التصنيف: العلوم الميكانيكية

يمكن تصنيف السيارات من حيث الغرض منها إلى ثلاث مجموعات :
المجموعة الأولى : يدخل فيها كل السيارات المخصصة لنقل الركاب , بما فيها الأوتوبيسات ..
المجموعة الثانية : ويدخل فيها عربات النقل واللوارى التى قد تجهز وفقاً لاستخدماتها .
المجموعة الثالثة : ويدخل فيها المركبات الخاصة , مثل العربات ذات الأوناش , التى تستخدم على نطاق واسع فى مجالات الصناعة والتشييد والبناء .
وبالرغم من تعدد الأغراض التى تستخدم من أجلها السيارات , إلا أن هذه السيارات جميعها تعمل بنظرية واحدة .

و الوحدة المختصة بتوليد القوى فى السيارة هي محرك الإحتراق الداخلى الذى يغذى بالوقود السائل (البنزيت أو زيت الديزل) , فيمده بالقدرة اللازمة للمحرك , وتنتقل الحركة من المحرك , عن طريق مجموعات نقل الحركة (الدبرياج , صندوق التروس , عمود الكردان , الكرونة , مجموعة إدارة المحاور) إلى العجلات المديرة – إما من العجلتين الأماميتين , أو إلى العجلتين الخلفيتين .

ويتكون هيكل السيارة( الشاسيه) أومجموعات الحركة (الإطار المعدنى , المحاور , ومجموعة التعليق , والعجلات , وجهاز القيادة والتوجيه , والفرامل , ومجموعة العادم , ) .

. مقدمة عن كيفية عمل المحرك

عند إحتراق الوقود داخل المحرك تتحول الطاقة الكيميائية المختزنة بالوقود مباشرة إلى طاقة حركية . ففى أثناء عملية الإحتراق تتكون الغازات التى تأخذ فى التمدد فى كل إتجاه مسببة نشوء ضغط عالى . ويستفاد من هذا الضغط العالى ميكانيكياً فى تحريك الأجزاء والمكونات المختلفة للمحرك .

والشكل التالى يوضح المكونات الرئيسية لمحرك بنزين ( رباعى الأشواط ) :

يختلط الوقود السائل بالهواء ويذرى جزئياً فى المغذى (الكاربوراتير ) , فى جميع محركات البنزين , ثم يسحب ( يشفط ) هذا الخليط إلى الأسطوانات – نتيجة لتحرك الكباسات إلى أسفل – حيث يشتعل داخلها بواسطة شموع الشرر (البوجيهات).

حيث ينزلق كل كباس (بيستون) داخل أسطوانة نتيجة دفع الغازات الممتدة له , فيضغط هو بالتالى على العمود المرفقى (الكرنك) ناقلاً إليه الحركة عن طريق ذراع التوصيل (البيل) . وبذلك تتحول الحركة الترددية للكباس إلى حركة دورانية فى العمود المرفقى .

وتزود الكباسات بحلقات ( شنابر) لزيادة الإحكام بين الكباسات وبين جدران الأسطوانات ، ومنع إلتصاقها ( زرجنتها ) ببعضها البعض .

وتتصل النهاية الصغرى لذراع التوصيل (البيل) بالكباس بواسطة بنز الكباس الذى يمكنها من الحركة الدائرية كذلك .

وتركب الحدافة (الفولان) فى مؤخرة العمود المرفقى , وهى تعمل على تنظيم وسلامة دوران المحرك , كما أنها تجهز بإطار مسنن (ترس) للتعشيق بالترس الصغير ( البنيون ) الخاص بمبدئ الحركة (المارش) . ويطلق على مجموعة الكباس وبنز الكباس وذراع التوصيل والعمود المرفقى والحدافة , اسم مجموعة العمود المرفقى .

ويتم التحكم بوساطة الصمامات فى دخول خليط الوقود والهواء إلى الأسطوانات وخروج الغازات المحترقة منها , وتتحرك الصمامات عن طريق عمود الكامات (الحدبات) الموجود عادة فى علبة المرفق . وتكوّن الصمامات وعمود الكامات ووسيلة إدارته ما يعرف باسم مجموعة التحكم فى المحرك .

