Jetmotor

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi

Eftersyn
Denne artikel bør gennemlæses af en person med fagkendskab for at sikre den faglige korrekthed.
En Pratt and Whitney turbofan motor til F-15 Eagle bliver testet ved Robins Air Force Base, Georgia, USA.
Forstør
En Pratt and Whitney turbofan motor til F-15 Eagle bliver testet ved Robins Air Force Base, Georgia, USA.

Indholdsfortegnelse

[redigér] Jetmotoren

[redigér] Historie

Jetmotoren er en relativ ny opfindelse. Teknologien i sig selv stammer fra kinesernes raketter, som virker efter næsten samme princip, men den mere avancerede motor er ikke mere end små 100år gammel. Udviklingen af denne opfindelse er til gengæld gået meget hurtigt pga. blandt andet krig.

Det sandsynligvis første første jetfly blev konstrueret af Rumæneren Henri Marie Coandă i 1910. Flyet fløj første gang d. 16. december 1910. Motoren var af thermojettypen.

Den officielle opfinder af turbojetmotoren var Royal Air Force (RAF) testpiloten Frank Whittle. Han fremlage ideen for RAF allerede tilbage i 1929, og i 1932 fik han bevilget patent på ideen og i 1937 havde han bygget sin første færdige motor.

Whittles prototype havde en reaktionskraft på 562 kg, hvilket var en meget større kraft end den datidens propelmotorer kunne generer. Energien er dog intet i sammenligning med nutidens jetmotorer.

Uafhængigt af Whittle var tyskeren Hans Von Ohain dog gået i gang med et lignende projekt. Udviklingsmæssigt befandt han sig bag Whittle meget af tiden, men fordi Whittle havde store problemer med at få sin motor til at stoppe igen, da den først var startet (hvilket dog burde kunne klares ved at lukke for tilførslen af brændstof), overhalede Von Ohain ham i udviklingskampløbet og i samarbejde med Ernest Heinkel, en af datiden store flyproducenter, sendte Von Ohain det første jetfly i luften.

[redigér] Hvordan virker jetmotoren

Graf over optimal anvendelighed af (venstre til højre) turboshaft,  low bypass og turbojet ved flyvning omkring 10 km højde ved forskellige hastigheder. Vandret akse - hastighed, m/s. Lodret akse har kun logisk mening.
Forstør
Graf over optimal anvendelighed af (venstre til højre) turboshaft, low bypass og turbojet ved flyvning omkring 10 km højde ved forskellige hastigheder. Vandret akse - hastighed, m/s. Lodret akse har kun logisk mening.

Kort fortalt virker en jetmotor ved, at den accelererer en luftmasse bagud. Ifølge Newtons tredje lov vil den accelererede luftmasse påvirke jetmotoren med en ligeså stor modsat rettet kraft.

For en mere detaljeret forståelse er viden om divergente og konvergente kanaler nødvendigt:

  • Divergente kanaler udvides i bevægelsesretningen og det dynamiske tryk (hastighed) omdannes til statisk tryk (traditionelt lufttryk).
  • Konvergente kanaler (dyser) indskrænkes i bevægelsesretningen og det statiske tryk omdannes til dynamisk tryk (hastighed).

Luftindtaget er en divergent kanal og ram-effekten vil presse luften ind i kompressoren ved flyvning. Selv om luften er stillestående, vil det for jetmotoren være som om, at luften blæser med flyvehastigheden. Det divergente luftindtag vil omdanne selv tynd luft til tyk luft til kompressoren. På jorden vil motorens kompressor suge luften ind i motoren. På jorden er lufttrykket stort nok til at man kan undvære ram-trykket. Kompressoren består af adskillige kompressortrin, hvis roterende blade accelererer luften (øger hastigheden). Imellem kompressortrinene er der en lang række af divergente kanaler, der omdanner den nys opnåede hastighed til statisk tryk (lufttryk).

Den komprimerede luft ledes nu videre til et brændkammer. Her tilføres jetbrændstof, som forbrændes i det større lufttryk. Denne proces producerer en stor mængde varme og luftens volumen udvides betragteligt. Dette giver et forøget tryk, som forsætter ud af brændkammerets agterende, hvor en konvergent kanal omdanner lufttrykket til hastighed.

Efter brændkammeret kommer turbinen. Turbinens få trin består af rotorblade, der tvinges rundt af den udstrømmende gas. Turbinen sidder på samme akse som kompressoren, hvilket gør at kompressoren drives af turbinen. Cirka 80 procent af brændværdien går til at drive kompressoren. Gassen mister hastighed ved at drive turbinebladene, så imellem turbinetrinene er der en lang række af konvergente kanaler, der omdanner gassens tryk til hastighed.

For at få størst mulig hastighed på udstødningsgassen, inden den forlader motoren, tvinges den til sidst igennem en konvergent kanal, nozzle. Ideelt set vil de varme gasser forlade motoren med den omgivende lufts lufttryk, men med en hastighed højere end flyets hastighed.

