به گزارش حلقه وصل، یکی از اخبار مهم در حوزه فناوریهای پیشرفته هوافضا که در روزهای اخیر منتشر شد، خبر ساخت موتور رمجت توسط یک شرکت دانش بنیان فعال در زمینه پیشرانش هوایی بود که چندان مورد توجه قرار نگرفت. البته کمی قبلتر و جریان بازدید رهبر معظم انقلاب اسلامی از نمایشگاه محصولات شرکت های دانش بنیان، تصویری از دو محصول شرکت فوق مشاهده شده بود که شامل یک موتور توربوجت (و احیانا) بخش هایی از بدنه بیرونی یک موتور «رمجت» است.
بخش هایی از بدنه موتور رمجت ساخت یک شرکت دانش بنیان ایرانی
موتور رمجت (Ramjet) چیست؟
تمامی انواع موتورهای توربین گاز، موتورهای راکتی شامل سوخت مایع و جامد و نیز موتورهای رمجت، اسکرمجت و... پیشرانه هایی هستند که بر اساس قانون عمل و عکس العمل کار کرده و از جت خروجی سیال، نیروی رانش را ایجاد میکنند. در این بین، موتورهای توربین گاز به عنوان موتورهای هواتنفسی و موتورهای راکتی به عنوان پیشرانههایی که سوخت و اکسیژن لازم برای احتراق را با خود حمل می کنند، بسیار پرکاربرد هستند. هر دو دسته این موتورها قابلیت کار در گستره بسیار وسیعی از سرعت شامل لحظه سکون وسیله تا سرعت های بالاتر از سرعت صوت را دارند.
اما در بین این پیشرانه ها به جز راکت سوخت جامد، سایر انواع، دارای اجزاء متعدد مکانیکی بوده که هم هزینه تمام شده توسعه، ساخت و آزمایش را بالا می برند و هم برای کسب قابلیت اطمینان کافی در سری های تولیدی باز هم به صرف هزینه های بالا احتیاج است. هزینه های سنگین دیگری نیز برای دوره عمر این موتورها باید صرف نگهداری و تعمیرات شود.
شکل گرافیکی از اجزاء داخلی یک موتور توربین گازی توربوجت که از صدها قطعه متحرک ساخته شده است
اما موتور رمجت که ایده اولیه آن توسط یک مهندس فرانسوی در 1913 داده شد، به طور کلی یک محفظه تقریباً خالی است که تعدادی نازل سوخت پاش در داخل آن قرار گرفته و به طور عمومی به هیچ جزء مکانیکی متحرک دیگری شامل کمپرسور، توربین، شفت و یا فن (در موتورهای توربوفن) احتیاج ندارد. در نتیجه این نوع موتور فرایند ساخت و تولید ساده تری داشته، سبک تر و کم حجم تر بوده و در دوره عمر نیز هزینه های پائینی دارد. به علاوه با توجه به اینکه پس از محترق شدن ترکیب هوا و سوخت بر خلاف موتورهای توربین گاز که گاز داغ به توربین برخورد کرده و برای چرخاندن آن، بخشی از انرژی جنبشی خود را از دست می دهد، در موتورهای رمجت، هیچ بخشی از انرژی جنبشی گاز حاصل از احتراق توسط هیچ جزئی گرفته نمی شود زیرا قطعه متحرکی وجود ندارد که به واسطه توربین نیاز به چرخاندن آن وجود داشته باشد.
شکل گرافیکی یک موتور رمجت
اما این نوع موتورها دارای یک مشکل بزرگ هستند و آن اینکه برای شروع کار خود، نیاز به دریافت انرژی از منبع بیرونی دارند. به بیان ساده تر، این موتورها باید توسط موتور دیگری به حرکت درآیند و پس از رسیدن به سرعت مشخصی، قابلیت کار خواهند داشت.
مشکل دیگر این موتورها، پیچیدگیهای خاص دانشی در مرحله توسعه است تا موتوری با عملکرد بهینه حاصل شود. البته راه دیگر، استفاده از سطوح متحرک در ورودی و خروجی این موتورها برای ایجاد کنترل بهتر روی فرایند تولید نیروی پیشران است.
یکی دیگر از چالش های توسعه موتورهای رمجت، دشواری کنترل فرایند احتراق در آنها نسبت به موتورهای توربینی که از چندین محفظه احتراق بهره می برند است. در واقع رمجت ها تنها از یک محفظه احتراق استفاده می کنند که آن هم خود بدنه داخلی موتور است. مشکل دیگر همینجا بروز می کند و آن هم مسائل مربوط به انتقال حرارت در داخل موتور و مواد مقاوم به حرارت است.
تفاوت موتورهای اسکرمجت با رمجت نیز در رخ دادن فرایند احتراق در سرعت مافوق صوت در این موتورها است در حالی که در موتور رمجت، سرعت هوا به زیر سرعت صوت در داخل موتور کاهش یافته و احتراق در سرعت فروصوت ولی بالاتر از سرعت جریان در محفظه احتراق موتورهای توربین گاز به انجام می رسد. همین لزوم کاهش سرعت در موتور رمجت، عامل کاسته شدن از کارایی آن است به طوری که در سرعت های بالای ماخ 5، موتورهای رمجت، بازدهی بسیار پائینی دارند زیرا باید سرعت هوا در داخل آن، به یک پنجم کاهش یابد. برای بهبود عملکرد در این شرایط، موتورهای اسکرمجت توسعه یافتند.
لازم به ذکر است توسعه موتورهای اسکرمجت همچنان یکی از موضوعات مورد بررسی در بین زمینه های تحقیقاتی در نیروی هوایی آمریکا است.
