المحركات النفاثة .. الرحلة من ميسرشميت إلي الجامبو.

لينك التسجيل الصوتي علي ساوند كلاود:
https://on.soundcloud.com/bdvhV

مين فينا و إحنا صغيرين محلمش إنه يكون طيار؟ .. فكرة الحرية إنك تبقي بين السحاب .. كتير مننا لما بيقف علي البحر بيقول سبحان الله علي منظر الغروب فمابالك بإنك تبقي طاير و بتتفرج عليه كأنك طير في السما .. برده السمعة المتاخدة عن الطيارين إنهم دايماً متحاوطين ببنات زي القمر خلت الشغلانة منظرها يبقي سيكسي أكتر في عيوننا بس مش دي القضية .. القضية إن الطيران هو قمة الميكس بين حاجتين اللي هم العلم و الشجاعة .. شجاعة الطيار إنه يبقي لوحده فوق في السما و لو حصلت حاجة غلط مفيش حد حيلحقه .. و كمان العلم بتاع مهندسين الطيران و إزاي إنت كمهندس تحول فكرة في دماغك لرسمة علي لوحة و منها لحاجة ملموسة بتتنفذ بحق و حقيقي و بتطير .. النهاردة حنتكلم شوية عن الجزء الخاص بالعلم بتاع هندسة الطيران و حنركز علي الأربع نطات في تاريخ الطيران اللي نقلت البشر سنين لقدام بس خلينا نبدأ الأول عشان الناس اللي مدرستش هندسة و مش مجمعة أوي إحنا بنتكلم عن إيه ناخدها من إيدها واحدة واحدة نفتح قدام عنيها عالم كامل هي ممكن متكونش متخيلاه أوي.

حاول تبص للطيارة زي ما إنت بتبص لعربيتك أو لأي عربية بتشوفها في الشارع .. العربية بتتكون من موتور و فتيس و دول لما بيعطلوا بتوديها للميكانيكي .. العربية ليها شاسيه و لما بتتخبط أو بتحتاج تترش بتروح للسمكري ..  الطيارة اللي إنت بتشوفها في السما دي بره نفس الفكرة هي في الأخر عبارة عن حاجتين .. موتور و شاسيه .. بس يمكن النهاردة أنا عايز أفتح الكابوت و أوريك هو ليه موتور الطيارة مختلف شوية حلوين عن موتور عربيتك و عشان نبدأ الرحلة دي لازم نرجع للبداية .. لا مش الأخوين (رايت) .. لا مش (ليوناردو دافنشي) .. لا مش (عباس بن فرناس) .. إحنا محتاجين نرجع للإسكندرية سنة 50 قبل الميلاد في المكان اللي كان بيشتغل فيه واحد من أكتر الناس اللي بتفهم في تاريخ البشر .. (هيرو السكندري Heron of Alexandria).

الأخ ده هو أول واحد يبدأ يشتغل علي فكرة المحركات النفاثة أو Jet Propulsion Engine بإنه عمل تجربة بسيطة أوي .. هو جاب كرة بس مفرغة يعني مش كرة مصمتة خلي بالك و خرمها 4 أخرام عند كل قطب من أقطاب الكورة .. تعالي إنت هات قدرة زي قدرة الفول كده إملاها مياه و سخنها لحد ما المياه تغلي .. خد بخار المياه اللي طالع من القدرة و مشيه في مواسير لحد ما ما تدخله جوه الكورة من أي خرمين يعجبوك من الأربع أخرام اللي إنت خرمتهم في الكورة بس بشرط يكونوا خرمين قصاد بعض .. هوبا حتلاقي بخار المياه بيخرج بسرعة من الخرمين التانيين و حتلاقي الكورة بتلف حول محورها .. الإفتكاسة بتاعة (هيرو السكندري) دي هو سماها Aeolipile أو أيوليبيل و دي كانت أول مرة حد يعمل تجربة علمية عشان يعرف هو ممكن بخار يحرك جسم ولا لا .. جري شريط البشر حبة حلوين حتلاقي (ليوناردو دافنشي) خد نفس التجربة بتاعة (هيرو السكندري) بس بدل ما كانت بتتعمل علي كرة مفرغة بقي بيعملها علي قرص طالع منه مراوح اللي هو حاجة شبه مروحة الموتور بتاع أي طيارة دلوقتي.

