- YouTuber Michael Rechtin يستخدم تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لصنع محرك دفع خلفي لزيادة القوة.
- المحرك الخلفي يضيف حرارة إلى تدفق الهواء من خلال احتراق البروبان لزيادة القوة.
- إضافة غرفة احتراق قد تؤدي إلى فقدان الضغط، مما يؤثر على فعالية الدفع.
- الاختبارات أظهرت أن المحرك الخلفي يمكن أن يزيد القوة بنسبة تصل إلى 50%.
YouTuber Michael Rechtin قام بصنع محرك دفع خلفي كامل الوظائف باستخدام معظم قطع الطباعة ثلاثية الأبعاد. حيث استخدم بشكل أساسي مروحة دفع كهربائية (EDF) لحقن البروبان في العادم، مما يولد قوة دفع إضافية. EDF هي نوع من المراوح الكهربائية عالية السرعة، توضع داخل أنبوب، وعادة ما تستخدم لمحاكاة محركات الطائرات النفاثة. على عكس محركات الطائرات التقليدية، لا تحرق EDF الوقود، بل يتم تشغيل المروحة بواسطة محرك كهربائي، مما يسرع الهواء للخلف لتوليد الدفع. في مشروعه الأخير، قرر Rechtin إضافة غرفة احتراق خلف EDF.
هذه العملية نظرًا لنظرية بسيطة نسبيًا.
يجب أن تقوم المروحة بتسريع الهواء عبر الأنبوب كما هو معتاد. بعد ذلك، يمكن حقن البروبان في تدفق الهواء أسفل المروحة. سيتم إشعال البروبان بواسطة مصدر اشتعال معين، مما يؤدي إلى تسخين الهواء بشكل كبير، مما يؤدي إلى تمدده وطرده بسرعة أعلى بكثير من السرعة الطبيعية. نظريًا، هذا مشابه لمحرك الدفع الخلفي، ويجب أن يزيد من القوة التي يولدها "المحرك". على الرغم من أن المبادئ الفيزيائية صحيحة، يجب أن تكون "تكلفة" الوقود قادرة على توفير قوة دفع إضافية كافية تجعلها تستحق الاستثمار. المبادئ الأساسية لمحركات الطائرات والدفع هي الزخم. كلما تم طرد كمية معينة من الهواء للخلف بسرعة أكبر، زادت قوة الدفع الأمامية الناتجة.
كيف يعمل المحرك الخلفي
عندما يحترق البروبان، فإنه يضيف حرارة إلى تدفق الهواء. إذا كانت الأنابيب والفوهات قادرة على تحويل كمية كافية من الطاقة إلى سرعة عادم إضافية، ستزداد القوة. ومع ذلك، فإن تسخين الهواء لا يعني تلقائيًا زيادة القوة. قد تؤدي إضافة غرفة الاحتراق إلى فقدان الضغط، والاضطراب، والمقاومة، مما يعوض فوائدها. في "المحرك الخلفي الحقيقي"، يتم ضغط الهواء بشكل كبير بواسطة محرك الطائرة النفاثة أو محرك التوربين قبل الاحتراق. عندما يصل الهواء إلى المحرك الخلفي، لا يزال هناك ضغط كافٍ للتسريع.
من ناحية أخرى، فإن EDF لا تضغط الهواء الداخل تقريبًا، مما يؤدي إلى مشكلتين. الأولى هي استقرار الاحتراق، حيث قد يطفئ الهواء اللهب، خصوصًا عند عدم مزج الوقود بشكل جيد. الثانية هي أنه بدون ضغط كافٍ (وفوهة مناسبة)، قد يتم طرد معظم الحرارة الإضافية دون زيادة القوة. لذلك، مجرد إضافة غرفة احتراق خلف المروحة لا يجعلها محرك دفع خلفي.
نتائج الاختبار وتحديات المواد
فهل كان هذا ناجحًا؟ وفقًا لفيديوهاته، كانت المروحة وحدها تنتج 2 رطل (9 N) من القوة. وعندما تم تشغيل المحرك الخلفي، قفز هذا الرقم إلى 3 أرطال (13.3 N)، بزيادة قدرها 50%. بعد انتهاء الاختبارات، أظهرت الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد علامات احتراق واضحة، لكنها بدت قادرة على تحمل درجات الحرارة الناتجة عن الاحتراق. نظرًا لأن هذا المكون مصنوع بشكل رئيسي من البلاستيك، فمن الناحية النظرية، قد يؤدي الاستمرار في استخدامه إلى إلحاق ضرر دائم به، خاصةً بالنظر إلى أن معظم البلاستيك المستخدم في الطباعة ثلاثية الأبعاد يلين عند درجات حرارة أقل بكثير من نقطة احتراق البروبان.
Rechtin كان يتوقع ذلك، حيث أن تصميمه يتضمن أشكال هندسية ذكية لتحسين فرص بقائها في التجربة. ومع ذلك، نظرًا لأنها مطبوعة ثلاثية الأبعاد، فإن صنع بدائل لم يكن أكبر هموم هذا YouTuber. لذلك، يخطط Rechtin لاستخدام المعدن بدلاً من البلاستيك المطبوخ ثلاثي الأبعاد لصنع نسخة مطورة من التصميم.
آفاق تطبيق تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في أنظمة الدفع
تجربة Rechtin تظهر إمكانيات تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في أنظمة الدفع المبتكرة، خاصةً في تطوير النماذج السريعة للأجهزة المنزلية. على الرغم من أن تصميم المحرك الخلفي يواجه تحديات تتعلق باستقرار الاحتراق ومقاومة المواد للحرارة، إلا أن هذه الطريقة المبتكرة توفر أفكارًا جديدة لتصميم أنظمة الدفع المستقبلية. مع تقدم تقنيات المواد، قد تظهر حلول أكثر كفاءة وديمومة في المستقبل، مما سيكون له أهمية كبيرة في مجالات الطيران وغيرها من التطبيقات التي تتطلب قوة دفع عالية.