه فورية، مع ميل للانخفاض. [ 21 ] في بعض الطائرات، قد يكون هذا مفيدًا في مواقف مثل الاشتباكات الجوية. عانت طائرة سوبويث كاميل لدرجة أنها احتاجت إلى الدفة اليسرى لكل من الانعطافات إلى اليسار واليمين، وقد تكون خطيرة للغاية إذا استخدم الطيار كامل الطاقة في أعلى حلقة عند سرعات جوية منخفضة. تم تحذير طياري كاميل المتدربين من محاولة أولى انعطافاتهم الحادة إلى اليمين فقط على ارتفاعات تزيد عن 300 متر (1000 قدم) . [ 22 ] استخدم العدو الألماني الأكثر شهرة لطائرة كاميل، وهي طائرة فوكر Dr.I ثلاثية الأجنحة ، محركًا دوارًا، وعادة ما يكون نسخة Oberursel Ur.II من محرك Le Rhone 9J بقوة 110 حصانًا المصنوع في فرنسا .
حتى قبل الحرب العالمية الأولى، بُذلت محاولات للتغلب على مشكلة القصور الذاتي في المحركات الدوارة. ففي عام 1906، عرض تشارلز بنجامين ريدروب على سلاح الجو الملكي في هندون محركًا "عديم رد الفعل" يدور فيه عمود المرفق في اتجاه واحد وكتلة الأسطوانات في الاتجاه المعاكس، حيث يدير كل منهما مروحة. وفي عام 1914، طوّر ريدروب محرك "هارت" عديم رد الفعل، الذي يحتوي على مروحة واحدة متصلة بعمود المرفق، لكنها تدور في الاتجاه المعاكس لكتلة الأسطوانات، مما يلغي إلى حد كبير التأثيرات السلبية. إلا أن هذا التصميم أثبت تعقيده الشديد، ما حال دون تشغيله بكفاءة، فغيّر ريدروب التصميم إلى محرك شعاعي ثابت، جُرّب لاحقًا في طائرتي فيكرز FB12b و FB16 التجريبيتين ، [ 23 ] ولكن دون جدوى.
مع تقدم الحرب، طالب مصممو الطائرات بقدرات متزايدة باستمرار. استطاعت المحركات الخطية تلبية هذا الطلب بتحسين حدود دورانها القصوى، مما يعني مزيدًا من القوة. وقد ساهمت التحسينات في توقيت الصمامات وأنظمة الإشعال والمواد خفيفة الوزن في جعل هذه الدورات العالية ممكنة، وبحلول نهاية الحرب، ارتفع متوسط سرعة دوران المحرك من 1200 دورة في الدقيقة إلى 2000 دورة في الدقيقة. لم تستطع المحركات الدوارة فعل الشيء نفسه بسبب مقاومة الهواء الناتجة عن دوران الأسطوانات. على سبيل المثال، إذا زاد محرك من طرازات أوائل الحرب، يعمل بسرعة 1200 دورة في الدقيقة، سرعة دورانه إلى 1400 دورة في الدقيقة فقط، فإن مقاومة الهواء على الأسطوانات تزداد بنسبة 36%، لأن مقاومة الهواء تتناسب طرديًا مع مربع السرعة. عند سرعات دوران منخفضة، يمكن تجاهل مقاومة الهواء، ولكن مع ارتفاع عدد الدورات، يستهلك المحرك الدوار المزيد من الطاقة في تدوير المحرك، مما يقلل الطاقة المتبقية لتوفير قوة دفع فعالة للمروحة.

