شگفتی مهندسی؛ کالبدشکافی کامل موتور جت به زبان ساده

اگر حتی لحظه‌ای به آسمان بالای سر خود چشم بدوزید، احتمالاً بیش از چند خط سفید و باریک را خواهید دید که مانند رگه‌های سفید بر بوم آبی آسمان کشیده شده‌اند. این خط‌های سفید که ردپای بخار یخ‌زده‌ی هواپیماهای جت هستند، آنقدر ارتفاع دارند که اگر پنجره‌های هواپیما ناگهان باز شوند، همه‌ی مسافران از کمبود اکسیژن، از هوش می‌روند؛ اما چگونه در جایی که اکسیژن کافی برای نفس کشیدن نیست، موتورهای جت حرکت می‌کنند؟

در آغاز قرن بیستم، ایده‌ی پرواز با نیروی موتور، رؤیایی غیرممکن به نظر می‌رسید؛ اما حالا به‌قدری به سفر هوایی عادت کرده‌ایم که دیگر به هواپیماهای بالای سرمان توجهی نمی‌کنیم. امروزه بیشتر هواپیماهای مدرن از موتورهای جت استفاده می‌کنند که در زبان فنی با نام صحیح «توربین‌های گازی» شناخته می‌شوند؛ اما این ماشین‌های شگفت‌انگیز دقیقاً چگونه کار می‌کنند و چه تفاوتی با موتور خودروها دارند؟ در مقاله‌ی پیش‌رو نگاهی دقیق‌تر به عملکرد آن‌ها خواهیم انداخت.

جت موتور درون‌سوزی است که سوخت مایع پرانرژی را به نیروی قدرتمندی به نام رانش (Thrust) تبدیل می‌کند. نیروی رانش حاصل از یک یا چند موتور، هواپیما را به سمت جلو حرکت می‌دهد و باعث می‌شود هوا با سرعت از روی بال‌های آن عبور کند. این طراحی علمی بال‌ها نیرویی رو به بالا به نام برآر (Lift) ایجاد می‌کند که موجب برخاستن هواپیما از زمین می‌شود.

مریم صفدری

علت ماندن هواپیما در هوا؛ معمایی که هنوز حل نشده است

مطالعه '17

برای درک بهتر موتورهای جت مدرن، می‌توان آن‌ها را با موتورهای پیستونی که در هواپیماهای قدیمی استفاده می‌شدند، مقایسه کرد. موتورهای پیستونی شباهت زیادی به موتورهایی دارند که امروزه در خودروها به کار می‌روند.

موتور پیستونی (که به آن موتور رفت و برگشتی نیز گفته می‌شود) قدرت خود را درون سیلندرهایی مانند دیگ‌های محکم فولادی، تولید می‌کند. در این فرایند، سوخت مایع با هوا مخلوط و وارد سیلندر می‌شود. سپس، پیستون این مخلوط را فشرده می‌کند و دمای آن را افزایش می‌دهد. در موتورهای دیزلی، این افزایش دما باعث اشتعال خودبه‌خودی مخلوط می‌شود، اما در موتورهای بنزینی، شمع جرقه‌زن باعث انفجار مخلوط می‌شود.

وقتی ترکیب سوخت و هوا آتش می‌گیرد، حجم گازها افزایش می‌یابد و پیستون را به عقب می‌راند. این رانش باعث چرخش میل‌لنگ می‌شود که در خودرو، چرخ‌ها و در هواپیما، ملخ را به چرخش درمی‌آورد. این فرایند چهار مرحله دارد: مکش، تراکم، احتراق و تخلیه. مشکل این نوع موتور این است که پیستون تنها در یک مرحله از هر چهار مرحله، قدرت تولید می‌کند؛ یعنی در بخش زیادی از زمان، موتور عملاً بدون تولید قدرت کار می‌کند.

