چرخ طیار

چرخ از ابزاری است كه تاريخ استفاده ازآن توسط بشرچندان مشخص نيست .

قديمي ترين چرخ موجود در جهان كه در صنعت حمل و نقل مورداستفاده قرار گرفته است چرخ ارابه اي است كه از دوران هخامنشي برجاي مانده است و اكنون در موزه ي ملي ايران به نمايش گذاشته شده است . اما ازهمان آغاز بشر خاصيت و ذخيره انرژي چرخ را نيز كشف كرده بود وآن را به عنوان وسيله اي براي يكنواخت سازي سرعت وحفظ تعادل وسايل ساده اي كه مي ساخت بكارميبرد .

ساختار اصلي چرخ لنگر

عبارت است از يك disk تو پر يا حلقه اي شكل و كه به حول محور اصلي و مركزي خود دوران ميكند. اين وسيله ساده قابليت هاي خود را به خوبي به اثبات رسانده و در آينده استفاده هاي بيشتري را از آن شاهد خواهيم بود.

فيزيك تغيير انرژي در چرخ طيار:

در هر حركت دوراني انر‍‍ژي ‍ جنبشي برابر است باk=½ Iω² كهI ممان اينرسي جسم دوار و W سرعت زاويه اي اين دوران است بر اساس قانون لختي اين تمايل به حركت دوراني تا زماني كه مانعي بر سر راه آن قرار نگيرد ادامه مي يابد كه البته در واقعيت مسئله اصطكاك ياتاقان ها و هوا مانع اين كار مي شود.

چرخ طيار را با توجه به اين اصل ساده به عنوان يك وسيله براي ذخيره انرژي به صورت انرژي جنبشي دوراني مي شناسيم . با توجه به تعريفI ميتوان ادعا كرد كه اين انرژي جنبشي در واحد جرم چرخ طيار ذخيره مي گردد و ميتوان آنرا در مواقع لزوم به كار گرفت.

دلايل استفاده از چرخ لنگر:

با توجه به اينكه اين چرخ قابليت بالايي در ذخيره انرژي دارد لذا از انرژي ذخيره شده در آن در دو مورد عمده استفاده مي شود يكي براي جبران كاهش لحظه اي انرژي در سيستم كه به دلايل مختلفي مي تواند اتفاق بيافتد.

و ديگري به خاطر وزن زياد آن است كه ميتواند به عنوان چرخي براي بالانس حركات دوراني و يك نواخت سازي آن به كار برود.

چند نمونه از كاربرد هاي چرخ طيار :

در موتور هاي بنزين سوز : وظيفه ي اصلي چرخ طيار در اين موتورها يكنواخت سازي سرعت خروجي از ميل لنگ است اگر از انواع سنگين چرخ طياراستفاده شود ميتواند كاربرد بالانس ميل لنگ را هم به آن افزود اما در انواع سبك اين كاررا نمي تواند به خوبي انجام دهد .

در موتور هاي گاز سوز:

بعد از توقف هاي كوتاه مدت به دليل ضعيف بودن اين موتورها قدرت كافي براي آغاز مجدد حركت را ندارند و اين جا از انرژي ذخيره شده چرخ طيار استفاده مي شود

دستگاه هاي پرس :

به دليل نحوه كار پرس بازه هايي وجود دارد كه موتور در حالت كار است اما پرس ضربه اي وارد نمي كند در اينجا چرخ طيار انرژي مصرف شده كه تبديل به انرژي مكانيكي شده را در خود ذخيره ميكند و در هنگام اعمال ضربه توسط پرس آن را به سيستم بر مي گرداند

استفاده فوق را ميتوان به عنوان استفاده هاي سنتی چرخ طيار نام برد اما محققان با شناخت كامل خواص مكانيكي چرخ طيار تحقيقاتي را در زمينه كاربرد آن در مواردي تازه آغاز كرده اند كه بعضي از آنها به نتايج تازهاي رسيده اند:

1:استفاده از چرخ طيار در اتوبوس هاي عمومي كه توقف هاي زيادي دارند، اين كار سبب كاهش مصرف سوخت شده وآغاز مجدد حركت را روانتر خواهد نمود . دراين زمينه در هلند تحقيقات كاملي انجام شده است به نحوي كه به مدت 10 سال از يك اتوبوس كه از همين سيستم استفاده ميكرد بهره برده اند

2: چرخ طيار در اوايل قرن 19 مورد علاقه بسياري از محققان ذخيره سازي انرژي بود. اما به دليل بروز مشكلات ساختاري آنرا رها كردند اما بعد از كشف كامپوزيتها دوباره تلاشهاي تازهاي براي به سر انجام رساندن اين طرح ها آغاز شد و اكنون محققان بر روي اين موضوع تمركز فراواني كرده اند در صورت موفقيت و ساخت نمونه اي قابل توليد انبوه با قيمت مناسب اين وسايل مي توانند باطريهاي شيميايي را كه سبب آلودگي زيست محيطي هم شده اند به حاشيه برانند به خاطر اهميت اين موضوع در صنايع نظامي هوا- فضا و ذخيره سازي انرژي در قسمت های بعد آنرا کاملاً توضیح میدهیم .