تصميمات سيمنز-هالسكي ثنائية الدوارة
قامت شركة سيمنز بمحاولة ذكية لإنقاذ التصميم، على غرار مفهوم محرك ريدروب البريطاني "عديم رد الفعل" . دارت علبة المرافق (مع بقاء المروحة مثبتة مباشرة في مقدمتها) والأسطوانات عكس اتجاه عقارب الساعة بسرعة 900 دورة في الدقيقة، كما يُرى من الخارج من زاوية "الأنف"، بينما دار عمود المرفق (الذي، على عكس التصاميم الأخرى، لم "يبرز" من علبة المرافق) والأجزاء الداخلية الأخرى في اتجاه عقارب الساعة بنفس السرعة، بحيث كانت المجموعة تعمل فعليًا بسرعة 1800 دورة في الدقيقة. وقد تحقق ذلك باستخدام تروس مخروطية في الجزء الخلفي من علبة المرافق، مما أدى إلى إنتاج محرك سيمنز-هالسكه Sh.III ذي الأحد عشر أسطوانة ، والذي يتميز بمقاومة أقل وعزم دوران صافٍ أقل. [ 24 ] : 4-5 استُخدم هذا المحرك الجديد في العديد من طائرات أواخر الحرب، ولا سيما مقاتلة سيمنز-شوكيرت D.IV ، حيث ساهمت سرعة تشغيله المنخفضة، بالإضافة إلى المراوح الكبيرة ذات الشفرات الخشنة التي كانت تحتوي أحيانًا على أربع شفرات (كما في طائرة SSW D.IV)، في منح الطائرات التي تعمل به معدلات صعود فائقة، حتى أن بعض نماذج محرك Sh.IIIa من الإنتاج المتأخر قيل إنها كانت تُنتج ما يصل إلى 240 حصانًا. [ 24 ] : 12
تم تصميم طائرة جديدة تعمل بمحرك دوار، وهي طائرة فوكر D.VIII الخاصة ، جزئيًا على الأقل لتوفير بعض الاستخدام لمخزون مصنع أوبرورسيل من محركات Ur.II التي تبلغ قوتها 110 حصان (82 كيلوواط) والتي كانت زائدة عن الحاجة ، وهي نفسها نسخ من محرك Le Rhône 9J الدوار.
بسبب الحصار الذي فرضه الحلفاء على الملاحة البحرية، عجز الألمان بشكل متزايد عن الحصول على زيت الخروع اللازم لتزييت محركاتهم الدوارة بشكل صحيح. ولم تكن البدائل مُرضية تمامًا، إذ تسببت في ارتفاع درجات حرارة التشغيل وتقليل عمر المحرك. [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]
ما بعد الحرب
مع انتهاء الحرب، أصبح المحرك الدوار قديمًا، واختفى من الخدمة سريعًا. وربما استخدم سلاح الجو الملكي البريطاني المحركات الدوارة لفترة أطول من معظم مشغلي الطائرات الآخرين. فقد استخدمت طائرة سوبويث سنايب ، المقاتلة القياسية لسلاح الجو الملكي البريطاني بعد الحرب، محرك بنتلي BR2 الدوار، الذي كان الأقوى على الإطلاق (بقوة 230 حصانًا (170 كيلوواط) ) الذي صنعه الحلفاء في الحرب العالمية الأولى . أما طائرة التدريب القياسية لسلاح الجو الملكي البريطاني في السنوات الأولى بعد الحرب، وهي طائرة أفرو 504 K التي يعود تاريخها إلى عام 1914، فكانت مزودة بقاعدة تثبيت عالمية تسمح باستخدام أنواع مختلفة من المحركات الدوارة منخفضة الطاقة، والتي كان هناك فائض كبير منها. وبالمثل، خدمت طائرة التدريب المتقدمة السويدية FVM Ö1 Tummelisa ، المزودة بمحرك دوار من طراز لو-رون-ثولين بقوة 90 حصانًا (67 كيلوواط) ، حتى منتصف الثلاثينيات.
كان على المصممين الموازنة بين رخص محركات فائض الحرب وضعف كفاءتها في استهلاك الوقود وتكاليف تشغيل نظام التشحيم الكلي الخاص بها، وبحلول منتصف عشرينيات القرن الماضي، تم استبدال المحركات الدوارة بشكل كامل تقريبًا حتى في الخدمة البريطانية، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى الجيل الجديد من المحركات الشعاعية "الثابتة" المبردة بالهواء مثل Armstrong Siddeley Jaguar و Bristol Jupiter .
استمرت التجارب المتعلقة بمفهوم المحرك الدوار.
استخدم الإصدار الأول من محرك ميشيل لعام 1921، وهو محرك كامة ذو مكابس متقابلة غير مألوف ، مبدأ المحرك الدوار، حيث كان "كتلة الأسطوانات" تدور. وسرعان ما استُبدل هذا الإصدار بإصدار آخر بنفس الأسطوانات والكامة، ولكن بأسطوانات ثابتة ومسار كامة يدور بدلاً من عمود المرفق. وفي إصدار لاحق، تم الاستغناء عن الكامة تمامًا واستُخدمت ثلاثة أعمدة مرفق متصلة.