توان خروجی یک موتور پیستونی وابسته به حجم سیلندرها و میزان حرکت پیستون است. برای تولید قدرت بیشتر، یا باید از سیلندرهای بزرگ‌تری استفاده کرد، یا تعداد سیلندرها را افزایش داد؛ اما این روش‌ها نیز محدودیت‌هایی به‌همراه می‌آورند. در نتیجه، موتورهای پیستونی توان محدودی برای ایجاد سرعت، نیروی برآر و حمل بار سنگین در هواپیماها دارند. به همین دلیل، این موتورها در نهایت جای خود را به موتورهای جت دادند، که می‌توانند قدرت بسیار بیشتری تولید کنند و هواپیماها را به سرعت‌های بسیار بالاتر برسانند.

یک موتور جت براساس همان اصل علمی موتور یک خودرو کار می‌کند؛ یعنی با احتراق سوخت مخلوط با هوا، انرژی آزاد می‌کند که باعث حرکت هواپیما، وسایل نقلیه یا ماشین‌های دیگر می‌شود. اما تفاوت آن با موتور خودرو این است که به‌جای بهره بردن از سیلندرهایی که چهار مرحله‌ی احتراق را به‌ترتیب انجام می‌دهند، از یک استوانه‌ی فلزی بلند استفاده می‌کند که همین چهار مرحله را به‌صورت خطی و پشتسرهم انجام می‌دهد؛ درست مانند یک خط تولید نیروی پیشران!

براساس قانون سوم نیوتن، هنگامی که گازهای خروجی موتور جت به عقب پرتاب می‌شوند، هواپیما به جلو رانده می‌شود. این مکانیسم شبیه حرکت اسکیت‌باز است که با فشار دادن پا به زمین (عمل) به جلو حرکت می‌کند (عکس‌العمل).

در ساده‌ترین نوع موتور جت، که توربوجت نام دارد، هوا از قسمت جلوی موتور از طریق یک دهانه (یا ورودی هوا) وارد می‌شود، سپس با یک فن فشرده شده، با سوخت ترکیب و سوزانده می‌شود و در نهایت، گازهای داغ و پرسرعت از قسمت عقب موتور خارج می‌شوند. این فرایند باعث ایجاد نیروی رانش می‌شود که هواپیما را به جلو حرکت می‌دهد.

همه‌ی موتورهای جت و توربین‌های گازی به‌طور کلی با یک فرایند مشابه کار می‌کنند: مکش هوا از ورودی، فشرده‌سازی آن، احتراق همراه با سوخت و خروج گازهای انبساطی از طریق توربین. بنابراین، همه‌ی آن‌ها پنج جزء اصلی مشترک دارند: ورودی، کمپرسور، محفظه‌ی احتراق و توربین که به همین ترتیب پشت سر هم قرار گرفته‌اند و یک محور از میان آن‌ها عبور می‌کند.

البته انواع مختلف موتورهای جت با اجزای اضافه‌ای که دارند، طبقه‌بندی می‌شوند؛ طراحی ورودی‌های متفاوت، وجود بیش از یک محفظه‌ی احتراق یا استفاده از دو یا چند کمپرسور و توربین. این تفاوت‌ها، کاربرد موتور را مشخص می‌کند.

موتورهای با کاربرد هوافضا، حاصل جزئیات دقیق مهندسی هستند: آن‌ها باید حداکثر توان را با حداقل سوخت (یعنی بازدهی بالا) تولید کنند، درحالی‌که تا جای ممکن کوچک، سبک و بی‌صدا باشند؛ اما توربین‌های گازی مورد استفاده در نیروگاه‌ها، اگرچه باز هم به بازدهی و توان بالا نیاز دارند، الزاماً احتیاجی به کوچک یا سبک بودن ندارند.

سید امیر علوی

مهندسی بی نهایت: چهار پیشگام؛ اولین جت‌های مسافربری دوربرد

مطالعه '35

نام فنی موتور جت، توربین گازی است که عملکرد واقعی آن را بهتر توصیف می‌کند. موتور جت با سوزاندن سوخت در هوا، گاز داغ تولید می‌کند. برخلاف موتور خودرو که از انفجار سوخت برای حرکت پیستون‌ها استفاده می‌کند، موتور جت گازهای داغ منبسط‌شده را از پره‌های توربین عبور می‌دهد تا آن را بچرخاند. به همین دلیل، نیروی محرکه در موتور جت از چرخش توربین ناشی می‌شود.