Til ekstra acceleration er der på mange kampfly installeret en efterbrænder, der sprøjter brændstof direkte i udstødningen. Varmen antænder brændstoffet og luften får et højere lufttryk. Ved at gøre nozzlen mere konvergent, omdannes det forøgede tryk til hastighed.

Jetmotor luftstrøm og de forskellige kamre.
Forstør
Jetmotor luftstrøm og de forskellige kamre.

[redigér] Turbojet motoren

Turbojetmotoren er standard jetmotoren. Fordi turbojet-motoren har en meget stor effekt, og er relativt lille og let i forhold til andre jetmotortyper, er den især velegnet til jagerfly eller lignende, som skal skyde en høj fart og skal kunne manøvrere hurtigt.

[redigér] Turbofan motoren

Turbofanmotoren minder meget om turbojet motoren, men bare opbygget med en større kompressor uden på en mindre turbojetmotor. Dette gør, at motoren ikke kun trækker luft ind i motoren, men også rundt om motoren (se tegning). Fordele ved dette er, at energien fra motoren udnyttes bedre, i og med at der kommer energi fra turbojetmotoren, mens dennes turbine faktisk driver de store fanblade (ventilator), som leverer størstedelen af motorens kraft. Effekten fra den omkringløbende jetstrøm øges, da den forbipasserende luft også opvarmes af turbojet-motorens brændkamre. Det vil sige, at turbomotoren faktisk kan drives ved en lavere kraft og stadig udvikle den samme energimængde. Turbofanmotoren er derfor meget mere brændstofeffektiv end den almindelige turbojet. Dette kombineret med, at turbofanmotoren har et meget lavere støjniveau end turbojetmotoren, gør den meget velegnet til passager- og rutefly. Store turbofanmotorer er dog meget tungere end den almindelige turbojet og er derfor ikke velegnet til fartøjer, der skal skyde en høj fart, og som skal være meget manøvredygtige, fx et jagerfly. Små turbofanmotorer bruges f.eks. i F-16-flyene.

[redigér] Forbrændingskammeret

Forbrændingskammeret er den del af motoren, hvor forbrændingen af motorens brændstoffer sker. Når den komprimerede luftstrøm forlader kompressoren, bliver den ledt over i dette kammer. Heri vil luftsten blive blandet med jetbrændstof og derefter afbrændt. Afbrænding vil skabe store mængder gas, samtidig med, at varmen fra afbrændingen vil få luften til at udvide sig. Begge dele er, som jeg tidligere nævnte, med til at øge trykket på luftstrømmen betydeligt. På dette punkt adskiller jetmotoren sig fra propel motoren: Hvor en propel motor indtager meget store mængder luft og accelerer den en smule, indtager jetmotoren mindre mængder luft og i stedet accelerer den helt enormt, hvilket også gør den propelmotoren overlegen.

[redigér] Turbinen

Turbinen er motorens dynamo. Som vist på tegningen sidder turbinen bagerst i motoren og sidder på samme akse som kompressoren. Turbinen drives af den luftstrøm, som passerer gennem motoren. Hver turbineskive er udformet som en cirkel med metalblade, som overlapper hinanden (se tegning). Denne opbygning gør, at turbinen kan drives af en luftstrøm, som passerer vinkelret ind på skiven.

Turbinen er også designet således, at den kan modstå meget høje temperaturer, samt de store fysiske kræfter så den påvirkes af. Disse faktorer har blandt andet påvirket materialevalget og legering, og det ses også tit, at der er et kølesystem som suger luft fra kompressoren og bruger den uopvarmede luft til at nedkøle turbinen. After-Burn (efterbrænding)

After-burn eller ”reheat” er en ekstra anordning mange jet motorer på bl.a. kampfly har. After-burn effekten kommer ved, at der er blevet sat et ekstra brændkammer ved enden af jet motoren, som ud over at forbrænde yderligere brændstof for at skabe mere varme, også afbrænder eventuelle gasser i jet strømmen. After-burn koster meget brændstof, og bliver derfor ikke brugt så tit. Derfor kan piloten slå sin afterburn fra. Fordelen ved afterburn er, at det skaber et meget større tryk i motoren og derfor giver større fremdrift, hvilket kan udnyttes ved fx take-off fra et hang-skib eller lignende, hvor flyet skal hurtigt i luften. After-burn ses tydeligt på flyet ildhale.

[redigér] Overlydsdrift

Alle de bevægelige dele i en jetmotor kan ikke behandle luft, der bevæger sig med overlydshastighed. Derfor kan overlydsfly justere deres luftindtag, så luften har underlydshastighed, når den når kompressoren.

[redigér] Se også

Commons har billeder og/eller lyd med forbindelse til:
Commons har billeder og/eller lyd med forbindelse til: