كتب أنواع الفوهات

فوهة ذات مساحة مقطع ثابتة

تحتوي المحركات التي تعمل عند سرعات دون الصوتية وغير مزودة بحارق لاحق على فوهات ذات مساحة مقطع ثابتة، وذلك بسبب أن التغيرات الحادثة في أداء المحرك مع تغير الارتفاع والسرعات دون الصوتية، تُعتبر تغيرات مقبولة مع استخدام الفوهة الثابتة. يختلف الأمر في حالة السرعات فوق الصوتية، كما هو مذكور لطائرة كونكورد في أسفل المقالة.

فوهة الحارق اللاحق أو الفوهة متغيرة المساحة

تتطلب الحارقات اللاحقة في الطائرات المقاتلة فوهات أكبر لمنع أي تأثير سلبي قد يحدث على تشغيل المحرك. تتكون الفوهة متغيرة المساحة قزحية الشكل من مجموعة من الألواح المتتالية والمتداخلة، لتكون مساحة مقطع للفوهة دائرية الشكل تقريباً، وتتقارب هذه الألواح للتحكم في تشغيل المحرك.

عند طيران الطائرة بسرعات فوق الصوتية، قد تُتبع فوهة الحارق اللاحق بفوهة متباعدة منفصلة على شكل فوهة قاذفة أو قد تتحد مع فوهة الحارق اللاحق في شكل الفوهة المتقارب المتباعد والمتغير في مساحة المقطع.

كانت الحارقات اللاحقة المبكرة إما مفتوحة أو مغلقة، وتستخدم فوهة صدفية الشكل أو جفنية الشكل لها وضعين (الغلق والفتح)، وتعطي فقط مساحة مقطع واحدة ليستخدمها الحارق.

فوهة قاذفة

يُشير القاذف إلى ضخ غازات العادم الساخنة جداً وعالية السرعة إلى الهواء المحيط مع تحكم الشكل الداخلي المتباعد للفوهة في عملية تمدد الغازات. يقيد تدفق الهواء غازات العادم في شكل متقارب عند السرعات دون الصوتية. عند تشغيل الحارق اللاحق وعند تسارع الطائرة، تتوسع الفوهتان مكونان شكلاً متقارباً متباعداً، فتتسارع غازات العادم فوق سرعة 1 ماخ (تتجاوز سرعة الصوت). تستخدم المحركات الأكثر تعقيداً تدفق هواء آخر لتقليل مساحة مقطع الخروج عند السرعات المنخفضة. 

تمتاز الفوهة الدافعة ببساطة تصميمها وفعاليتها في الحالات التي تكون فيها ألواح المرحلة الثانية من الفوهة مثبتة في مواضعها بواسطة قوى الضغط. قد تستخدم الفوهة الدافعة أيضاً كمية من الهواء الداخل للمحرك غير لازمة له. تتغير كمية الهواء هذه مع دورة الطيران، وتتأقلم الفوهة الدافعة لموازنة تدفق الهواء بين نظام السحب والمحرك. كان الاستخدام الكفء لهذا الهواء ضرورياً للطائرات التي كان يجب أن تطير بكفاءة عند سرعات فوق الصوتية لفترات زمنية طويلة، ولذلك استُخدم في طائرة اس آر-71 وطائرة كونكورد وطائرة إكس بي-70 فالكيري.

يعتبر الغلاف الأسطواني الثابت المحيط بفوهة الحارق اللاحق في محرك جيه 85 في طائرة تي 38 تالون، مثالاً بسيطاً للفوهة الدافعة. استُخدمت تعقيدات أكثر في محرك برات أند ويتني جيه 58 لطائرة اس آر-71، ومحرك تي إف 30 لطائرة إف 111. استخدم كلا المحركين ألواح في المرحلة الثالثة للفوهة تغلق وتفتح عند السرعات المنخفضة، وألواح طافية متداخلة للفوهة النهائية. تم تثبيت ألواح المرحلة الثالثة والمرحلة النهائية من الفوهة في مواضعهم بواسطة اتزان الضغط الداخلي من غازات العادم للمحرك والضغط الخارجي من محيط الطائرة.