عملکرد توربین‌های گازی براساس چرخه‌ی برایتون است، جایی که هوای ورودی ابتدا تا ۴۰ برابر فشار اتمسفر فشرده شده و سپس با تزریق سوخت در محفظه‌ی احتراق مشتعل می‌شود. این فرایند، گازهای داغی با دمایی بیش از ۱,۴۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد تولید می‌کند که با عبور از توربین، انرژی لازم برای چرخاندن کمپرسور را تأمین می‌کنند و درنهایت با سرعتی فراصوت (بیش از ۱,۶۰۰ کیلومتربرساعت) از نازل خارج می‌شوند تا پیشرانش خالص ایجاد کنند.

چرخه‌ی برایتون چهار مرحله‌ی اصلی دارد:

• تراکم: هوای ورودی توسط کمپرسور فشرده می‌شود؛ مانند فشرده‌کردن هوا با تلمبه‌ی دوچرخه. این عمل، فشار و دمای هوا را به‌شدت افزایش می‌دهد.
• احتراق: هوای فشرده به محفظه‌ی احتراق می‌رود. با تزریق سوخت و اشتعال آن، انرژی گرمایی عظیمی تولید می‌شود که گازها را منبسط و پرانرژی می‌کند.
• انبساط: گازهای داغ از توربین عبور می‌کند و پره‌های آن را می‌چرخاند. بخشی از این انرژی، کمپرسور را به کار می‌اندازد و بخشی دیگر به‌صورت رانش از طریق نازل خروجی آزاد می‌شود.
• خروج گازها: گازهای خروجی با سرعت بالا به بیرون رانده می‌شوند که بر پایه‌ی قانون سوم نیوتن، نیروی پیشران ایجاد می‌کند.

بازده چرخه‌ی برایتون به نسبت تراکم و دمای عملیات بستگی دارد. فناوری‌های جدید مانند استفاده از مواد مقاوم به دما (مانند سوپر آلیاژها) و طراحی‌های آیرودینامیک کمپرسور و توربین، بازده موتورهای جت را به‌طور چشمگیری افزایش داده‌اند. این پیشرفت‌ها نه‌تنها مصرف سوخت را کاهش داده‌اند، بلکه پروازهای سریع‌تر در مسافت‌های طولانی‌تر را ممکن کرده‌اند.

همه‌ی موتورهای جت گازها را به بیرون پرتاب نمی‌کنند. در برخی موارد (مثل بالگردها یا نیروگاه‌های برق)، انرژی توربین صرف چرخاندن پره‌ها، ژنراتورها یا پروانه‌های عظیم (در هواپیماهای مسافربری) می‌شود. در بخش بعدی، به بررسی انواع مختلف این موتورها می‌پردازیم.

موتور توربوجت، ابداع انقلابی فرانک ویتل در دهه‌ی ۱۹۳۰، سنگ‌بنای هوانوردی جت مدرن را بنا نهاد و مسیر توسعه‌ی فناوری‌های پیشرفته‌تر را هموار کرد. این موتور، که هنوز در برخی هواپیماهای امروزی به کار می‌رود، ساده‌ترین شکل موتور جت مبتنی‌بر توربین گازی است و از چهار جزء اصلی تشکیل می‌شود: کمپرسور (فشرده‌ساز)، محفظه احتراق، توربین و نازل خروجی.

