آشنایی با موتورهای خطی

يك موتور خطي در واقع يك موتور الكتريكي است كه استاتورش غير استوانه شده است تا به جاي اينكه يك گشتاور چرخشي توليد كند، يك نيروي خطي در راستاي طول استاتور ايجاد كند.

طرح‌هاي بسياري براي موتورهاي خطي ارائه شده است كه مي‌توان آنها را به دو دسته تقسيم كرد: موتورهاي خطي شتاب بالا و شتاب پايين. موتورهاي شتاب پايين براي قطارهاي مگليو و ديگر كاربردهاي حمل و نقلي روي زمين مناسب هستند. موتورهاي شتاب بالا معمولاً خيلي كوتاه هستند و براي شتاب دادن به جسمي تا سرعت بسيار زياد و سپس رها كردن آن به كار مي‌روند. اين موتورها معمولاً براي مطالعات برخورد سرعت بالا به عنوان تسليحات نظامي يا به عنوان راه‌اندازنده جرمي براي پيشرانه فضاپيما به كار مي‌رود. موتور خطي‌اي كه براي شتاب دادن به يون ها يا ذره‌هاي زير اتمي به كار مي‌رود، يك شتاب دهنده ذره ناميده مي‌شود. با نزديك شدن ذره‌ها به سرعت نور، طراحي موتورها معمولاً متفاوت مي‌شود و اين ذره‌ها نيز عموماً داري بار الكتريكي هستند.

شتاب پايين
ايده موتور خطي اولين بار توسط پرفسور اريك ليتويت از كالج امپريال در لندن مطرح شد. در طرح وي و در اكثر طرح‌هاي شتاب پايين، نيرو توسط يك ميدان مغناطيسي خطي سيار كه بر روي هادي‌ها موجود در ميدان عمل مي‌كند، ايجاد خواهد شد. در هر هادي‌ چه يك حلقه، چه يك سيم‌پيچ يا يك تكه از فلز تخت كه در اين ميدان قرار گيرد جريان‌هاي گردابي القا شده وجود خواهد داشت و بنابراين يك ميدان مغناطيسي مخالف را ايجاد خواهد كرد. دو ميدان مغناطيسي همديگر را دفع خواهند كرد و بنابراين جسم هادي را از استاتور دور خواهند كرد و آن را در طول جهت ميدان مغناطيسي سيار حمل خواهند كرد.
به علت اين ويژگي‌ها، موتور خطي اغلب در پيشرانه قطار مگليو به كار مي‌رود هر چند كه مي‌توان صرف نظر از پرواز مغناطيسي از آنها استفاده كرد، مانند استفاده در فن‌آوري انتقال پيشرفته و سريع نور كه در سيستم ترن آسماني ونكوور ، Scarborough RT تورنتو، ترن هوايي فرودگاه JGK نيويورك و Putra RTL كووالالامپور به كار مي‌رود. از اين فن‌آوري با تغييراتي در برخي از قطار‌هاي بازي نيز استفاده مي‌شود.
موتورهاي خطي عمودي نيز براي مكانيسم‌هاي بالابر در معدن هاي عميق پيشنهاد شده است.

شتاب بالا
موتورهاي خطي شتاب بالا براي كاربرهاي متعددي پيشنهاد شده‌اند. به علت اينكه مهمات ضد زرهي كنوني بايستي گلوله‌هاي كوچكي با انرژي جنبشي بسيار بالا باشند يعني دقيقاً آنچه كه اين موتورها فراهم مي‌كنند، از آنها به عنوان تسليحات استفاده شده‌ است. اين موتورها همچنين براي استفاده در پيشرانه فضا پيماها به كار گرفته مي‌شود. در چنين شرايطي به اين موتورها راه‌اندازهاي جرمي گفته مي‌شود. ساده‌ترين روش استفاده از راه‌انداز جرمي براي پيشرانه فضا پيما، ساخت يك راه‌انداز جرمي بزرگ است كه بتواند محموله را تا سرعت گريز شتاب دهد.

طراحي موتورهاي شتاب بالا به دلايل متعددي مشكل است. آنها مقادير بزرگ انرژي را در مدت زمان كوتاه نياز دارند. كه براي هر پرتاب در فضا نياز به 300GJ در مدت زمان كمتر از يك ثانيه دارد. ژنراتورهاي الكتريكي معمولي براي چنين نوع از باري طراحي نشده‌اند اما روش‌هاي ذخيره انرژي الكتريكي كوتاه مدت را مي‌توان مورد استفاده قرار داد. خازن ‌ها پر حجم و گران هستند اما مي‌توانند به سرعت مقادير بزرگ انرژي را فراهم كنند. ژنراتورهاي هم قطب را مي‌توان براي تبديل سريع انرژي جنبشي يك چرخ طيار به انرژي الكتريكي به كار برد. موتورهاي خطي شتاب بالا نيازمند ميدان‌هاي مغناطيسي بسيار قوي‌اي نيز هستند، در واقع ميدان‌هاي مغناطيسي اغلب آنقدر قوي اند كه اجازه استفاده از ابر رساناها را نمي‌دهند. اما با طراحي دقيق مي‌توان اين مشكل را حل كرد.
دو طرح متفاوت پايه‌اي از موتور‌هاي خطي شتاب بالا ابداع شده است: تفنگ‌هاي ريلي و تفنگ هاي كويلي.