بحلول عام 1930، قام رائدا صناعة المروحيات السوفيتية، بوريس ن. يوريف وأليكسي م. تشيريموخين، وكلاهما يعملان في المعهد المركزي للديناميكا الهوائية (TsAGI)، ببناء واحدة من أوائل آلات الرفع العملية ذات الدوار الأحادي، وهي مروحيتهم TsAGI 1-EA ذات الدوار الأحادي، والتي تعمل بمحركين دوارين من طراز M-2 من تصميم وبناء سوفيتيين، وهما نسخ مطورة من محرك Gnome Monosoupape الدوار الذي استُخدم في الحرب العالمية الأولى. وسجلت مروحية TsAGI 1-EA رقماً قياسياً غير رسمي في الارتفاع بلغ 605 أمتار (1985 قدماً) عندما قادها تشيريموخين في 14 أغسطس 1932 مستخدماً محركيها الدوارين من طراز M-2. [ 28 ]
يُستخدم في السيارات والدراجات النارية
على الرغم من أن المحركات الدوارة كانت تُستخدم في الغالب في الطائرات، إلا أن بعض السيارات والدراجات النارية صُنعت بمحركات دوارة. ولعل أولها دراجة ميليه النارية عام 1892. ومن الدراجات النارية الشهيرة التي فازت بالعديد من السباقات دراجة ميغولا ، التي احتوت على محرك دوار داخل العجلة الأمامية. ومن الدراجات النارية الأخرى التي زُوّدت بمحرك دوار دراجة ريدروب راديال عام 1912 من تصميم تشارلز ريدروب ، والتي كانت مزودة بمحرك دوار ثلاثي الأسطوانات سعة 303 سم مكعب، وقد ركّب ريدروب هذا المحرك في عدد من دراجاته النارية.
في عام 1904 تم بناء محرك باري ، الذي صممه ريدروب أيضًا، في ويلز: محرك بوكسر دوار ثنائي الأسطوانات يزن 6.5 كجم [ 3 ] تم تركيبه داخل إطار دراجة نارية.
استخدمت دراجة ميغولا الألمانية التي ظهرت في أوائل عشرينيات القرن العشرين محركًا دوارًا بخمس أسطوانات ضمن تصميم العجلة الأمامية.
في أربعينيات القرن العشرين، قام سيريل بولين بتطوير عجلة الطاقة ، وهي عجلة مزودة بمحرك دوار أحادي الأسطوانة ، وقابض وفرامل أسطوانية داخل المحور، لكنها لم تدخل حيز الإنتاج أبداً.
محركات دوارة أخرى
إلى جانب تصميم الأسطوانات المتحركة حول عمود مرفقي ثابت، تُعرف العديد من تصميمات المحركات المختلفة أيضًا باسم المحركات الدوارة . يُعد محرك وانكل الدوار ، وهو أبرز المحركات الدوارة عديمة المكابس، مستخدمًا من قبل شركة NSU في سيارة Ro80 ، ومن قبل شركة مازدا في مجموعة متنوعة من السيارات مثل سلسلة RX، وفي بعض تطبيقات الطيران.
في أواخر سبعينيات القرن الماضي، تم اختبار محرك تجريبي يُدعى "بريكلين-تيرنر روتاري في" . [ 29 ] [ 30 ] يشبه محرك "روتاري في" في تصميمه محرك البخار ذي الكوع . تتصل أزواج المكابس كعناصر صلبة على شكل حرف V، حيث يطفو كل طرف في زوج من مجموعات الأسطوانات الدوارة. تُضبط محاور مجموعات الأسطوانات الدوارة بزاوية V واسعة. تتحرك المكابس في كل مجموعة أسطوانات بشكل متوازٍ مع بعضها البعض بدلاً من التحرك في اتجاه شعاعي. لم يُنتج هذا التصميم من المحرك. كان من المُفترض أن يُشغل محرك "روتاري في" قاطرة " بريكلين إس في-1" .
انظر أيضاً
ملحوظات
- ↑ ناحوم، أندرو (1999). المحرك الدوار للطائرات . شركة NMSI للتجارة المحدودة. ص 40. ISBN 1-900747-12-X.
- ↑ فيديو من موقع Vimeo لعرض نموذج حركي مقطعي متناوب بين الدوران والقطري في متحف الطيران . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2019-07-02 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2016-11-07 .
