LuftintagRedigera
Ett intag, eller rör, behövs framför kompressorn för att hjälpa till att styra den inkommande luften smidigt in i de rörliga kompressorbladen. Äldre motorer hade stationära lameller framför de rörliga bladen. Dessa lameller hjälpte också till att leda in luften på bladen. Den luft som strömmar in i en turbojetmotor är alltid subsonisk, oavsett själva flygplanets hastighet.
Intaget måste leverera luft till motorn med en acceptabelt liten tryckvariation (så kallad distorsion) och ha förlorat så lite energi som möjligt på vägen (så kallad tryckåtervinning). Ramtrycksökningen i intaget är intagets bidrag till framdrivningssystemets totala tryckförhållande och termiska verkningsgrad.
Intaget får en framträdande roll vid höga hastigheter när det genererar mer kompression än kompressorsteget. Välkända exempel är framdrivningssystemen Concorde och Lockheed SR-71 Blackbird, där intagets och motorns bidrag till den totala kompressionen var 63 %/8 % vid Mach 2 och 54 %/17 % vid Mach 3+. Intagen har varierat från ”noll-längd” på Pratt & Whitney TF33 turbofläktinstallationen i Lockheed C-141 Starlifter, till de dubbla, 65 fot långa intagen på den nordamerikanska XB-70 Valkyrie, som var och en försörjer tre motorer med ett inloppsluftflöde på cirka 800 lb/sek.
KompressorEdit
Kompressorn drivs av turbinen. Den roterar med hög hastighet och tillför energi till luftflödet samtidigt som den pressar (komprimerar) det till ett mindre utrymme. Genom att komprimera luften ökar dess tryck och temperatur. Ju mindre kompressorn är, desto snabbare roterar den. I den stora änden av intervallet roterar fläkten GE-90-115 med cirka 2 500 varv per minut, medan en liten helikoptermotorkompressor roterar med cirka 50 000 varv per minut.
Turbojets förser flygplanet med avtappningsluft från kompressorn, till exempel för miljökontrollsystemet, avisning och trycksättning av bränsletankar. Själva motorn behöver luft med olika tryck och flöden för att hålla den igång. Denna luft kommer från kompressorn, och utan den skulle turbinerna överhettas, smörjoljan skulle läcka från lagerhålorna, rotorns trycklager skulle glida eller överbelastas, och is skulle bildas på noskonen. Luften från kompressorn, som kallas sekundärluft, används för kylning av turbinerna, tätning av lagerhålorna, anti-isning och för att se till att rotorns axiella belastning på dess trycklager inte sliter ut det i förtid. Att förse flygplanet med avluft minskar motorns effektivitet eftersom den har komprimerats, men sedan inte bidrar till att producera dragkraft. Bleed air for aircraft services behövs inte längre på den turbofläktdrivna Boeing 787.
De kompressortyper som användes i turbojetmotorer var vanligtvis axial- eller centrifugalkompressorer. Tidiga turbojetkompressorer hade låga tryckförhållanden upp till cirka 5:1. Aerodynamiska förbättringar, bland annat genom att dela upp kompressorn i två separat roterande delar, införa variabla bladvinklar för inmatningsledarblad och statorer och avleda luft från kompressorn, gjorde det möjligt för senare turbojetflygplan att ha totala tryckförhållanden på 15:1 eller mer. Som jämförelse kan nämnas att moderna civila turbofläktmotorer har totala tryckförhållanden på 44:1 eller mer. Efter att ha lämnat kompressorn kommer luften in i förbränningskammaren.
FörbränningskammareRedigera
Förbränningsprocessen i förbränningskammaren skiljer sig avsevärt från den i en kolvmotor. I en kolvmotor är de brinnande gaserna begränsade till en liten volym, och när bränslet brinner ökar trycket. I en turbojetmotor förbränns luft- och bränsleblandningen i brännkammaren och passerar genom turbinen i en kontinuerlig flödesprocess utan att något tryck byggs upp. I stället uppstår en liten tryckförlust i brännkammaren.
Bränsle-luftblandningen kan bara brinna i långsam luft, så ett område med omvänt flöde upprätthålls av bränslemunstyckena för den ungefär stökiometriska förbränningen i den primära zonen. Ytterligare komprimerad luft införs som fullbordar förbränningsprocessen och sänker temperaturen på förbränningsprodukterna till en nivå som turbinen kan acceptera. Mindre än 25 % av luften används vanligtvis för förbränning, eftersom det krävs en övergripande mager blandning för att hålla sig inom turbinens temperaturgränser.
TurbineEdit
Varma gaser som lämnar förbränningsanläggningen expanderar genom turbinen. Typiska material för turbiner är bland annat inconel och Nimonic. De hetaste turbinskivorna och -bladen i en motor har interna kylkanaler. Luft från kompressorn leds genom dessa för att hålla metallens temperatur inom gränserna. De övriga stegen behöver inte kylning.
I det första steget är turbinen till stor del en impulsturbin (liknande ett peltonhjul) och roterar på grund av den heta gasströmmens inverkan. Senare steg är konvergerande kanaler som accelererar gasen. Energi överförs till axeln genom impulsutbyte på motsatt sätt som energiöverföringen i kompressorn. Den kraft som utvecklas av turbinen driver kompressorn och tillbehören, som bränsle-, olje- och hydraulpumpar som drivs av tillbehörsväxellådan.
MunstyckeRedigera
Efter turbinen expanderar gaserna genom avgasmunstycket och producerar en jet med hög hastighet. I ett konvergent munstycke smalnar kanalerna successivt av till en hals. Dysans tryckförhållande på en turbojet är tillräckligt högt vid högre dragkraftsinställningar för att få munstycket att kvävas.
Om ett konvergent-divergent de Laval-munstycke är monterat gör dock den divergenta sektionen (ökande flödesarea) det möjligt för gaserna att nå överljudshastighet i den divergenta sektionen. Ytterligare dragkraft genereras av den högre resulterande avgashastigheten.
DragkraftsförstärkningRedigera
Det var vanligast att dragkraften ökades i turbojetmotorerna med insprutning av vatten/metanol eller efterförbränning.Vissa motorer använde båda samtidigt.
Vätskeinsprutning testades på Power Jets W.1 1941, där man inledningsvis använde ammoniak, innan man övergick till vatten och sedan till vatten-metanol. Ett system för att prova tekniken i Gloster E.28/39 utarbetades men monterades aldrig.
EfterbrännareRedigera
En efterbrännare eller ”reheat jetpipe” är en förbränningskammare som läggs till för att återuppvärma turbinavgaserna. Bränsleförbrukningen är mycket hög, vanligtvis fyra gånger så hög som huvudmotorns. Efterbrännare används nästan uteslutande på överljudsflygplan, varav de flesta är militärflygplan. Två överljudsflygplan, Concorde och Tu-144, använde också efterbrännare, liksom Scaled Composites White Knight, ett bärarflygplan för den experimentella suborbitala rymdfarkosten SpaceShipOne.
Reheat var flygprovning 1944 på W.2/700-motorerna i en Gloster Meteor I.
.
Lämna ett svar