نمای نزدیک بخشی از بدنه موتور رمجت ساخت ایران
بر اساس توضیحات فوق می توان نتیجه گرفت که متخصصان کشورمان موفق به دستیابی و پیاده سازی دانش طراحی موتورهای رمجت، کنترل فرایند احتراق در آنها و مواد مقاومت به حرارت برای ساخت این نوع موتور شده اند.
نکته مهم تر و بسیار امید بخش، دستیابی به این فناوری ها و ساخت محصول در یک شرکت دانش بنیان است که در صورت حمایت و تثبیت رویه مشابه در شرکت های دیگر، قطعاً به شتاب بسیار بیشتر در توسعه محصولات دفاعی کشور با فناوری های روز و کارایی بالا می انجامد. گام بعدی قابل اجرا در این چنین شرکت هایی در صورت حمایت، توسعه اولین موتور اسکرمجت ایرانی می تواند باشد.
بخشی از بدنه موتور رمجت ایرانی
کاربرد موتورهای رمجت
با توجه به مطالب فوق و اینکه موتورهای رمجت در صورت طراحی صحیح، بازدهی بالاتری نسبت به موتورهای توربین گاز دارند، علاقمندی بالایی برای به کار گیری آنها در موشک ها و برخی پهپادها وجود دارد.
چندین نوع موشک پدافند هوایی ساخت انگلیس، آمریکا و شوروی سابق، چند نوع موشک هوا به سطح ضد کشتی و ضد رادار و نیز موشک هوا به هوا با این نوع موتور در دنیا ساخته شده است. در مجموع کشورهای آمریکا، انگلیس، فرانسه، روسیه، چین، تایوان و ژاپن از جمله کشورهایی هستند که موشک هایی را با موتور رمجت توسعه دادهاند.
پهپادهایی که از موتورهای راکتی برای تأمین انرژی اولیه استفاده میکنند نیز کاندیدای به کار گیری موتورهای رمجت هستند. البته با توجه به اینکه برتری و کارایی موتورهای رمجت در سرعت های بالا بیشتر است، در پهپادهایی که برای سرعت های فراصوت طراحی می شوند مانند پهپادهای هدف این نوع موتور عملکرد بهتری نسبت به انواع توربوجت دارد.
دو نمونه از هواپیماهای سرنشین دار و بدون سرنشین برخوردار از موتور رمجت، SR-71 و D-21 هستند که هر دو ساخت شرکت لاکهید و با مأموریت شناسایی بودند. این هواپیماها به سرعت پروازی بالای 3 ماخ دست می یافتند. هواپیمای SR-71 از موتور ترکیبی توربوجت و رمجت استفاده کرده و پهپاد D-21 نیز توسط یک هواپیما یا بوستر راکتی، مأموریت خود را شروع می کرد.
پهپاد D-21 (بالا) و هواپیمای SR-71 (پائین)
خانواده موشک های 3M9 مورد استفاده در سامانه مشهور پدافند هوایی سام-6 روسی که ساخت آن به دهه 1960 میلادی باز می گردد یکی از پرتولیدترین محصولات موشکی با موتور رمجت است. البته یک موتور راکتی سوخت جامد، انرژی اولیه برای حرکت این موشک از سرعت و ارتفاع صفر را تأمین میکند.
همچنین در بین محصولات جدید موشکی می توان به موشک هوا به هوای میان برد اروپایی متئور اشاره کرد که از موتور رمجت استفاده کرده و به برد اعلام شده 150 کیلومتر دست مییابد. این موشک 190 کیلوگرمی از سال 2016 وارد خدمت شده است.
موشک هوا به هوای متئور
همچنین موشکهای کروز خصوصاً انواع ضدکشتی نیز از جمله مشتریان استفاده از موتورهای رمجت هستند. موشک ضدکشتی فراصوت مشهور روسی P-800 اونیکس که به نام یاخونت نیز معروف است، از موتور رمجت برای مراحل پروازی پس از سرعت گرفتن توسط یک شتاب دهنده سوخت جامد راکتی استفاده می کند.
این موشک توانایی رسیدن به سرعت 1.2 تا 2.5 ماخ (2.5 برابر سرعت صوت) را دارد. نمونه توسعه مشترک هند و روسیه از این موشک به نام براهموس نیز با سرعت 2.8 ماخ توسعه یافته است. برای مقایسه باید گفت سرعت موشک های ضدکشتی کروز فعلی معرفی شده ایران در محدوده زیر یک ماخ است.
موشک یاخونت
یکی دیگر از موشک های مشهور ضدکشتی که هم به صورت سطح به سطح و هم هوا به سطح استفاده می شود و از پیشرانه رمجت استفاده می کند، موشک P-270 موسکیت است که به نام سانبرن نیز شناخته می شود. این موشک با سرعت 3 برابر سرعت صوت حرکت کرده و به برد بیشینه 250 کیلومتر دست می یابد. این موشک چهار ورودی هوا در اطراف بدنه خود دارد که هوای لازم برای موتور رمجت را تأمین میکنند.
موشک سانبرن
بنابراین دستیابی متخصصان کشورمان به فناوری طراحی و ساخت موتورهای رمجت، امکان دستیابی به موشک های ضدکشتی فراصوت بدون استفاده از موتورهای توربین گاز را تسهیل می کند و صرفه جویی وزنی حاصل از حذف موتورهای توربین گاز، صرف حمل سوخت بیشتر برای دستیابی به سرعت و برد مد نظر طراح می شود.
همچنین امکان ساخت پهپادهای با سرعت فراصوت خصوصاً برای عملیات هدف پروازی و یا در صورت نیاز برای عملیات های شناسایی نیز با ساخت موتورهای رمجت برای صنعت دفاعی کشور با دشواری های کمتری ممکن می شود.