ويغلق قاع علبة المرفق بحوض الزيت ( الكارتير) الذى يعمل فى الوقت نفسه على الاحتفاظ بالزيت اللازم للتزييت . ويتصل هذا الحوض بعلبة المرفق إتصالاً محكماً يكفل عدم تسرب الزيت من سطح الاتصال .

أما المولد (الدينامو) فيوجد خارج جسم المحرك ويستمد منه حركته . وعندما يدور المحرك بسرعته الكافية يعمل المولد على الإمداد بتيار الإشعال , وتغذية بقية مستهلكات التيار , وشحن البطارية الإختزانية .

وأما مبدئ الحركة (المارش) فعبارة عن متور كهربائى صغير يبرز منه – عند تشغيله – ترس صغير( بنيون) يعشق بالإطار المسنن المركب بالحدافة ويديره , فتدور بالتالى مجموعة العمود المرفقى كلها .

ويطلق على أعلى موضع للكباس فى الأسطوانة اسم النقطة الميتة العليا , بينما يعرف أدنى موضع له باسم النقطة الميتة السفلى , والمسافة المقطوعة بين هذين الموضعين هو شوط الكباس (المشوار) . ويسمى الحجم المزاح فى هذا الشوط باسم إزاحة الكباس (الإزاحة).

والشوط هو حركة الكباس مرة واحدة من إحدى النقطتين الميتتين إلى النقطة الميتة الأخرى . أما حيز الإنضغاط فهو الحيز المحصور بين الكباس وهو فى النقطة الميتة العليا وبين رأس الأسطوانة .

وفى حيز الإنضغاط ينضغط خليط الوقود والهواء عندما يتحرك الكباس إلى أعلى , ثم يشتعل بالشرارة الكهربية .

والشوط فى المحرك الرباعى (ذى الدورة الرباعية الأشواط) هو المسافة المقطوعة بين النقطة الميتة العليا والنقطة الميتة السفلى (أو العكس) .
وفى كل شوط يدور العمود المرفقى بمقدار نصف لفة . وتقطع فى الدورة التامة الأشواط الأربعة التالية :

شوط السحب (الشفط) :

يسحب الكباس معه – فى أثناء تحركه إلى أسفل – خليط الوقود والهواء عن طريق صمام السحب المفتوح . فى حين يكون صمام العادم مغلقاً , ويغلق صمام السحب بمجرد وصول الكباس إلى النقطة الميتة السفلى , وبذلك ينتهى الشوط الأول . وفى هذه الحالة يكون العمود المرفقى قد أتم نصف لفة .

شوط الإنضغاط :

ينضغط خليط الوقود والهواء عندما يتحرك الكباس إلى أعلى للوصول إلى النقطة الميتة العليا , فى حين يكون الصمامان مغلقين , وعندئذ يكون العمود المرفقى قد أتم لفة كاملة .

شوط القدرة (الاحتراق) :

يتم الإشعال بعد لحظات من وصول الكباس إلى النقطة الميتة العليا , فيحترق الخليط المنضغط , وتتمدد الغازات بفعل الحرارة الناتجة من الاحتراق , فتدفع الكباس إلى أسفل , بينما يظل الصمامان مغلقين . وحينئذ يكون العمود المرفقى قد دار بمقدار لفة ونصف اللفة .

شوط العادم :

يتحرك الكباس – بعد إنجاز عمله – إلى أعلى , اتجاه النقطة الميتة العليا , دافعاً أمامه الغازات المحترقة لكسحها خارج الأسطوانة عن طريق صمام العادم المفتوح .

وبمجرد وصول الكباس إلى النقطة الميتة العليا يغلق صمام العادم , ويفتح فى الوقت نفسه صمام السحب , وفى هذه الحالة يكون العمود المرفقى قد أتم لفتين كاملتين .

ولتحقيق أقصى إستفادة ممكنة من الوقود , وللحصول على أحسن أداء , ينبغى عدم فتح أو غلق الصمامات , أو أو إجراء عملية الإشعال عندما يكون الكباس فى أى من النقطتين الميتتين , العليا والسفلى . ولكفالة الأداء الجيد للمحرك – حتى السرعات العالية – ينبغى , فى شوط السحب أن يكون صمام السحب مفتوحاً جزئياً قبل أن يبدأ الكباس فى التحرك إلى أسفل .

