دفع (ميكانيكا)

مركبة صاروخية أرماديلو إيروسبيس رباعية تظهر النطاقات المرئية (الصدمة الماسية النمط) في عمود العادم من نظام الدفع الخاص بها

الدفع أو الدسر Propulsion، يشير إلى دفع الأجسام إلى الأمام أو الخلف.^[1] المصطلح بالإنگليزية Propulsion مشتق من الكلمتين اللاتينيتين: pro، وتعني قبل أو للأمام؛ وpellere، وتعنى يدفع.^[2] يتالف نظام الدفع من مصدر للقدرة الميكانيكية، ودافع (أي تحويل هذه القدرة إلى قوة دافعة)

يستخدم النظام التكنولوجي المحرك أو الموتور كمصدر للطاقة (المعروف باسم وحدة الطاقة)،العجلات والمحاور ، والمراوح ، أو فوهة الدفع لتوليد القوة. قد تكون هناك حاجة إلى مكونات مثل القوابض أو علب التروس لتوصيل المحرك بالمحاور أو العجلات أو المراوح.

تستخدم أنظمة الدفع البيولوجية عضلات الحيوان كمصدر للطاقة ، وتستخدم أطرافًا مثل الأجنحة أو الزعانف أو الأرجل كدوافع.

قد يستخدم النظام التكنولوجي / البيولوجي العمل العضلي البشري أو الحيواني المدربة لتشغيل جهاز ميكانيكي.

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

دفع المركبات

الدفع الهوائي

محرك توربيني Tupolev Tu-95

يتكون نظام الدفع بالطائرة عمومًا من محرك طائرة وبعض الوسائل لتوليد الدفع ، مثل المروحة أو فوهة الدفع.

يجب أن يحقق نظام الدفع بالطائرة شيئين. أولاً ، يجب أن يوازن الدفع من نظام الدفع قوة سحب الطائرة عندما تحلق الطائرة. وثانيًا ، يجب أن يتجاوز الدفع من نظام الدفع قوة سحب الطائرة حتى تتسارع الطائرة. كلما زاد الاختلاف بين الدفع والسحب ، المسمى بالدفع الزائد ، زادت سرعة الطائرة^[2]

بعض المركبات الجوية ، مثل الطائرات وطائرات الشحن ، تقضي معظم حياتها في حالة الرحلات البحرية. بالنسبة لهذه الطائرات ، فإن الدفع الزائد ليس بنفس أهمية كفاءة المحرك العالية والاستخدام المنخفض للوقود. نظرًا لأن الدفع يعتمد على كل من كمية الغاز المتحرك والسرعة ، فيمكننا توليد قوة دفع عالية عن طريق تسريع كتلة كبيرة من الغاز بكمية صغيرة ، أو عن طريق تسريع كتلة صغيرة من الغاز بمقدار كبير. نظرًا للكفاءة الديناميكية الهوائية للمراوح والزعانف، فإن تسريع كتلة كبيرة بكمية صغيرة يكون أكثر كفاءة في استهلاك الوقود ، وهذا هو سبب استخدام المراوح التوربينية عالية الالتفافية والمراوح التوربينية بشكل شائع في طائرات الشحن والطائرات^[2].

تتطلب بعض الطائرات ، مثل الطائرات المقاتلة أو الطائرات التجريبية عالية السرعة ، دفعًا زائدًا للغاية لتسريع وتجاوز السحب العالي المرتبط بالسرعات العالية. بالنسبة لهذه الطائرات ، فإن كفاءة المحرك ليست بنفس أهمية الدفع العالي جدًا. عادة ما تحتوي الطائرات المقاتلة الحديثة على حريق خلفي يضاف إلى محرك توربيني منخفض الالتفافية. قد تستخدم الطائرات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت في المستقبل نوعًا من الدفع النفاث أو الصاروخي.^[2]

الدفع الأرضي

تستخدم العجلات بشكل شائع في الدفع الأرضي

الدفع الأرضي هو أي آلية لدفع الأجسام الصلبة على طول الأرض ، وعادة ما يكون لأغراض النقل. غالبًا ما يتكون نظام الدفع من مزيج من محرك أو موتور وعلبة تروس وعجلة ومحاور في التطبيقات القياسية.