توربوجت‌ها به‌دلیل سادگی و کارایی در سرعت‌های مافوق صوت (بیش از یک ماخ) در حوزه‌هایی همچون هواپیماهای نظامی سریع، جت‌های تجاری سبک و هدف‌های پرنده همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرند. بااین‌حال، مصرف سوخت بالای آن‌ها در سرعت‌های زیرصوت، به‌ویژه در مقایسه‌ با توربوفن‌ها، باعث شده است که از رده‌ی هواپیماهای مسافربری مدرن کنار گذاشته شوند. در دهه‌ی ۱۹۵۰، بوئینگ ۷۰۷، نخستین جت مسافربری تجاری موفق، با استفاده از موتورهای توربوجت Pratt & Whitney JT3، دوران طلایی هوانوردی جت را رقم زد.

در عرصه‌ی نظامی، جنگنده‌ی افسانه‌ای میگ-۲۱، مجهز به موتور Tumansky R-25، نمونه‌ای از کاربرد موفق این فناوری در پروازهای مافوق صوت بود. در دنیای هوانوردی تجاری، جت‌های سبک مانند سسنا سیتیشن مستنگ نیز همچنان از موتورهای توربوجت، مانند Williams FJ44، بهره می‌برند که نشان‌دهنده‌ی انعطاف‌پذیری این فناوری در عصر حاضر است.

برخلاف تصور عمومی که موتورهای جت را تنها به هواپیماها محدود می‌داند، بالگردها نیز از نوعی موتور جت موسوم به توربوشفت بهره می‌برند. توربوشفت‌ها در اصل توربین‌های گازی‌ای هستند که به‌جای تولید نیروی رانش مستقیم، انرژی حاصل از احتراق را به چرخش یک محور مکانیکی منتقل می‌کنند. این محور، از طریق یک سامانه‌ی پیچیده‌ی جعبه‌دنده، نیروی لازم برای چرخاندن ملخ‌های بالگرد را تأمین می‌کند. به‌کمک این سازوکار، بالگرد می‌تواند برخاست عمودی، مانورهای دقیق و پروازی پایدار در شرایط گوناگون را انجام دهد.

توربوشفت‌ها از چند بخش اصلی تشکیل شده‌اند: ژنراتور گاز شامل کمپرسور، محفظه‌ی احتراق، توربین پرفشار و توربین (انتقال) قدرت، که به‌طور مستقل از بخش اول عمل می‌کند. این طراحی منحصربه‌فرد، امکان بهینه‌سازی عملکرد در سرعت‌های مختلف را فراهم می‌کند، به‌طوری‌که برخی مدل‌ها در بخش توربین به ۳۰,۰۰۰ دور بر دقیقه می‌رسند، درحالی‌که خروجی نهایی محور پس از کاهش نسبت دنده، تنها ۳۰۰ دور بر دقیقه دارد. نسبت قابل توجه قدرت به وزن (در برخی نمونه‌ها تا ۵ اسب بخار به‌ازای هر کیلوگرم) و توانایی عملکرد در شرایط سخت، توربوشفت‌ها را به انتخابی ایدئال برای کاربردهای نظامی، امدادی و صنعتی تبدیل کرده است.

همچنین، بالگرد روسی Mil Mi-8 که با موتور Klimov TV3-117 به تولید انبوه رسیده است، به‌عنوان پرکاربردترین بالگرد تاریخ شناخته می‌شود. در بخش غیرنظامی نیز مدل‌هایی مانند Bell 412 با موتور Pratt & Whitney PT6T در عملیات‌های امدادرسانی و اطفای حریق و Airbus H145 با موتورهای Safran Arriel 2E در آمبولانس هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اما کاربردهای توربوشفت محدود به هوانوردی نیست. این نوع موتور در صنایع نظامی و انرژی نیز حضور پررنگی دارد. نمونه‌ی بارز آن، تانک روسی T-80 با موتور GTD-1250 است که به‌عنوان نخستین تانک توربینی دنیا، توانایی حرکت با سرعت ۷۰ کیلومتربرساعت را روی زمین‌های ناهموار دارد.