النقلة الكبيرة اللي بعد كده حصلت لما البشر عملوا محرك الإحتراق الداخلي زي بتاع عربيتك بالضبط .. موتور عربيتك بيتسمي Four Stroke Engine يعني بيشتغل علي أربع مراحل .. لنفترض إن عربيتك زي أي عربية في السوق في مصر موتورها أربعة سلندر يعني أربع أسطوانات .. كل سلندر جواها بستم أو Piston بحيث البستم ده أول حركة بيعملها إنه بيشفط ميكس الهواء و البنزين لحد ما السلندر تتملي .. تاني حركة إنه يضغط الهواء و البنزين دول لحد ما ضغطهم يعلي أوي .. تالت حركة إن البوجيه أو Spark Plug بتاع كل سلندر يدي شرارة كهربية عشان يولع في الميكس المضغوط من الهواء و البنزين عشان يعمل إنفجار جوه السلندر .. رابع و أخر حركة إن الإنفجار ده لما بيحصل بيزق البستم لتحت و بياخد العادم بتاع الإنفجار ده يخرجه من شكمان العربية .. موتور عربيتك بيكون أربعة سلندر متركبين جنب بعض و بيتسمي In-Line Internal Combustion Engine يعني محرك إحتراق داخلي السلندرات بتاعته علي خط واحد و دي التكنولوجيا اللي بتمشي كل العربيات اللي بتشوفها في الشارع من أول الفيات 128 لحد الميرسيدس .. اللي كان بيتركب في الطيارات هو هو الموتور ده بس السلندرات بتتركب علي شكل دايرة و عشان كده كان بيتسمي Rotary Internal Combustion Engine .. في الطيارات التكنولوجيا دي كانت وصلت أقصي تطورها وقت الحرب العالمية الثانية ما بين سنة 1939 لحد سنة 1945.

في الوقت ده كانت الطيارة الإنجليزية سبيتفاير Spitfire تعتبر هي الميرسيدس بتاعة الطيارات المقاتلة .. طيارة متركب فيها موتور إسمه ميرلين Merlin إتسمي علي إسم الساحر (ميرلين) في قصة الملك (أرثر) و صنعته شركة رولز-رويس Rolls-Royce .. نفس الموتور ده كان بيتركب في قاذفة القنابل البريطانية لانكاستر Lancaster .. من وجهة نظر الطيارين البريطانيين الطيارة سبيتفاير هي اللي كسبتنا معركة بريطانيا الجوية و الطيارة لانكاستر هي اللي بتخلينا ننفذ غارات جوية جوه الأراضي الألمانية .. خلاص كده المهندسين الإنجليز هكروا اللعبة و هندسة الطيران جابت أخرها معانا .. اللي محدش من الطيارين الإنجليز كان يعرفه إن كان فيه وقتها سباق سرعة بين إتنين علي مين اللي مش بس يحسم التفوق الجوي في الحرب العالمية الثانية إنما مين اللي في إيده التكنولوجيا اللي حتنط بهندسة الطيران سنين لقدام.