كان تشغيل المرحلة الثانية من الفوهة مرتبط ميكانيكاً بفوهة الحارق اللاحق في الطائرات المبكرة التي استخدمت محرك جيهه 79 مثل طائرة إف 104 و إف 4 و ايه 5 فيجيلانت. شُغلت الفوهة النهائية ميكانيكاً بشكل منفصل عن فوهة الحارق اللاحق في الطائرات اللاحقة التي استخدمت محرك جيه 79. أدى ذلك لتحسين الكفاءة (تطابق مساحة مقطع الخروج الأساسية أو الثانوية بشكل أفضل مع حالات السرعات المرتفعة فوق الصوتية) عند 2 ماخ (كما في طائرة كونفير بي 58 هوستلر)  و 3 ماخ.

فوهة متقاربة متباعدة متغيرة الشكل

تُستخدم الفوهات المتقاربة المتباعدة متغيرة الشكل في المحركات العنفية المروحية، التي لا تحتاج إلى تدفق هواء ثانوي، يُضخ بواسطة فوهة المحرك. لا تحتاج هذه المحركات إلى هواء التبريد الخارجي الذي تحتاجه المحركات العنفية النفاثة.

قد تكون الفوهة المتباعدة مُدمجة مع ألواح فوهة الحارق اللاحق، بامتداد مائل بعد نقطة الخنق للفوهة. تتحرك ألواح الفوهة في مسارات منحنية في اتجاه المحور، مع دورانها، مما يزيد من مساحة الخنق للحارق اللاحق، بينما تزداد مساحة مقطع الجزء التالي من الفوهة ويتباعد ليوفر مزيداً من التمدد للغازات عند السرعات الأعلى. يُعتبر محرك برات آند ويتني تي إف-30 المستخدم في طائرة إف 14 مثالاً تطبيقياً على ذلك.

قد تتصل الألواح الرئيسية والثانوية للفوهة معاً، وتُشغل بنفس الألية للتحكم في الحارق اللاحق، وتوفير نسبة تمدد مرتفعة في الضغط في الفوهة كما في محرك إي جيه 200 المستخدم في طائرة إيروفايتر، وأمثلة أخرى في طائرات إف 15 و إف 16 و بي 11 بي.

فوهة توجيه الدفع

تكون عاكسات الدفع في بعض المحركات موجودة داخل الفوهة نفسها، وتُعرف بعاكسات الدفع الموجهة. تقسم الفوهة إلى نصفين، يقتربان من بعض لإعادة توجيه غازات العادم إلى الأمام. بما أن مساحة مقطع الفوهة يكون لها تأثير على عمل المحرك، فإنه يجب وضع عاكس الدفع على بعد صحيح من الأنبوب النفاث لمنع حدوث تغيرات في حدود تشغيل المحرك. استُخدمت عاكسات الدفع الموجهة على سبيل المثال في طائرة فوكر 100 وطائرة جولف ستريم 4 وطائرة داسولت إف 77 إكس.

فوهة خافضة للضوضاء

يُمكن تقليل الضوضاء الصادرة من المحرك النفاث بإضافة بعض الخصائص إلى مخرج فوهة المحرك، مما يزيد من مساحة السطح للأنبوب النفاث الأسطواني. استخدمت المحركات العنفية النفاثة والمحركات المبكرة ذات نسبة الالتفافية أنبوباً نفاثاً مقسم إلى فصوص متعددة.

تستخدم المحركات العنفية المروحية الحديثة ذات نسبة الالتفافية المرتفعة غلافاً مسنناً يبرز قليلاً حول الفوهة الدافعة، ويُطلق عليه شيفرونس.