در دنیای پرشتاب هوانوردی که موتورهای جت، ستاره‌ی بی‌رقیب آسمان هستند، توربوپراپ‌ها بی‌سروصدا اما قدرتمند، بهینه‌ترین تعادل میان بهره‌وری سوخت و عملکرد عملیاتی را ارائه می‌کنند. این موتورها که از اصول مشابه توربوشفت‌ها بهره می‌برند، با انتقال انرژی از طریق یک محور مکانیکی، نیروی لازم برای چرخش ملخ بزرگ را فراهم می‌آورند و تا ۹۰٪ پیشرانش را از جریان هوای تولیدشده توسط ملخ هواگرد تأمین می‌کنند. درنتیجه، برخلاف موتورهای جت که بر خروجی گازهای داغ تکیه دارند، توربوپراپ‌ها با مصرف بهینه‌تر سوخت، نیروی پیشران را از مکش حجم زیادی از هوا به دست می‌آورند.

توربوپراپ‌ها برای رسیدن به حداکثر بازدهی در ارتفاع ۲۰ تا ۳۰ هزار پایی و سرعت‌های ۴۰۰ تا ۵۰۰ کیلومتربرساعت طراحی شده‌اند، جایی که پروانه‌ها کمترین تلاطم آیرودینامیکی را تجربه می‌کنند و مصرف سوخت آن‌ها تا ۴۰٪ کمتر از توربوفن‌های همرده است. این ویژگی، آن‌ها را برای پروازهای منطقه‌ای کوتاه‌برد، مسیرهای جزیره‌ای و مأموریت‌های طولانی‌مدت مانند گشت‌زنی‌های مرزی ایدئال می‌کند.

موتورهای توربوپراپ معمولاً از یک توربین گازی بهره می‌برند که بخش عمده‌ی انرژی احتراقی را صرف چرخش یک محور آزاد می‌کند و از طریق جعبه‌دنده‌ای پیچیده، سرعت بالای توربین (تا ۳۰,۰۰۰ دور در دقیقه) را به محدوده‌ای مناسب برای چرخش پروانه (حدود ۱,۵۰۰ تا ۲,۰۰۰ دور در دقیقه) کاهش می‌دهد. این طراحی، ضمن افزایش کارایی، باعث کاهش استهلاک مکانیکی و بهبود طول عمر موتور می‌شود.

با نگاهی به تاریخچه‌ی نمونه‌هایی مانند لاکهید سی-۱۳۰ هرکولس، که چهار موتور توربوپراپ رولزرویس T56 دارد، مشخص می‌شود که توربوپراپ‌ها تا چه حد در صنعت هوانوردی موفق بوده‌اند. در بخش غیرنظامی، ATR-72 به‌لطف موتورهای Pratt & Whitney PW127، استاندارد طلایی پروازهای منطقه‌ای است و با مصرف تنها ۵۵۰ لیتر سوخت در ساعت برای ۷۰ مسافر، راهکاری پایدار برای کاهش آلایندگی در صنعت هوایی ارائه می‌دهد.

باوجود مزایای یادشده، محدودیت‌هایی نیز در عملکرد توربوپراپ‌ها وجود دارد. یکی از مهم‌ترین چالش‌ها، پدیده‌ی تراکم‌پذیری (Compressibility) است که در سرعت‌های نزدیک به ۰٫۶ ماخ (حدود ۷۰۰ کیلومتربرساعت)، بازده آیرودینامیکی پروانه‌ها را کاهش می‌دهد و از رقابت آن‌ها با جت‌های تجاری در مسیرهای طولانی جلوگیری می‌کند. علاوه‌براین، لرزش‌های مکانیکی و صدای بالای کابین (حدود ۸۵ دسی‌بل، معادل یک مته‌ی آسفالت) می‌تواند برای مسافران آزاردهنده باشد.

بااین‌حال، صنعت هوانوردی تلاش می‌کند تا با معرفی فناوری‌های جدید مانند پروانه‌هایی با پهنای متغیر و توربوپراپ‌های هیبریدی-الکتریکی، مرزهای سرعت این موتورها را تا ۶۵۰ کیلومتربرساعت افزایش دهد. پروژه‌هایی مانند EcoPulse که با همکاری شرکت‌های داسو و سافران توسعه می‌یابد، نشان می‌دهد که آینده‌ی این موتورها می‌تواند در کاهش مصرف سوخت و آلودگی، نقش مؤثری ایفا کند.