علي إيدك اليمين كان المهندس البريطاني (فرانك ويتل Frank Whittle) اللي كان شغال علي فكرة هو ليه لا نرمي محرك الإحتراق الداخلي ده في الزبالة و نحل محله بفكرة المحرك النفاث Jet Engine .. الفكرة بمنتهي البساطة إني بدل ما أعتمد علي السلندر بتاعة المحرك إنها تشفط هواء فأنا حركب كومبريسور Compressor كبير يشفط هو الهواء و يضغطه علي كذا مرحلة .. بعد ما الهواء يتضغط أوديه لعلبة بيسموها غرفة الإحتراق Combustion Chamber عشان الهواء المضغوط يتخلط بالبنزين و نولع فيه .. عادم الإنفجار حناخدة بعد كده نرميه علي تربينة عشان هي اللي تولد قوة الدفع اللي حتحرك الطيارة لقدام .. فكرة إلي حد ما شبه فكرة محرك الإحتراق الداخلي بس حتحتاج إعادة تصميم شاملة للطيارة .. (فرانك ويتل) في الأخر عمل طيارته Gloster E28 أول طيارة نفاثة بريطانية.

علي إيدك الشمال كان فيه المهندسين الألمان (هانز يواكيم بابست فون أوهاين Hans Joachim Pabst von Ohain) و (أنسيلم فرانز Anselm Franz) و اللي الإتنين إشتغلوا سوا علي مش بس أول طيارة نفاثة ألمانية إنما أول طيارة نفاثة في تاريخ البشر تطير و تخش الخدمة في القوات الجوية و تشارك في عمليات كمان و كانت الطيارة ميسيرشميت 262 أو Messerschmitt 262.

الطيارة ميسيرشميت 262 .. هي دي العقلية الألمانية يا إبراهيم:

خدامك أنا و العربية إنك لو دخلت علي النت تشوف هي أول رحلة جوية لأول طيارة نفاثة في تاريخ البشر كانت إمتي حتلاقي الناس كلها بتقول إن الكلام ده حصل في يوليو 1942 لما الطيارة Me262 طارت لأول مرة بس اللي أنا عايزك تعرفه إن الفكرة نفسها كانت بتلعب في دماغ الألمان من سنة 1938 يعني من قبل ما الحرب العالمية الثانية تقوم أصلاً .. اللي عطل المشروع لمدة 4 سنين كاملة هو الموتور .. الفكرة تتقال .. تترسم .. تتصنع .. تتجرب .. تبوظ .. عيد من الأول تاني .. بس وسط كل الإحباط ده أي حد كان يشوف المشروع و هو بيتعمل كان بيقول إن الطيارة Me262 حتبقي جاحدة و يمكن عشان كده سقف توقعات زعيم ألمانيا وقتها (أدولف هتلر) ضرب في السما لما قال للمهندسين الألمان إنه عايزها تبقي طيارة متعددة المهام يعني تنفع تبقي فايتر و تبقي قاذفة في نفس الوقت اللي هو كان بيتكلم عن الجيل الرابع من الطيارات المقاتلة زي F-16 Fighting Falcon مثلاً .. طبعاً المهندسين اللي كانوا شغالين علي المشروع كانوا عارفين إنه بيهبد و عشان كده من نفسهم عملوا نفسهم ولا كأنهم سمعوا حاجة و مشروع الطيارة Me262 كمل عشان في الأخر يعمل طيارة فايتر زي الكتاب ما بيقول .. طيارة هيمنة جوية Air Superiority مفيش طيارة تانية تقدر تقف قدامها في أي إشتباك جوي أو Dogfight.

في نص سنة 1944 لما الطيارة  Me262 دخلت الخدمة جابت رعب للطيارين الأمريكان و الإنجليز .. أول مرة في حياتهم يشوفوا حاجة بتطير بسرعة 192 كيلومتر في الساعة .. طيارة ليها قدرة علي المناورة أعلي من السبيتفاير اللي هي درة تاج التكنولوجيا العسكرية البريطانية و كمان أعلي من الطيارة الأميريكية P1 Mustang .. مشكلتها إن زيها زي أي حاجة صناعة ألماني كانت معقدة شوية و تفاصيلها كتير و بالتالي بتحتاج قطع غيار كتير .. مع العجز في خطوط الإمداد فعدد قليل أوي من طيارات Me262 شارك فعلاً في العمليات العسكرية و الطيارة ملحقتش و محدش عطاها الفرصة إنها تغير موازين الحرب بس بمجرد ما الحرب خلصت الأساس اللي إتبنت بيه الطيارة ميسيرشميت 262 كان هو هو اللي صناعة الطيران خدته و طارت بيه.