- 1 2 "تشارلز بنجامين ريدروب" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 15 يوليو 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 أبريل 2008 .
- ↑ ملاحظات فنية صادرة عن مجلس الطيران ، مجلس الطيران التابع لسلاح الجو الملكي البريطاني، 1917. أعيد طبعها بواسطة خدمات كامدن للآلات البخارية المصغرة، 1997
- ↑ على سبيل المثال، قارن بين Gnome Monosoupape و Bentley BR2
- ↑ غانستون، بيل (1986). الموسوعة العالمية لمحركات الطائرات . ويلينغبورو: باتريك ستيفنز. ص 22-26 .
- ↑ ماكوتشون، كيمبل د. "محرك غنوم أحادي المروحة من النوع N الدوار" (ملف PDF) . الجمعية التاريخية لمحركات الطائرات . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 يوليو 2026 .
- ↑ ناحوم، أندرو (1999). المحرك الدوار للطائرات . شركة NMSI للتجارة المحدودة. الصفحات 44-45 . ISBN 1-900747-12-X.
- ↑ دونوفان، فرانك روبرت (1962). النسور الأوائل . دود، ميد. ص 154.
- ↑ "محركات البخار الدوارة" . مجلة ساينتفك أمريكان . المجلد 3، العدد 10. 27 نوفمبر 1847. ص 75. تم الاطلاع عليه في 9 مارس 2026 – عبر ويكي مصدر.
- 1 2 3 ناحوم، أندرو (1999). المحرك الدوار للطائرات . شركة NMSI للتجارة المحدودة. ص 20. ISBN 1-900747-12-X.
- ↑ إنجليس، أميرة (1983). "لورانس هارجريف (1850-1915)" . قاموس السير الأسترالي . المجلد 9. المركز الوطني للسير، الجامعة الوطنية الأسترالية . ISBN 978-0-522-84459-7ISSN 1833-7538 . OCLC 70677943. تاريخ الاسترجاع: 19 أغسطس 2025 .
- ↑ "براءات اختراع سيارات بالزر" . المتحف الوطني للتاريخ الأمريكي. 2016-11-02. مؤرشف من الأصل في 2011-06-30 . تم الاطلاع عليه في 2011-06-29 .
- ^ “سافران” (بالفرنسية). مؤرشفة من الأصلي بتاريخ 28-02-2011 . تم الاسترجاع 2009-09-14 .
في 6 يونيو 1905، أسس لويس ولوران سيغان شركة محركات جنوم في جينيفيلييه
- ↑ "محرك غنوم أوميغا رقم 1 الدوار" . مؤسسة سميثسونيان. مؤرشف من الأصل في 19 أبريل 2012. تم الاطلاع عليه في 14 أبريل 2012 .
- ↑ جينشي، جوزيبي؛ سورج، فرانشيسكو (2012)، "المحرك الدوار الهوائي من 1908 إلى 1918" ، في كوتسير، تون؛ تشيكاريلي، ماركو (محرران)، استكشافات في تاريخ الآلات والآليات ، المجلد 15، دوردريخت: سبرينغر هولندا، الصفحات 349-362 ، doi : 10.1007/978-94-007-4132-4_24 ، ISBN 978-94-007-4131-7تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 ديسمبر 2022
- ↑ فيفيان، إي. تشارلز (2004). تاريخ علم الطيران . دار نشر كيسينجر. ص 255. ISBN 1-4191-0156-0.
- ↑ مورين، فريد؛ فيليبس، تيري. " (أ) نظرة على محرك غنوم 9N الدوار" . kozaero.com . كوز آيرو. مؤرشف من الأصل في 9 يونيو 2021. تم الاسترجاع في 13 أغسطس 2021.
للحفاظ على تشغيل المحرك بسلاسة عند إعدادات الطاقة المنخفضة، كان من الضروري أن يقوم مفتاح الاختيار بفصل جميع الأسطوانات على فترات متساوية. كما كان من المفيد تشغيل جميع الأسطوانات بشكل دوري للحفاظ على دفئها ومنع تراكم الزيت على شمعات الإشعال. يحتوي مفتاح الاختيار على خمسة أوضاع، صفر (0) للإيقاف وأربعة أوضاع تشغيل، من واحد إلى أربعة (1-4) (انظر الصورة 5). كان محرك غنوم 9N مزودًا بمغناطيسين (وشمعتي إشعال لكل أسطوانة)، وكان مفتاح الاختيار موصولًا بالمغناطيس الأيمن فقط، لذلك كان من الضروري للطيار إيقاف تشغيل المغناطيس الأيسر إذا أراد تغيير سرعة المحرك.