موتورهای توربوفن به‌عنوان شاهکار مهندسی هوافضا، تحولی اساسی در صنعت هوانوردی ایجاد کرده‌اند. این موتورها که از تکامل توربوجت‌های اولیه به وجود آمده‌اند، با معرفی هوای کنارگذر (Bypass Air)، ترکیبی بهینه از قدرت، بازدهی و کاهش مصرف سوخت را ارائه می‌دهند.

نسبت کنارگذر (Bypass Ratio) از شاخص‌های کلیدی در عملکرد توربوفن‌ها است. در موتورهای با نسبت کنارگذر پایین، مانند آنچه در جنگنده‌ی مدرنی چون F-22 رپتور قرار دارد، بیشتر هوای ورودی از بخش مرکزی جت عبور می‌کند و امکان تولید پیشرانش مافوق صوت را فراهم می‌آورد.

در مقابل، موتورهای با نسبت کنارگذر بالا که در هواپیماهای مسافربری به کار می‌روند، تا ۹۰ درصد هوای ورودی را از کنار بخش مرکزی عبور می‌دهند. همین ویژگی موجب کاهش ۴۰ درصدی مصرف سوخت نسبت به نسل‌های قبلی می‌شود و سفرهای هوایی را اقتصادی‌تر و پایدارتر می‌کند. برای نمونه، موتور GE9X که برای بوئینگ 777X توسعه یافته، با قطر فن ۳٫۴ متر، مصرف سوخت را ۱۰ درصد نسبت به نسل قبل کاهش داده است.

کاهش آلودگی صوتی از دیگر مزایای توربوفن‌ها است. جریان هوای کنارگذر با ایجاد یک پوشش طبیعی، صدای ناشی از خروج گازهای داغ را تا ۵۰ درصد کاهش می‌دهد. این ویژگی در موتورهایی مانند رولزرویس UltraFan که از پره‌های شیاردار (Serrated Blades) برای شکستن امواج صوتی بهره می‌برد، به اوج خود می‌رسد. در این میان، فناوری‌های جدید مانند موتورهای گیربکسی (Geared Turbofan) که امکان چرخش فن با سرعتی متفاوت از محور را فراهم می‌کنند، باعث کاهش قابل‌ توجه صدای کابین و افزایش بازده شده‌اند.

امروزه، صنعت هوانوردی به‌دنبال راهکارهایی برای عبور از محدودیت‌های موجود است. پروژه‌های نوآورانه‌ای مانند موتورهای روتور باز (Open Rotor) که با حذف پوشش خارجی، مصرف سوخت را تا ۳۰ درصد کاهش می‌دهند، یا موتورهای هیبریدی-الکتریکی مانند پروژه‌ی E-Fan X ایرباس که پیشرانش جت را با نیروی برق ترکیب می‌کنند، چشم‌اندازی تازه از آینده‌ی هوانوردی ترسیم کرده‌اند. در نهایت، توربوفن‌ها نه‌تنها تجربه‌ی سفرهای هوایی را دگرگون کرده‌اند، بلکه با کاهش هزینه‌ها و آلودگی، استانداردهای جدیدی را برای بهره‌وری و پایداری در صنعت هوانوردی به وجود آورده‌اند.

در دنیای هوانوردی، جایی که سرعت به مرزهای غیرقابل تصور می‌رسد، موتورهای رَم‌جت و اسکرم‌جت به‌عنوان شاهکارهای مهندسی بدون قطعه‌ی متحرک، قواعد سنتی پیشرانش را به چالش کشیده‌اند. این موتورها برخلاف سامانه‌های متداول توربوجت، از فشرده‌سازی آیرودینامیکی استفاده می‌کنند و بدون نیاز به کمپرسور یا توربین، هوای ورودی را تنها از طریق طراحی هوشمندانه‌ی نازل‌ها فشرده می‌کنند. همین ویژگی باعث می‌شود که رَم‌جت‌ها و اسکرم‌جت‌ها سبک، کم‌هزینه و مناسب برای سرعت‌های فراصوت و حتی هایپرسونیک باشند.

