😎 #آموزش روزچرا موتور مرحله دوم ماهواره‌بر‌ها نازل بسیار بزرگ‌تری نسبت به مرحله اول دارند؟اگر به Fa

😎 #آموزش روزچرا موتور مرحله دوم ماهواره‌بر‌ها نازل بسیار بزرگ‌تری نسبت به مرحله اول دارند؟اگر به Falcon 9، Ariane 6 یا حتی Saturn V نگاه کنید، یک نکته عجیب به چشم می‌خورد.نازل موتور مرحله دوم تقریباً دو برابر بزرگ‌تر از موتور مرحله اول است. در نگاه اول شاید فکر کنید: نازل بزرگ‌تر یعنی موتور قوی تر. اما مرحله دوم معمولاً تراست کمتری نسبت به مرحله اول تولید می‌کند.پس چرا نازل آن بزرگ‌تر است؟نازل فقط برای خروج گاز نیست.وظیفه اصلی نازل، تبدیل انرژی حرارتی و فشار گازهای داغ به سرعت خروجی است. هرچه سرعت خروجی بیشتر باشد، Specific Impulse (Isp) بیشتر خواهد بود. و Isp مهم‌ترین معیار راندمان موتور راکتی است.مشکل مرحله اول چیست؟در سطح زمین، فشار هوا حدود 101 kPa است.اگر نازل بیش از حد بزرگ باشد، فشار خروجی گاز از فشار محیط کمتر می‌شود. در این حالت:❌جریان از دیواره جدا می‌شود (Flow Separation).❌شوک‌های نامتقارن تشکیل می‌شوند.❌نیروهای جانبی شدید ایجاد می‌شود.❌حتی ممکن است نازل آسیب ببیند.بنابراین مرحله اول مجبور است از Expansion Ratio نسبتاً کوچک استفاده کند. اما در ارتفاع ۸۰ کیلومتری چه اتفاقی می‌افتد؟ تقریباً هیچ هوایی وجود ندارد و فشار محیط تقریباً صفر است.در نتیجه موتور می‌تواند گازها را تا فشار بسیار پایین‌تری منبسط کند.هرچه انبساط بیشتر باشد:✔️ سرعت خروجی بیشتر✔️ راندمان بیشتر✔️ مصرف سوخت کمترپس چرا از همان ابتدا نازل بزرگ نصب نمی‌کنند؟چون یک نازل که برای خلأ طراحی شده، روی زمین عملکرد بسیار بدی دارد. برعکس، نازلی که برای سطح دریا طراحی شده، در خلأ بخشی از انرژی را هدر می‌دهد. در واقع:یک نازل نمی‌تواند هم‌زمان برای سطح زمین و خلأ کاملاً بهینه باشد.نمونه واقعی موتور Falcon9Merlin 1D (Sea Level)Expansion Ratio ≈ 16:1Specific Impulse ≈ 282 sMerlin VacuumExpansion Ratio ≈ 165:1Specific Impulse ≈ 348 sیعنی فقط با تغییر نازل، بدون تغییر اساسی در سیکل موتور، حدود ۲۳٪ بهبود در Isp به دست آمده است.این یک جهش بسیار بزرگ در مهندسی پیشرانش است.آیا می‌توان یک موتور داشت که نازلش در حین پرواز تغییر کند؟ بله.سال‌هاست روی مفاهیمی مانند:Extendable NozzleDual-Bell NozzleAerospike Engineکار می‌شود.هدف این است که موتور در تمام ارتفاع‌ها نزدیک به شرایط بهینه کار کند. اما پیچیدگی، وزن و هزینه باعث شده‌اند که هنوز استفاده از آن‌ها محدود باشد.یکی از دلایل اصلی موفقیت موتورهای خلأ، بزرگ‌تر بودن نازل نیست؛ بلکه توانایی حفظ فشار بالاتر در طول فرآیند انبساط است. مهندسان هنگام طراحی نازل، باید بین راندمان، جرم نازل، خنک‌کاری، ارتعاشات و پایداری جریان تعادل برقرار کنند. بنابراین انتخاب نسبت انبساط، یک مسئله چندهدفه است، نه صرفاً «هرچه بزرگ‌تر، بهتر».🎯 جمع‌بندیوقتی به یک موشک نگاه می‌کنید، نازل بزرگ مرحله دوم نشانه قدرت بیشتر نیست؛ بلکه نشانه بهینه‌سازی موتور برای کار در خلأ است. در مهندسی فضایی، محیط کارکرد موتور به اندازه خود موتور اهمیت دارد.✈️آکادمی مهندسی هوافضا✈️کانال دوره‌ها | کانال اصلی