القطار المغناطيسي

Transrapid 09 في مركز اختبار إمسلاند في ألمانيا

Maglev (المشتق من الارتفاع المغناطيسي) هو نظام نقل يستخدم الرفع المغناطيسي لتعليق المركبات وتوجيهها ودفعها بالمغناطيس بدلاً من استخدام الطرق الميكانيكية ، مثل العجلات والمحاور والمحامل. باستخدام maglev ، يتم رفع السيارة على مسافة قصيرة بعيدًا عن طريق التوجيه باستخدام المغناطيس لإنشاء كل من الرفع والدفع. يُزعم أن مركبات Maglev تتحرك بسلاسة وهدوء أكبر وتتطلب صيانة أقل من أنظمة النقل الجماعي ذات العجلات. يُزعم أن عدم الاعتماد على الاحتكاك يعني أيضًا أن التسارع والتباطؤ يمكن أن يتجاوز بكثير أشكال النقل الحالية. الطاقة اللازمة للإرتفاع ليست نسبة كبيرة بشكل خاص من إجمالي استهلاك الطاقة ؛ معظم الطاقة المستخدمة ضرورية للتغلب على مقاومة الهواء (السحب) ، كما هو الحال مع أي شكل آخر من أشكال النقل عالي السرعة.

الدفع البحري

منظر لغرفة محرك السفينة

الدفع البحري هو الآلية أو النظام المستخدم لتوليد قوة دفع لتحريك سفينة أو قارب عبر الماء. بينما لا تزال تستخدم المجاذيف والأشرعة في بعض القوارب الصغيرة ، فإن معظم السفن الحديثة يتم دفعها بواسطة أنظمة ميكانيكية تتكون من محرك أو محرك يقوم بتدوير المروحة ، أو في كثير من الأحيان ، في محركات الطائرات النفاثة ،الدافعة . الهندسة البحرية هي التخصص المعني بتصميم أنظمة الدفع البحري.

كانت المحركات البخارية هي المحركات الميكانيكية الأولى المستخدمة في الدفع البحري ، ولكن تم استبدالها في الغالب بمحركات ديزل ثنائية الأشواط أو رباعية الأشواط ، ومحركات خارجية ، ومحركات توربينية غازية على سفن أسرع. تُستخدم المفاعلات النووية المنتجة للبخار لدفع السفن الحربية وكاسحات الجليد ، وكانت هناك محاولات لاستخدامها لتشغيل السفن التجارية. وقد تم استخدام المحركات الكهربائية في الغواصات والقوارب الكهربائية وتم اقتراحها للدفع الموفر للطاقة.^[3] يكتسب التطور الأخير في المحركات التي تعمل بالغاز الطبيعي المسال (LNG) الاعتراف بانبعاثاتها المنخفضة ومزايا التكلفة.

الدفع الفضائي

تلتقط كاميرا عن بُعد مشهدًا عن قرب لمحرك مكوك فضاء رئيسي أثناء إطلاق اختبار في مركز جون سي ستينيس الفضائي في مقاطعة هانكوك ، ميسيسيبي

دفع المركبات الفضائية هو أي طريقة تستخدم لتسريع المركبات الفضائية والأقمار الصناعية. هناك العديد من الطرق المختلفة. كل طريقة لها عيوبها ومزاياها ، ودفع المركبات الفضائية هو مجال نشط للبحث. ومع ذلك ، فإن معظم المركبات الفضائية اليوم يتم دفعها عن طريق دفع غاز من الجزء الخلفي / الخلفي للمركبة بسرعة عالية جدًا من خلال فوهة دو لافال الأسرع من الصوت. يسمى هذا النوع من المحركات بمحرك صاروخي.

تستخدم جميع المركبات الفضائية الحالية صواريخ كيميائية (ثنائية الاتجاه أو وقود صلب) للإطلاق ، على الرغم من أن بعضها (مثل صاروخ بيغاسوس و SpaceShipOne) استخدموا محركات تنفس الهواء في مرحلتها الأولى. تحتوي معظم الأقمار الصناعية على دفعات كيميائية بسيطة موثوقة (غالبًا صواريخ أحادية القوة) أو صواريخ مقاومة للمحطة المدارية ويستخدم بعضها عجلات الزخم للتحكم في الموقف. استخدمت أقمار الكتلة السوفييتية الدفع الكهربائي لعقود من الزمن ، وبدأت المركبات الفضائية الغربية الحديثة التي تدور حول الأرض في استخدامها للمحطات بين الشمال والجنوب ورفع المدار. تستخدم المركبات بين الكواكب في الغالب الصواريخ الكيميائية أيضًا ، على الرغم من أن القليل منها قد استخدم دافعات أيونية ودوافع تأثير هول (نوعان مختلفان من الدفع الكهربائي) لتحقيق نجاح كبير.