اسکرم‌جت‌ها -نسخه‌ی تکامل‌یافته‌ی رَم‌جت‌ها- این محدودیت را کنار زده و امکان دستیابی به سرعت‌های ۱۵ ماخ را فراهم کرده‌اند. تفاوت کلیدی در اینجا است که جریان هوا درون موتور اسکرم‌جت هرگز به سرعت‌های زیرصوت کاهش نمی‌یابد و احتراق مستقیماً در جریان فراصوت رخ می‌دهد. این فناوری، که به روشن کردن کبریت در وسط یک طوفان شباهت دارد، به طراحی پیچیده‌ای در زمینه‌ی تزریق سوخت، مدیریت جریان هوا و مواد مقاوم در برابر دماهای فوق‌العاده بالا (تا ۳,۵۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد) نیاز دارد. چالش اصلی اسکرم‌جت‌ها، در پایداری احتراق در سرعت‌های بسیار زیاد و کنترل دمای بدنه خلاصه می‌شود که توسعه‌ی آن‌ها را دشوار می‌کند.

با وجود موانع فنی، رَم‌جت‌ها و اسکرم‌جت‌ها در برنامه‌های نظامی و فضایی به‌کار گرفته شده‌اند. لاکهید SR-71 Blackbird، سریع‌ترین هواپیمای سرنشین‌دار تاریخ، از ترکیب توربوجت و رَم‌جت برای دستیابی به سرعت‌های بالای ۳ ماخ استفاده می‌کند. موشک هایپرسونیک BrahMos-II، که با همکاری هند و روسیه توسعه یافته است، با اسکرم‌جت به سرعت ۷ ماخ می‌رسد و در نبردهای مدرن به‌عنوان یک سلاح استراتژیک شناخته می‌شود. همچنین، آزمایش‌های انجام‌شده در پروژه‌ی X-51 ناسا نشان می‌دهد که اسکرم‌جت‌ها می‌توانند برای مدت ۲۱۰ ثانیه در سرعت ۵٫۱ ماخ پایدار بمانند.

پرواز انسان، آرزویی که با افسانه‌های ایکاروس آغاز شد، در قرن بیستم با ظهور موتورهای جت به واقعیتی علمی تبدیل شد. این داستان پیشرفت، نه یک انفجار ناگهانی، بلکه حاصل قرن‌ها آزمون و خطا، رقابت‌های ملی و نبوغ فردی است.

انقلاب صنعتی با معرفی موتورهای احتراق داخلی توسط پیشگامانی چون نیکلاوس اتو در دهه‌ی ۱۸۶۰، جرقه‌ی امید را زنده کرد. این موتورها که با سوخت مایع کار می‌کردند، نسبت قدرت به وزن ۱۰ برابر بهتر از نمونه‌های بخار را ارائه می‌دادند.

درحالی‌که برادران رایت در سال ۱۹۰۳ با موتور ۱۲ اسب بخار خود تاریخ‌ساز شدند، مهندسان پیشرو به محدودیت‌های ذاتی ملخ در سرعت‌های بالا پی برده بودند. رنه لورن فرانسوی در سال ۱۹۰۸ با ثبت طرح اولیه‌ی رم‌جت و هانری کوآندا در سال ۱۹۱۰ با ساخت هواپیمایی مجهز به «فن دودکشی» (پیش‌نمونه‌ی جت)، مرزهای فناوری را جابه‌جا کردند؛ اما این ایده‌ها در نبود مواد مقاوم در برابر حرارت و دانش دقیق آیرودینامیک، محدود به پروازهای آزمایشی شدند.