الطيارة شهاب دي هافيلاند .. حلينا مشكلة الموتور طلعت مصيبة الشاسيه :

بمجرد ما الحرب العالمية الثانية خلصت كل التكنولوجيا و الطيارات و المهندسين و الفنيين اللي شاركوا في الحرب خدوا كل حاجة إتعلموها و حطوها في مجال الطيران المدني التجاري .. ماسورة إبداع هندسي إتكسرت و غرقت الدنيا بس يمكن الدنيا بدأت تندع سنة 1952 يدوبك بعد سبع سنين من نهاية الحرب لما الطيارة الشهاب Comet دخلت الخدمة كأول طيارة مدنية الهواء جواها بيكون مضغوط و هي طايرة في الجو .. فكرة إن كابينة الطيارة بالكامل إتضغطت فالطيار بقي يقدر يطير بسرعة أعلي و علي إرتفاع أكبر .. ده خلي إن الطيارة Comet فعلياً بتاخد نص وقت الرحلة اللي بتحتاجه أي طيارة تانية لإنها كمان كانت بتطير بموتور كان يعتبر ثورة في مجال المحركات النفاثة اللي الموتور الشبح إم كيه واحد Ghost MK1.

الموتور ده كان من تصميم المهندس البريطاني (فرانك هالفورد Frank Halford) .. النسخة الأولانية خالص اللي هو إشتغل عليها كان إسمها H-1 و هو خد الفكرة بتاعة الموتور اللي موجود علي الطيارة ميسيرشميت هو هو بس عشان هو كان عايز يحطه علي طيارة مدنية بتشيل ركاب كتير فبدل ما موتور الطيارة ميسيرشميت فيه غرفة إحتراق واحدة ف(فرانك هالفورد) صمم موتور فيه 16 غرفة إحتراق .. النسخة الأحدث شوية سماها H-2 و حط فيه 10 غرف إحتراق بس لكن حجمهم أكبر شوية .. شوية و شركة دي هافيلاند de Havilland إشترت التصميمين بتوع (فرانك هالفورد) بحيث الموتور H-1 بقي إسمه الوحش Goblin و الموتور H-2 بقي إسمه الشبح Ghost.

الحقيقة إن يمكن عشان زي ما قلت في البداية الطيارة زيها زي عربيتك ما هي إلا موتور و شاسيه فطبيعي إن تطور المواتير مبياخدش نفس الوقت بتاع تطوير الشاسيهات .. بمعني .. (هانز يواكيم بابست فون أوهاين) و (أنسليم فرانز) عطوا للدنيا كلها مفتاح اللغز بحيث كل ما تحب تعمل موتور أجمد من اللي قبله فإنت مش محتاج غير إنك تكبر الكومبريسور اللي حيضغطلك الهواء و تكتر من غرف الإحتراق .. إذن عشان تاخد Power أو قدرة أكبر من الموتور فالقضية هي قضية Scale أو حجم .. شاسيه الطيارة مش كده .. يا تري هي طيارة مدنية ولا حربية؟ .. طب لو مدنية بتشيل كام راكب؟ .. عايزها تطير علي إرتفاع قد إيه و بسرعه قد إيه؟ .. تطوير شاسيه الطيارات قصة حزينة مش بنفس الحزن بتاع تطوير المواتير و عشان كده الموتور الشبح إتركب علي كذا طيارة قبل ما أخيراً سنة 1949 إتركب علي الطيارة الشهاب Comet في أول رحلة جوية ليها بس تاني أرجع و أقولك إن تطوير الشاسيه ده نكد .. حصلت كذا حادثة تحطم لطيارات Comet بسبب إنك لما تضغط الكابينة و تخلي الطيارة تطير علي إرتفاع عالي و بسرعة كبيرة فإنت بترهق المعدن اللي الطيارة إتعملت منه و من كتر الإرهاق المعدن ده مش بيستحمل و بيحصله حاجة بيسموها Metal Fatigue .. بس بمجرد ما الطيارة Comet طارت و هندسة الطيران بقت زي القطر اللي مبيقفش في محطات.

