پهپادهای ایرانی، اولین رقیب جهانی برای پرنده‌های بلندپرواز آمریکایی

شاید در همین ابتدا این سوال پیش آمده باشد که مگر یک موتور هوایی چیست که چنین اثری را برای آن قائل باشیم که برای فهم بهتر این مسئله و درک اهمیت این ماجرا بخش های مهم این دستاورد را به صورت بخش به بخش تشریح خواهیم کرد.

موتور توربوفن؛ شاه کلید ساخت هواپیماهای پیشرفته

امروزه اگر بخواهید هر هواپیمای جت پیشرفته ای (چه نظامی و چه غیر نظامی) را در یک مجموعه صنعت بسازید، یکی از بزرگترین چالش ها در مقابل شما بحث موتور خواهد بود و در بخش پیشران های جت در حال حاضر موتورهای توربوفن گزینه اصلی هستند. کشور ما پیش از این با موتورهای توربوجت اوج که بر اساس موتورهای J-۸۵ جنگنده اف ۵ توسعه پیدا کرده گام محکم اول در بخش هوایی را برداشته بود ولی هنوز تا رسیدن به بزرگان این عرصه در جهان فاصله محسوسی وجود داشت.

موتور توربوجت اوج ساخت ایران

موتور توربوفن جهش ۷۰۰

توربوفن نوعی موتور جت است که در آن بخش بزرگی از هوای مکیده شده، بدون رفتن به اتاق احتراق از روزنه انتهائی خارج می‌شود. توربوفن یک کمپرسورفن بسیار بزرگ در جلوی موتور دارد که نسبت زیادی از هوا پس از عبور از فن از فاصله بین فن و پوسته عبور کرده، در انتهای موتور با گازهای داغ خروجی موتور یکی می‌شوند و نیروی پیشرانه را افزایش می‌ دهد. توربوفن‌ ها کارایی بهتری نسبت توربوجت ها دارند؛ زیرا به حجم زیادی از هوا که از فن عبور می‌کند شتاب داده می‌ شود و با توجه به هوای کمی که از هسته موتور عبور می‌کند، نیروی پیشرانه زیادی تولید می‌کند. این موتورها می‌ توانند با تولید حرارت کم در مدت‌ زمان طولانی با سوختی کم و نزدیک به سطح زمین، به پرواز ادامه دهند و همین باعث می‌شود که امکان ردیابی آن‌ها توسط حسگرهای حرارتی یا رادارهای زمین بسیار کم باشد.

اصولاً وقتی از جنگنده نسل ۴ و بالاتر از آن صحبت می شود به یک موتور توربوفن نیاز است. برای نمونه در کشور ما جنگنده هایی مثل اف ۱۴ و میگ ۲۹ از نسل ۴ ها هستند که از موتورهای توربوفن اولیه بهره می برند. امروزه مدل های بسیار پیشرفته تر با توان بالاتر، عمر بیشتر و مصرف سوخت کمتر توسط چند کشور خاص تولید می شود . موتور جهش ۷۰۰ یک مینی توربوفن مخصوص پهپادها و هواپیماهای تجاری بسیار سبک حساب می شود و هنوز آماده استفاده برای جنگنده ها نیست اما مشخصا گام اول برای آشنایی صنایع دفاعیی ما با این فناوری و رسیدن به محصولات نهایی در این بخش است.

پره‌های تک ‌کریستال چیست و چه معنایی دارد؟

در هر موتور یک سری پره یا به عبارت دیگر تیغه هایی وجود دارد که با جریان هوا به گردش در می آیند. یکی از پیشرفته ترین روش های ساخت این پره ها که یکی از لبه های فناوری در بحث موتور سازی محسوب می شود بحث ساخت آنها به صورت تک کریستالی است که در اینجا ما با نوعی سوپر آلیاژ طرف هستیم. اما در ابتدا بد نیست سوپر آلیاژ را تعریف کنیم. سوپر یا ابرآلیاژ آلیاژی است که از نظر اکسایش و حفظ استحکام در مقابل "حرارت بیش از یک‌ سوم نقطه ذوب خود" مقاوم باشد.

عنصر پایه ابرآلیاژها، معمولا نیکل، کبالت یا آهن-نیکل است. ابرآلیاژ استحکام زیادی در دماهای بالا دارد و در برابر خزش، خوردگی و اکسایش مقاوم است. این مقاومت توسط عناصری نظیر آلومینیم و کروم ایجاد می‌شود. ساختار کریستالی این آلیاژها معمولا مکعبی وجه پر (FCC) است. عمده کاربرد ابرآلیاژها در قسمت‌های داغ توربین‌ های گاز (پره‌های توربین و محفظه احتراق) است که دمای گاز در این بخش‌ها به بیش از ۱۰۰۰ درجه سلسیوس می‌ رسد.