- ↑ تشغيل وإقلاع طائرة فوكر دي.8 في مطار أولد راينبيك ( يوتيوب). مطار أولد راينبيك: شولوم. 4 أغسطس 2019. يبدأ الحدث من الدقيقة 0:12 إلى 2:00. مؤرشف من الأصل بتاريخ 13 أغسطس 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 أغسطس 2021 .
- ↑ آرثر غولد لي (2012). قمرة القيادة المفتوحة: طيار في سلاح الجو الملكي . دار نشر غراب ستريت. رقم ISBN 978-1-908117-25-0.
- ↑ ماكوتشون، كيمبل د. "محرك غنوم أحادي الشكل الدوار من النوع N" (ملف PDF) . الجمعية التاريخية لمحركات الطائرات. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 6 يوليو 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 مايو 2008 .
- ↑ أبزغ ، مالكولم جيه؛ إي. يوجين لارابي (2002). استقرار الطائرة والتحكم بها . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 9. ISBN 0-521-80992-4.
- ↑ فيرني، ويليام (2007). رجل السكين والشوكة - حياة وأعمال تشارلز بنجامين ريدروب . دار ديزل للنشر. رقم ISBN 978-0-9554455-0-7.
- 1 2 غراي، بيتر ل. (1966). الطائرات في لمحة عامة رقم 86 - سيمنز شوكيرت دي.3 و4 . ليذرهيد، سري، إنجلترا: منشورات بروفايل.
- ↑ غيلمارتن، جون ف. الابن (1994). "التكنولوجيا والاستراتيجية: ما هي الحدود؟". مؤرخان في التكنولوجيا والحرب . كلية الحرب التابعة لجيش الولايات المتحدة ، معهد الدراسات الاستراتيجية . ص 10. ISBN 1428915222.
- ↑ فيشر، سوزان هايز (1999). "إنتاج الطائرات خلال الحرب". في سبنسر سي. تاكر ؛ لورا ماتيسيك وود؛ جاستن دي. مورفي (محررون). القوى الأوروبية في الحرب العالمية الأولى: موسوعة . تايلور وفرانسيس . ص 10. ISBN 081533351X.
- ↑ لجنة التجارة الدولية بالولايات المتحدة (1921). مسوحات معلومات التعريفة الجمركية على المواد الواردة في الفقرتين 44 و45 من قانون التعريفة الجمركية لعام 1913. واشنطن العاصمة: مكتب النشر الحكومي للولايات المتحدة . ص 40.
- ↑ سافين، ألكسندر. "TsAGI 1-EA". مؤرشف في 26 يناير 2009 في Wayback Machine ctrl-c.liu.se، 24 مارس 1997. تم استرجاعه في 12 ديسمبر 2010.
- ↑ مجلة العلوم الشعبية، أغسطس 1974
- ↑ مجلة العلوم الشعبية، أبريل 1976
روابط خارجية
- متحف باريس للطيران يجمع بين عرض الحركة الحركية لوظائف المحرك "الدوار" و"الشعاعي".
- سميثسونيان NASM غنوم أوميغا رقم 1 صفحة
- صفحة سميثسونيان NASM لو رون 9J مؤرشفة بتاريخ 10 يوليو 2018 على موقع Wayback Machine
- رسم متحرك لآلة غنوم الدوارة أثناء العمل
- موقع راي ويليامز الإلكتروني للمحرك الدوار المصغر القابل للتشغيل
- محرك دوار يعمل فقط بالهواء المضغوط
- مجموعة محركات تشارلز ريدروب
- فيديو لمحرك غنوم أوميغا لعام 1909 - تم تشغيله في أبريل 2009
- محرك بريكلين-تيرنر الدوار على شكل حرف V
- محرك ثنائي الدوران من تصميم فرانكي ديفاير، مؤرشف بتاريخ 3 مارس 2011 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
- تكنولوجيا المحركات
- تكوينات محركات المكبس
- محركات الدراجات النارية
- المحركات الدوارة