الطيارة الكونكورد .. دي اللي يتقال عليها هنا سأصمت قليلاً  :

 دي الطيارة اللي كان نفسي أشوفها بعنيا و هي بتطير .. دي الطيارة اللي و هي بتطلع بس من علي الأرض كان صوت المحركات الأربعة بتوعها موديل أويلمبس Olympus من تصنيع شركة رولز رويس بتوعها بيخلي صفارات الإنذار بتاعة العربيات اللي راكنة في الجراج بتاع المطار تصفر .. دي الطيارة المدنية الوحيدة اللي كانت بتقدر تكسر حاجز الصوت .. هي طيارة فعلاً يتقال عليها درة تاج هندسة الطيران المدني .. كفكرة دي الطيارة اللي المهندسين و هم بيعملوها قرروا إنهم يزاولوا نفسهم  و سبب الجملة دي إن من شوية أنا قلتلك إن بعد الحرب العالمية الثانية و تكنولوجيا تصنيع المحركات النفاثة كانت إلي حد كبير جابت أخرها .. إحنا بقينا عارفين إننا لو عايزين Power أكتر يبقي يا نكبر الCompressor يا نزود عدد الCombustion Chambers اللي هي ببساطة دي مشكلة Scale مش أكتر ولا أقل .. لحد ما إتعملت الكونكورد.

موتور الطيارة ميفرقش كتير عن موتور عربيتك في إن الإتنين عايزين هواء يخش يتحرق مع شوية بنزين .. في حالة عربيتك لو بوابة الهواء مفتحتش فالعربية بتبطل اللي هو بيتقال عليه حساس الإيدل عايز يتغير .. في الطيارات المواتير محتاجة يخشلها كمية هواء ثابتة مش بتقل طالما هي طايرة بسرعة أقل من سرعة الصوت أو Subsonic .. المشكلة بتظهر لما الطيارة تكسر حاجز الصوت و تطير Supersonic لإن في الحالة دي الShockwaves أو موجات التضاغط بتخلي الهواء يخش للموتور بمعدل أسرع بكتير من المطلوب فالCompressor مبيعرفش يشتغل .. بالضبط أكن بوابة الهواء في عربيتك إتسدت و عربيتك بتبطل فهنا برده الموتور بيتقال عليها حصله Surge أو شرق و تلاقيه بطل و طبعاً لما موتور طيارة يبطل في الجو في بتبقي مصيبة سودا .. طب و الحل؟ .. تعالي عند مدخل الهواء و ركب شوية ريش عشان تفرمل الهواء شوية و هو داخل للموتور في حالة إن الطيارة طايرة Supersonic .. نفس فكرة إنك لو ماشي في إسكندرية علي الكورنيش مش حتحس بالهواء الجامد بس عدي الشارع الناحية الثانية و إمشي في الشوارع الضيقة بين العمارات و حتحس إن الهواء بيطيرك .. و هي برده نفس فكرة إنك بصباعك تكتم فتحة الخرطوم فتلاقي المياه بتطلع بإندفاع .. كل ما ضيقت الفراغ اللي المياه أو الهواء بيجروا فيه كل ما حتلاقي سرعتهم زادت و العكس .. كل ما وسعتلهم السكة تلاقي سرعتهم بقت بطيئة .. مجرد فكرة بسيطة نقلت هندسة الطيران لقدام سنين و خلت الكونكورد في حتة تانية خالص في تاريخ هندسة الطيران المدني.