تکه ای از ابرآلیاژ ساخته شده بر پایه ماده نیکل برای موتور توربوفن RB۱۹۹ جنگنده تورنادو

سوپرآلیاژهای تک‌ کریستال (شبیه به مدلی که در موتور جدید ایرانی مورد استفاده قرار گرفته) نسبت به سوپر آلیاژهایی که دارای دانه‌ های جهت‌ دار و یا دانه‌ های هم محور می‌باشند در دماهای بالا عمر خزشی بیشتری دارند یعنی عمر آنها به مراتب بالاتر است. پره‌های تک‌کریستال اولین بار توسط شرکت Pratt & Whitney در سال ۱۹۸۲ میلادی در موتورهای توربین‌های هوایی بوئینگ ۷۶۷ و ایرباس A۳۱۰ مورد استفاده قرار گرفتند. از آن تاریخ تاکنون کلیه سازندگان توربین‌ های گازی هوایی و زمینی نظیر GE، زیمنس، میتسوبیشی و ... از این نوع پره‌ها به مقادیر زیاد در ساخت توربین‌های پیشرفته ساخت خود استفاده کرده‌اند.

بخشی از تیغه مورد استفاده در موتور ایرباس آ ۳۵۰ که به شیوه تک کریستالی ساخته شده

با توجه به کلیه مسائل، به هنگام طراحی یک آلیاژ ریختگی تک کریستال جهت کاربرد در شرایطی مانند پره‌های توربین‌های گازی زمینی مشخصات ذیل مورد نظر قرار می گیرد: قابلیت ریخته‌گری مناسب، قابلیت عملیات حرارتی، پایداری ساختار میکروسکوپی در دماهای بالا، استحکام خزشی مناسب و مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون مناسب. همانطور که توضیح داده شد سر ریز این فناوری از بخش دفاعی هم می تواند بخش هوانوردی غیر نظامی و هم بخش تولید توربین های زمینی را متحول کرده و یکی از نیازهای استراتژیک کشور ما در بخش تولید انرژی های نوین را نیز تامین کند.

جهش انقلابی پهپادهای ایرانی با جهش ۷۰۰

همان طور که در ابتدا نیز اشاره شد این موتور جدید در حقیقت برای پرنده های بدون سرنشین توسعه پیدا کرده و اعداد اعلام شده در خصوص این موتور و توانایی هایی که در اختیار کشور ما با این موتور قرار می گیرد حقیقتا قابل توجه است. این موتور که تراست یا نیروی خروجی آن در حدود ۷۰۰ کیلوگرم است برای استفاده روی پرنده ای تا وزن ۴ تن در نظر گرفته شده و می تواند ارتفاع پروازی پهپادهای ایرانی را به ۶۰ هزار پا برساند. این ارتفاع یعنی ۱۸ کیلومتر و چیزی در حد و اندازه های پهپاد جاسوسی RQ-۴ گلوبال هاوک.

درست است که گلوبال هاوک، مغلوب سامانه های پدافندی مدرن سپاه شد و می شود، اما ارتفاع پروازی و قدرت موتور آن قابل توجه بوده و پهپادهای ایرانی با این پیشران می توانند عملیات های مهمتر و دور از دسترس سامانه های راداری نسل جدید را اجرا کنند.

پهپاد گلوبال هاوک

برای نمونه بد نیست بدانید که ارتفاع پروازی برخی از بهترین پهپادهای ایرانی در حال حاضر چیزی در حدود ۲۴ هزار پا یا ۷.۳ کیلومتر است. وقتی ما از وزن برخاست حدود ۴ تن صحبت می کنیم یعنی پهپادی از نظر وزنی در حدود MQ-۹ ریپر که منتها از موتور جت استفاده کرده و در ارتفاعی بسیار بالاتر از پهپادهای عادی پرواز می کند. رهگیری و مقابله با این پرنده خصوصا برای سیستم های پدافندی زمین پایه سخت تر خواهد بود. زمان رسیدن این پرنده به هدف در موقعیت حساس، با محدودیت زمانی کمتر بوده و با قرار گرفتن در ارتفاع بالاتر مشخصا گستره دید و کنترل این آن نیز افزایش چشمگیری خواهد یافت.

پهپاد ریپر

البته توسعه پهپادهای دو موتوره جت - برای نمونه بر پایه پلتفرم سیمرغ - نیز می تواند از دیگر هدف های صنعت دفاعی ما باشد که در آن صورت می توان حتی به توانایی حمل مهمات بیش از ۱ تن نیز دست پیدا کرد . ذکر این نکته نیز مهم است که هیچ کدام از کشورهای منطقه دارای این چنین توانایی نبوده و جمهوری اسلامی ایران اولین کشور منطقه است که موتور جت توربوفنی را برای استفاده از پهپادهای خود توسعه می دهد. این حرکت وزنه ای فوق العاده سنگین برای قدرت دفاعی و بازدارندگی کشور و حتی نیروهای مقاومت در منطقه به حساب خواهد آمد.

در سطح جهانی نیز عملا به غیر از آمریکا، چین، برخی طرح های مشترک اروپایی و یک طرح اولیه از روسیه، عملا پهپاد جت آن هم مجهز به موتور توربوفن مسئله ای بسیار نادر و صرفا در اختیار کشورهای بسیار قدرتمند در حوزه فناوری های دفاعی است . در نهایت باید متذکر شد تا استفاده انبوه از این موتور، حتما چند سالی زمان نیاز خواهد بود اما طراحی و ساخت بومی آن به قدری مهم و اثرگذار است که قطعا سرعت پیشرفت و جایگاه صنعتی جمهوری اسلامی ایران در عرصه صنعت هوایی و سایر بخش های نیازمند به این موتور، در کمتر از یک دهه جهش و جایگاه ویژه ای پیدا خواهد کرد که در کمتر حوزه و عرصه دیگر صنعتی، همانند آن یافت می شود.