دهه‌ی ۱۹۳۰ صحنه‌ی نبرد مخفیانه‌ی دو نابغه بود: فرانک ویتل بریتانیایی و هانس فون اوهاین آلمانی. ویتل که طرح توربوجت خود را در ۲۱ سالگی (۱۹۲۸) ارائه کرده بود، تا ۱۹۳۷ به‌دلیل کمبود بودجه و بی‌اعتمادی مقامات نظامی، تنها توانست یک نمونه‌ی آزمایشی ناپایدار بسازد. در مقابل، اوهایِن با حمایت مالی هاینکِل، شرکت هواپیماسازی آلمانی، در ۲۷ آگوست ۱۹۳۹ و تنها ۶ روز پیش از آغاز جنگ جهانی دوم، Heinkel He 178 را برای نخستین بار به پرواز درآورد. این رقابت، پایه‌گذار صنایع نظامی-هوایی مدرن شد.

پس از جنگ، فناوری جت از انحصار نظامی خارج شد. بوئینگ ۷۰۷ در ۱۹۵۸ با موتور Pratt & Whitney JT3C (نسخه‌ی غیرنظامی موتور B-52)، انقلابی در حمل‌ونقل هوایی ایجاد کرد. همزمان، چارلز کامان در ۱۹۵۱ با نصب موتور توربین گازی Boeing T50 روی بالگرد K-225، قابلیت‌های جدیدی در پرواز عمودی معرفی کرد. دهه‌ی ۱۹۶۰ شاهد ظهور توربوفن‌ها بود: رولزرویس کانوی در سال ۱۹۶۰ با نسبت کنارگذر ۰٫۳، مصرف سوخت را تا ۲۵٪ کاهش داد و استاندارد جدیدی برای هواپیماهایی مانند DC-8 تعیین کرد.

بحران نفتی ۱۹۷۳ صنعت هوانوردی را وادار به بازنگری اساسی کرد. در سال ۱۹۷۴ موتورهایی مانند CFM56 که حاصل همکاری جنرال الکتریک و سافران بود، با ترکیب پروانه‌های بزرگ، مصرف سوخت را تا ۱۵٪ کاهش دادند. دهه‌ی ۱۹۸۰ با معرفی موتورهای گیربکسی مانند Pratt & Whitney PW1000G در سال ۲۰۱۶، که پروانه‌ها را مستقل از توربین کم‌فشار می‌چرخاند، انقلابی دیگر را کلید زد. در این میان، پیشرفت‌های مواد (سرامیک‌های مقاوم در ۱,۵۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد) و سیستم‌های دیجیتال، پایه‌های عصر مدرن را بنا نهادند.

چالش‌های امروز (از کاهش کربن تا سکوت آکوستیک) مسیر آینده را ترسیم می‌کنند: موتورهای هیبریدی-الکتریکی مانند CFM RISE که برای رونمایی در سال ۲۰۳۵ هدف‌گذاری شده‌اند، کاهش ۲۰ درصدی مصرف سوخت را وعده می‌دهند.

از هواپیمای چوبی برادران رایت تا بوئینگ ۷۸۷ دریم‌لاینر، موتورهای جت نه‌تنها فاصله‌ها را کاهش داده‌اند، بلکه درک انسان را از سرعت متحول کرده‌اند. این فناوری، که زمانی تنها در تخیلات آینده‌نگرانه می‌گنجید، امروزه به سنگ‌بنای ارتباطات بین‌المللی، تجارت و پیشرفت علمی تبدیل شده است.

پاسخ به چالش‌های موجود، نه در مهندسی صرف، بلکه در ایجاد تعادل میان پیشرفت تکنولوژی، پایداری زیست‌محیطی و قابلیت اجرایی اقتصادی نهفته است. نسل آینده‌ی موتورهای جت باید نه‌تنها سریع‌تر و کارآمدتر باشند، بلکه اثرات زیست‌محیطی خود را نیز به حداقل برسانند. از سوخت‌های پایدار هوانوردی گرفته تا پیشرانه‌های تمام‌الکتریکی، آینده‌ی صنعت هوافضا به تصمیم‌هایی بستگی دارد که امروز گرفته می‌شوند.