الطيارة الجامبو .. عبي الناس زي علب السردين:

اللي حصل إن شركة بان أميريكان للطيران Pan American Airways و دي حاجة شبه مصر للطيران كده بس في أميركا راحت لشركة بوينج Boeing و دي شركة بتصنع طيارات و قالولهم عايزين طيارة مدنية بسم الله ما شاء الله كده ولا سفينة سيدنا (نوح) عليه السلام اللي هو طيارة بتشيل 366 بني أدم متوزعين علي 3 درجات .. بمعني أخر .. عايزين طيارة أكبر مرتين و نص من أكبر طيارة مدنية في السوق وقتها اللي هي Boeing 707 .. من هنا إتولدت الطيارة Boeing 747 اللي ناس كتير عارفاها بإسم الطيارة الجامبو Jumbo Jet و اللي عشان تشيل العدد ده و تبقي بالحجم الجاحد ده إحتاجت يتركبلها موتور حقاً و صدقاً خزعبلي اللي هو JT9D من تصنيع شركة برات أند ويتني Pratt & Whitney و كعادة مشاريع الطيارات تلاقي إن الموتور خلص قبل الشاسيه .. الشغل علي مشروع الطيارة Boeing 747 بدأ في سبتمبر 1965 و في ديمسبر 1966 كانت شركة Pratt & Whitney خلصت الموتور .. بعدها ب3 سنين الشغل علي الشاسيه خلص عشان الطيارة الجامبو تعمل أول رحلة ليها سنة 1969.

مهم تبقي فاهم إن موتور JT9D هو موتور خاص شوية في حتة إن المواتير النفاثة العادية بيتقال عليها إنها Turbojet بس ده موتور بيتقال عليه إنه Turbofan .. طب إيه الفرق؟ .. الفرق إن مواتير Turbofan أغلبية الهواء اللي بيتشفط عشان يخش للموتور مش بيخش جوه غرف الإحتراق إنما بيتضغط و بيعدي من بره غرف الإحتراق .. طب إحنا إستفدنا إيه لما عملنا كده؟ .. مواتير Turbojet عشان كل الهواء اللي بيتشفط بيخش يتحرق فالموتور تقدر تقول إنه بيشتغل علي الفاضي طول ما الطيارة طايرة بسرعة أقل من سرعة الصوت Subsonic لإن إنت مش بتبقي محتاج الطيارة تطير بسرعة عالية و بالتالي مش محتاج الموتور يديلك قوة دفع كبيرة فده بيترجم إن كتير من الهواء اللي بيتشفط و بيخش يتحرق فعلياً ملوش لازمة .. في الأخر ده بيترجم إن الكفاءة Efficiency للمواتير Turbojet عموماً وحشة .. مواتير Turbofan بتاخد الهواء الزيادة ده بدل ما يتحرق تللفه حول الموتور فده معناه إنك كده وفرت بنزين .. طولت من عمر الموتور .. عليت من كفاءته.

أنا بس حابب أختم إن المحركات النفاثة فعلياً من الإختراعات المجيدة للبشر .. متهيألي هم و الأشعة المقطعية و وراهم الرز بلبن أهم 3 إختراعات في تاريخ البشرية و النهاردة كانت رحلة بسيطة أوي عشان تتابع التطور الطبيعي للمحركات النفاثة .. و ياعالم دماغ البني أدمين حتودينا علي فين تاني بعد كده.

المصدر:

• مقالة بعنوان The four jet innovations that revolutionized aviation and helped us conquer the skies  نشرت في موقع The Points Guy و ده لينك المقالة الأصلية:
  https://thepointsguy.co.uk/news/evolution-of-jet-engines-commercial-flight/