الكابلات

التلفريك هو أي مجموعة متنوعة من أنظمة النقل التي تعتمد على الكابلات لسحب المركبات على طولها أو خفضها بمعدل ثابت. يشير المصطلح أيضًا إلى المركبات الموجودة على هذه الأنظمة. عربات التلفريك هي أقل محركات وأقل محرك ويتم سحبها بواسطة كابل يتم تدويره بواسطة محرك خارج اللوحة.

الحيوانات

نحلة اثناء الطيران.

حركة الحيوانات ، وهي فعل يقوم به حيوان دفع ذاتيًا ، العديد من المظاهر ، بما في ذلك الجري والسباحة والقفز والطيران. تتحرك الحيوانات لعدة أسباب ، مثل العثور على طعام ، أو رفيقة ، أو مسكن دقيق مناسب ، والهروب من الحيوانات المفترسة. بالنسبة للعديد من الحيوانات ، تعتبر القدرة على الحركة ضرورية للبقاء ، ونتيجة لذلك ، شكلت الضغوط الانتقائية طرق وآليات الحركة التي تستخدمها الكائنات الحية المتحركة. على سبيل المثال ، تمتلك الحيوانات المهاجرة التي تسافر مسافات شاسعة (مثل الخرشنة القطبية) آلية تنقل تكلف القليل جدًا من الطاقة لكل وحدة مسافة ، في حين أن الحيوانات غير المهاجرة التي يجب أن تتحرك بشكل متكرر بسرعة للهروب من الحيوانات المفترسة (مثل الضفادع) من المرجح أن يكون لديك حركة مكلفة ولكن سريعة جدًا. تعتبر دراسة الحركة الحيوانية عادة مجالًا فرعيًا للميكانيكا الحيوية.

تتطلب الحركة طاقة للتغلب على الاحتكاك ، والسحب ، والقصور الذاتي ، والجاذبية ، على الرغم من أن بعض هذه العوامل في كثير من الظروف لا تذكر. في البيئات الأرضية ، يجب التغلب على الجاذبية ، على الرغم من أن مشكلة سحب الهواء أقل بكثير. ومع ذلك ، في البيئات المائية ، يصبح الاحتكاك (أو السحب) هو التحدي الرئيسي ، مع كون الجاذبية أقل أهمية. على الرغم من أن الحيوانات ذات الطفو الطبيعي لا تحتاج إلى إنفاق الكثير من الطاقة للحفاظ على الوضع الرأسي ، فإن بعضها سوف يغرق بشكل طبيعي ويجب أن ينفق الطاقة ليظل واقفاً على قدميه. قد يمثل السحب أيضًا مشكلة أثناء الطيران ، وتسلط أشكال الجسم الديناميكية الهوائية للطيور الضوء على هذه النقطة. يمثل الطيران مشكلة مختلفة عن الحركة في الماء ، حيث لا توجد طريقة لكائن حي ليكون أقل كثافة من الهواء. يجب أن تتعامل الكائنات الحية التي لا حدود لها على الأرض مع الاحتكاك السطحي ، ولكنها لا تحتاج عادةً إلى إنفاق طاقة كبيرة لمواجهة الجاذبية.

يستخدم قانون نيوتن الثالث للحركة على نطاق واسع في دراسة حركة الحيوانات: إذا كان في حالة راحة ، يجب أن يدفع الحيوان شيئًا ما إلى الخلف. يجب أن تدفع الحيوانات الأرضية الأرض الصلبة ؛ يجب أن تضغط الحيوانات التي تسبح وتطير ضد سائل (سواء الماء أو الهواء).^[4] إن تأثير القوى أثناء الحركة على تصميم النظام الهيكلي مهم أيضًا ، وكذلك التفاعل بين الحركة وعلم وظائف الأعضاء العضلي ، في تحديد كيفية تمكين هياكل ومؤثرات الحركة من حركة الحيوان أو تقييدها.

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