LevegőbeszívásSzerkesztés
A kompresszor előtt szükség van egy beszívóra vagy csőre, amely segít a beérkező levegőt egyenletesen a mozgó kompresszorlapátokra irányítani. A régebbi motoroknál a mozgó lapátok előtt álló lapátok voltak. Ezek a lapátok szintén segítettek a levegőt a lapátokra irányítani. A turbó sugárhajtóművekbe áramló levegő mindig szubszonikus, függetlenül magának a repülőgépnek a sebességétől.
A beszívónak elfogadhatóan kis nyomáskülönbséggel (ún. torzítással) és a lehető legkisebb energiaveszteséggel (ún. nyomásvisszanyerés) kell ellátnia a hajtóművet. A szívócső nyomásemelkedése a szívócső hozzájárulása a hajtásrendszer teljes nyomásarányához és termikus hatásfokához.
A szívócső nagy fordulatszámon válik hangsúlyossá, amikor nagyobb kompressziót hoz létre, mint a kompresszorfokozat. Jól ismert példa erre a Concorde és a Lockheed SR-71 Blackbird hajtóművek, ahol a szívó- és hajtóművek hozzájárulása a teljes kompresszióhoz 63%/8% volt Mach 2-nél és 54%/17% Mach 3+-nál. A bemeneti nyílások a Lockheed C-141 Starlifterbe épített Pratt & Whitney TF33 turbóventilátoros berendezés “nullahosszúságától” a North American XB-70 Valkyrie két, 65 láb hosszú bemeneti nyílásáig terjedtek, amelyek egyenként három hajtóművet tápláltak mintegy 800 lb/sec bemeneti légáramlással.
KompresszorSzerkesztés
A kompresszort a turbina hajtja. Nagy sebességgel forog, energiát ad a légáramhoz, és egyúttal kisebb térbe préseli (tömöríti) azt. A levegő összenyomása növeli annak nyomását és hőmérsékletét. Minél kisebb a kompresszor, annál gyorsabban forog. A tartomány nagy végén a GE-90-115 ventilátor körülbelül 2500 fordulatszámmal forog, míg egy kis helikoptermotor kompresszora körülbelül 50 000 fordulatszámmal forog.
A turbojetek a kompresszorból levezetett levegőt szállítanak a repülőgépbe, például a környezetszabályozó rendszer, a jégvédelem és az üzemanyagtartályok nyomás alá helyezése céljából. Magának a hajtóműnek különböző nyomású és áramlási sebességű levegőre van szüksége a működéséhez. Ez a levegő a kompresszorból származik, és nélküle a turbinák túlmelegednének, a kenőolaj szivárogna a csapágyüregekből, a rotor tolócsapágyai megcsúsznának vagy túlterhelődnének, és jég képződne az orrkúpon. A kompresszorból származó levegőt, az úgynevezett másodlagos levegőt a turbina hűtésére, a csapágyüregek tömítésére, a jégvédelemre és annak biztosítására használják, hogy a rotor nyomócsapágyának tengelyirányú terhelése ne kopjon el idő előtt. A levegővezető levegő szállítása a repülőgépbe csökkenti a hajtómű hatásfokát, mivel a levegőt összenyomták, de ezután nem járul hozzá a tolóerő előállításához. A turbóventilátoros Boeing 787-es hajtóművön már nincs szükség a repülőgépek kiszolgálására szolgáló légtelenítő levegőre.
A turbóventilátorokban használt kompresszortípusok jellemzően axiális vagy centrifugális kompresszorok voltak. A korai turbóhajtóművek kompresszorai alacsony nyomásaránnyal rendelkeztek, körülbelül 5:1-ig. Az aerodinamikai fejlesztések, beleértve a kompresszor két külön forgó részre osztását, a belépő vezető lapátok és a sztátorok változó lapátszögének beépítését, valamint a levegő elvezetését a kompresszorból, lehetővé tették, hogy a későbbi turbojetek össznyomás-aránya 15:1 vagy annál nagyobb legyen. Összehasonlításképpen: a modern polgári turbóventilátor-hajtóművek teljes nyomásaránya 44:1 vagy annál nagyobb. A kompresszor elhagyása után a levegő az égéstérbe kerül.
