حدافة

مقطع فيديو للحدافة حيث يظل معدل الدوران اعلى منه عند التصميم للجسم الصلب :

حذافة متشصلة بجذع محرك. فهي تنظم سرعة المحرك.

الحذَّافة Flywheel عجلة ثقيلة تتصل بجذع محرك للحفاظ على سرعتها ثابتة تقريبًا. وتستعمل حيث تكون القوة التي تدير الجذع غير ثابتة. فالقوى الدافعة في المحركات التي تعمل بالنفط تأتي من سلسلة انفجارات في أسطوانة المحرك. هذه القوى هي التي تنتج الدفع اللازم لحمولة المحرك. أحيانًا يزيد الدفع، في لحظات، عن الحاجة لحمولة المحرك، فتزيد سرعة المحرك. والحذافة هي التي تمتص الطاقة الزائدة وتمنع تسارع الزيادة في السرعة. وفي أوقات أخرى، تصير القوى الدافعة من الأسطوانة بين لحظة وأخرى ـ أقل من اللازم. في هذه الحالة، يحافظ القصور الذاتي للحذافة على السرعة من الانخفاض الحاد. وتقل الحاجة للحذافة كلما زاد عدد أسطوانات المحرك النفطي، فمثلاً، مع محرك بثماني أسطوانات، لابد أن يكون ما تختزنه الحذافة مؤقتًا من طاقة دورة المحرك، أقل مما تختزنه مع محرك بأربع أسطوانات.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 الفيزياء

حدافة ذات أسلاك متصلة بالمركز

تخزن الطاقة في الحدافة على صورة طاقة حركة أو بتحديد أكثر كطاقة دورانية:

$E_{k}={\frac {1}{2}}\cdot I\cdot \omega ^{2}$

حيث

$\omega$ هى السرعة الزاوية ,

$I$ هي عزم القصور الذاتى للكتلة حول محور الدوران.

• عزم القصور الذاتى للاسطوانة الصماء هو $I_{z}={\frac {1}{2}}mr^{2}$,
• وللاسطوانة ذات الجدران الرفيعة هو $I=mr^{2}\,$,
• وللاسطوانة ذات الجدران السميكة هو $I={\frac {1}{2}}m({r_{1}}^{2}+{r_{2}}^{2})$.

حيث m هى الكتلة , وحرف ال r يمثل نصف القطر .

و للوحدات المستخدمة في هذه الحسابات حسب النظام الدولي للوحدات SI  : الكتلة كيلو غرام نصف القطر المتر السرعة الزاوية درجة لكل ثانية ويكون بالتالى الناتج الجول

تعتمد كمية الطاقة المخزنة على النقطة التي سوف تتم الحركة ناحيتها حيث يراعى في الصميم الاجهاد الناتج على العرض hoop stress

$\sigma _{t}=\rho r^{2}\omega ^{2}\$

حيث

$\sigma _{t}$ اجهاد الشد على طارة الأسطوانة

$\rho$ كثافة المادة المصنوع منها الأسطوانة

$r$ نصف قطر الأسطوانة

$\omega$ السرعة الزاوية للاسطوانة

 أمثلة على الطاقة المختزنة

You can use those equations to do 'back of the envelope' calculations and find the rotational energy stored in various flywheels. I = kmr², and k هي من قائمة عزوم القصور

الشيء	k (تختلف حسب الشكل)	الكتلة	القطر	السرعة الزاوية	الطاقة المختزنة، J	الطاقة المختزنة
عجلة الدراجة @ 20 كم/س	1	1 kg	700 مم	150 rpm	15 J	4 × 10−3 Wh
عجلة الدراجة، ضعف السرعة (40 كم/س)	1	1 kg	700 مم	300 rpm	60 J	16 × 10−3 Wh
bicycle wheel, double mass (20 km/h)	1	2 kg	700 mm	150 rpm	30 J	8 × 10−3 Wh
Flintstones concrete car wheel (19 km/h)	1/2	245 kg	500 mm	200 rpm	1.68 kJ	0.47 Wh
wheel on train @ 60 km/h [1]	1/2	942 kg	1 m	318 rpm	65 kJ	18 Wh
giant dump truck wheel @ 30 km/h (18 mph)	1/2	1000 kg	2 m	79 rpm	17 kJ	4.8 Wh
small flywheel battery [2]	1/2	100 kg	600 mm	20000 rpm	9.8 MJ	2.7 kWh
regenerative braking flywheel for trains [3]	1/2	3000 kg	500 mm	8000 rpm	33 MJ	9.1 kWh
electrical power backup flywheel [4]	1/2	600 kg	500 mm	30000 rpm	92 MJ	26 kWh
كوكب الأرض [5], Rotational energy	2/5	5.97 × 1027 g	12,725 km	~1 per day (696 µrpm)	2.6 × 1029 J	72 YWh (× 1024 Wh)

See [6], [7], [8], [9], وطاقة دورانية

 High energy materials

Flywheel from stationary engine. Note the castellated rim which was used to rotate the engine to the correct starting position by means of a lever.

For a given flywheel design, it can be derived from the above equations that the kinetic energy is proportional to the ratio of the hoop stress to the material density.

$E_{k}\varpropto {\frac {\sigma _{t}}{\rho }}$

This parameter could be called the specific tensile strength. The flywheel material with the highest specific tensile strength will yield the highest energy storage. This is one reason why carbon fiber is a material of interest.

 الاستخدامات

A Landini tractor with massive flywheel

للمزيد من المعلومات: Flywheel energy storage

1898 illustration of a White and Middleton stationary engine; note the large twin flywheels.

 التاريخ

The principle of the flywheel is found in the Neolithic spindle and the potter's wheel.

العالم الزراعي الأندلسي ابن البصال (اشتهر 1038-1075)، في عمله كتاب الفلاحة، يشرح أثر الحدافة المستخدمة في الساقية.

The flywheel as a general mechanical device for equalizing the speed of rotation is, according to the American medievalist Lynn White, recorded in the De diversibus artibus (On various arts) of the German artisan Theophilus Presbyter (ca. 1070-1125) who records applying the device in several of his machines.

In the Industrial Revolution, James Watt contributed to the development of the flywheel in the steam engine, and his contemporary James Pickard used a flywheel combined with a crank to transform reciprocating into rotary motion.

 الحدافة في محرك الاحتراق الداخلي

لاستخدامات محرك الاحتراق الداخلي، تكون الحدافة عبارة عن عجلة مثبتة على عمود الدوران وتكون وظيفتها الرئيسية الحفاظ على معدل السرعة الزاوية لعمود الدوران.

 انظر أيضا

• المحرك البخاري
• محرك البنزين
• مفتاح التشغيل

 المصادر

• الموسوعة المعرفية الشاملة

 المراجع

Mechanics of Machines by Samuel Doughty

Mechanics of Machines by W. L. Cleghorn

 وصلات خارجية

• Flywheel highlight: Hypervideo showing construction and operation of four cylinder internal combustion engine (courtesy of Ford Motor Company)
• Interesting Thing of the Day article on the Flywheel: Written by Joe Kissell.