ومن الضرورى إجراء ذلك لضمان ملء الأسطوانة بالكامل من الخليط الجديد دون أن تعترض طريقه أى عوائق أو إختناقات – حتى عند أقصى سرعة للكباس .

كما أن للوصول إلى أداء جيد للمحرك عند السرعات العالية , يلزم إدخال أكبر شحنة من الخليط فى الأسطوانة , ولذلك يظل صمام السحب مفتوحاً عدة لحظات بعد وصول الكباس إلى النقطة الميتة السفلى , أى حتى عند بداية حركة الكباس إلى أعلى , لكفالة ملء الأسطوانة بأقصى شحنة ممكنة من خليط الوقود والهواء الذى يتجه دائماً إلى أعلى نتيجة طاقته الحركية .

ويحدث المثل فى نهاية شوط العادم , فيفتح صمام العادم جزئياً قبل نهاية شوط القدرة , أى قبل وصول الكباس إلى النقطة الميتة السفلى , ليسمح للغازات التى ما زالت تحت ضغط , بالتحرر بسرعة والهرب من العادم . ونتيجة لذلك يدفع الكباس الغازات المحترقة بأدنى ضغط مضاد (الذى يعتبر فقداً فى القدرة ) .

وللتخلص من الغازات المتبقية بعد إتمام شوط العادم يظل صمام العادم مفتوحاُ بعد أن يترك الكباس موضع النقطة الميتة العليا , أى فى الوقت نفسه الذى يكون فيه صمام السحب مفتوحاً .

وبذلك يتم كسح فراغ الإحتراق بأقل فقد ممكن فى خليط الوقود والهواء الجديد المعد للإحتراق .

بالإضافة إلى الموازنة بين قوة الرفع والوزن وبين قوة الدفع و قوة الجر (الإعاقة) فإن على الطائرات الحديثة أن تواجه تحدياً آخراً.
نعلم أن حدود الصوت (جدار الصوت) ليس جداراً بالمعنى الفيزيائي و إنما هو السرعة التي يتغير عندها تصرف تيار الهواء حول الطائرة بشكل فجائي.
طياروا مقاتلات الحرب العالمية الثانية (1939-1945) اصطدموا في البداية بهذا المدعو جداراً في المناورات العالية السرعة أثناء القتال. كان الطيارون -في هذه الحالات- يفقدون السيطرة على طائراتهم عندما تصطدم بالأمواج المتراكمة على سطوح التحكم إذ كانت تمنع سطوح التحكم من الحركة و تترك الطاقم يائسين، و بعد الحرب العالمية الثانية أمسك المصممون بخيوط مملكة الطيران فوق-الصوتي وبشكل أساسي للطيران الحربي و بالطبع للطيران التجاري أيضاً.
الطيران فوق-الصوتي عُرّف بأنه طيران بسرعة أكبر من سرعة الصوت العادية. يسير الصوت في الهواء عند مستوى سطح البحر بسرعة 1.200كم/س تقريباً (760ميل بالساعة)، عند هذه السرعة تنشأ موجة الصدمة من هواء مضغوط بشدة ويتراكم عند مقدمة ( أنف ) الطائرة، تنتقل موجة الصدمة هذه بزيادة السرعة إلى الخلف بزاوية حادة.
تم تحقيق الطيران فوق-الصوتي لأول مرة في عام 1947 على يدي الطائرة الصاروخ (Bell X-1) التي أطلقتها القوى الجوية، والطيار الذي قام بتجربتها هو (Chuck Yeager).

صورة تبين حالات الطيران (دون صوتي-صوتي-فوق صوتي)

انقر لتكبير الصورة

السرعة في الطيران فوق-الصوتي و ما يماثله تقاس بوحدات تدعى (أرقام ماخ) (Mach ******s) و التي تقدم النسبة بين سرعة الطائرة و سرعة الصوت في الهواء، فتعتبر الطائرة التي تطير بسرعة أقل من واحد ماخ بأنها تطير بسرعة تحت صوتيه (subsonic)، وعند ماخ واحد بأن الطائرة تطير بسرعة الصوت (transonic)، و إذا كانت سرعتها ما بين واحد إلى خمسة ماخ يقال عنها بأنها فوق صوتية (supersonic)، أما سرعة خمسة ماخ و ما فوق فإنها تدعى السرعة فوق الصوتية المفرطة (فرصوتي) (hypersonic).
طور المصممون في أوربا و الولايات المتحدة بنجاح جيلاً من المركبات الطائرة الحربية والذي بلغ أوجه في الأعوام 1960-1970 بالطائرات ذات سرعة 3ماخ كالطائرة السوفيتية المناورة (MiG-25 Foxbat) و القاذفة (XB-70 Valkyrie) و الطائرة التجسسية (SR-71).
تتحرك موجة الصدمة الناشئة عن طائرة بسرعة فوق صوتية وفوق صوتية مفرطة (supersonic and hypersonic) تتمثل بتغير مفاجئ في ضغط الهواء، هذا التغير يصل إلى الأرض كقنبلة صوتية، تتعلق طبيعتها بارتفاع الطائرة و بعد المستمع عن مسار الطائرة.
تعتبر القنابل الصوتية بشكل عام عند ارتفاعات منخفضة فوق المناطق المأهولة مشكلة لا يستهان بها ولهذا السبب منعت معظم الطائرات فوق-الصوتية من الاستخدام الدائم ضمن المسارات التي تمر بالمناطق المأهولة، و على سبيل المثال: الكونكورد (Anglo-French Concode) طائرة تجارية فوق-صوتية غالباً ما تطير ضمن مسارات تمر فوق المساحات المائية أو عبر مناطق ذات أعداد ضئيلة من السكان في العالم.
يعتقد المصممون اليوم أن بإمكانهم أن يساهموا في تقليل تأثير القنبلة الصوتية الناشئة عن الطائرات الاستثمارية فوق-الصوتية إلا أنهم يستبعدون إمكانية التخلص منها تماماً.
إن حدود الطيران فوق-الصوتي هو في الواقع واحدة من أكثر النقاط صعوبة وذلك لأن الطيران فوق-الصوتي يسبب حرارة عبر الاحتكاك، وعند سرعات عالية كهذه تصل درجة حرارة سطوح المركبة إلى درجات حرارة عالية، ولذلك فإنها تكون مصنوعة من معادن خاصة نوعاً ما في المناطق المعرضة للاحتكاك.
عندما تتحرك الطائرة بسرعة كبيرة جداً ترتفع درجة الحرارة فوق الحدود الآمنة للبنية الألومنيومية للطائرة. يملك التيتانيوم و العناصر الغالية مقاومة أكثر للحرارة، إلا أنه يصعب تصنيعها و تشكيلها.
استنتج مصمموا الطائرات بأن سرعة 2.7 ماخ هي تقريباً حول الحدود الاصطلاحية للمعادن الرخيصة نسبياً والوقود. وفوق هذه السرعة فإن الطائرة لابد وأنها ستحتاج إلى أن تكون مجهزة بمعادن أكثر مقاومة للحرارة و على الأغلب عليها أن تعثر على وسيلة لتبريد وقودها.

– طائرة Concorde –
ذات الأنف المدبب و الذي يميل إلى الأمام لحظة الإقلاع، و تطير طائرة الكونكورد الفرنسية هذه بسرعة تصل إلى ضعفي سرعة الصوت، أطلقت للمرة الأولى عام1976، إلا أنه وبسبب إحداثها لضجة شديدة أو ما يسمى بالقنابل الصوتية فإنها محدودة الإستخدام.

– القاذفة B-1B –
وهي طائرة تابعة للجوية الأميركية و ابتدأت B-1 عام 1970، وأوقف الرئيس كارتر هذا المشروع عام 1977 ثم أمر ريغان باستكمال تطوير هذه الطائرات فكانت B-1B عام 1981 و التي كلفت 250 مليون دولار، كما زودت الطائرة بأجنحة خاصة تمكنها من الطيران في السرعات المنخفضة أو السرعات فوق صوتية.

منقول للفائدة