ÉgéstérSzerkesztés
Az égéstérben zajló égési folyamat jelentősen eltér a dugattyús motorokétól. A dugattyús motorban az égő gázok egy kis térfogatba vannak bezárva, és ahogy az üzemanyag ég, úgy nő a nyomás. A sugárhajtóműben a levegő és az üzemanyag keveréke az égéstérben ég el, és folyamatos áramlással, nyomásnövekedés nélkül jut el a turbinába. Ehelyett kis nyomásveszteség keletkezik az égéstérben.
A tüzelőanyag-levegő keverék csak lassan mozgó levegőben tud elégni, ezért a primer zónában a megközelítőleg sztöchiometrikus égéshez egy ellenáramlási területet tartanak fenn az üzemanyagfúvókák. További sűrített levegőt vezetnek be, amely befejezi az égési folyamatot, és az égéstermékek hőmérsékletét olyan szintre csökkenti, amelyet a turbina el tud fogadni. Az égéshez általában a levegő kevesebb mint 25%-át használják fel, mivel a turbina hőmérsékleti határértékeinek betartásához összességében sovány keverékre van szükség.
TurbinaEdit
Az égéstérből kilépő forró gázok a turbinán keresztül tágulnak. A turbinák tipikus anyagai közé tartozik az inconel és a Nimonic. A hajtóműben a legforróbb turbinalapátok és turbinalapátok belső hűtési csatornákkal rendelkeznek. A kompresszorból érkező levegőt ezeken keresztül vezetik át, hogy a fém hőmérsékletét határértékeken belül tartsák. A többi fokozatnak nincs szüksége hűtésre.
Az első fokozatban a turbina nagyrészt impulzusturbina (hasonlóan a peltonkerékhez), és a forró gázáram becsapódása miatt forog. A későbbi fokozatok konvergens csatornák, amelyek felgyorsítják a gázt. Az energia a kompresszorban történő energiaátadással ellentétes módon, impulzuscsere révén kerül a tengelybe. A turbina által kifejlesztett energia hajtja a kompresszort és a tartozékokat, például az üzemanyag-, olaj- és hidraulikaszivattyúkat, amelyeket a tartozékváltó hajt.
FúvókaSzerkesztés
A turbina után a gázok a kipufogó fúvókán keresztül kitágulnak, és nagy sebességű fúvókát hoznak létre. A konvergens fúvókában a csatorna fokozatosan szűkül egy torkolatig. A fúvóka nyomásaránya egy turbó sugárhajtóműnél nagyobb tolóerő-beállításoknál elég nagy ahhoz, hogy a fúvóka megfulladjon.
Ha azonban egy konvergens-divergens de Laval fúvókát szerelnek fel, a divergens (növekvő áramlási felületű) szakasz lehetővé teszi, hogy a gázok a divergens szakaszon belül elérjék a szuperszonikus sebességet. Az így létrejövő nagyobb kipufogógázsebesség további tolóerőt generál.
TolóerőnövelésSzerkesztés
A tolóerőt a turbóhajtóművekben leggyakrabban víz/metanol befecskendezéssel vagy utánégetéssel növelték.Néhány hajtómű egyszerre használta mindkettőt.
A folyadékbefecskendezést 1941-ben a Power Jets W.1-en tesztelték, kezdetben ammóniával, majd vízre, majd víz-metanolra váltottak. A Gloster E.28/39-en is kidolgoztak egy rendszert a technika kipróbálására, de soha nem szerelték be.
UtóégetőSzerkesztés
Az utóégető vagy “utómelegítő sugárcső” a turbina kipufogógázainak utómelegítésére hozzáadott égéstér. Az üzemanyag-fogyasztás nagyon magas, jellemzően négyszerese a főhajtómű üzemanyag-fogyasztásának. Utóégetőket szinte kizárólag szuperszonikus repülőgépeken használnak, legtöbbször katonai repülőgépeken. Két szuperszonikus utasszállító repülőgép, a Concorde és a Tu-144 is használt utánégetőt, akárcsak a Scaled Composites White Knight, a kísérleti SpaceShipOne szuborbitális űrhajó hordozó repülőgépe.
Az utánmelegítést 1944-ben egy Gloster Meteor I. W.2/700 hajtóművén próbálták ki repülés közben.
Vélemény, hozzászólás?