LuchtinlaatEdit
Een inlaat, of buis, is nodig vóór de compressor om te helpen de binnenkomende lucht soepel in de bewegende compressorbladen te leiden. Oudere motoren hadden stationaire schoepen voor de bewegende schoepen. Deze schoepen hielpen ook om de lucht naar de schoepen te leiden. De lucht die in een turbinestraalmotor stroomt is altijd subsonisch, ongeacht de snelheid van het vliegtuig zelf.
De inlaat moet lucht aan de motor toevoeren met een aanvaardbaar klein drukverschil (bekend als vervorming) en onderweg zo weinig mogelijk energie verloren hebbend (bekend als drukterugwinning). De ramdrukstijging in de inlaat is de bijdrage van de inlaat aan de totale drukverhouding en het thermisch rendement van het aandrijfsysteem.
De inlaat krijgt een prominente plaats bij hoge snelheden wanneer hij meer compressie genereert dan de compressortrap. Bekende voorbeelden zijn de voortstuwingssystemen van de Concorde en de Lockheed SR-71 Blackbird, waar de bijdragen van de inlaat en de motor aan de totale compressie 63%/8% bedroegen bij Mach 2 en 54%/17% bij Mach 3+. Inlaten varieerden van “nul-lengte” op de Pratt & Whitney TF33 turbofan installatie in de Lockheed C-141 Starlifter, tot de dubbele, 65 voet lange, inlaten op de Noord-Amerikaanse XB-70 Valkyrie, die elk drie motoren voeden met een inlaat luchtstroom van ongeveer 800 lb/sec.
CompressorEdit
De compressor wordt aangedreven door de turbine. Hij draait met hoge snelheid, waardoor energie wordt toegevoegd aan de luchtstroom en deze tegelijkertijd wordt samengeperst (gecomprimeerd) in een kleinere ruimte. Door de lucht samen te persen neemt de druk en de temperatuur toe. Hoe kleiner de compressor, hoe sneller hij draait. Aan de grote kant van het bereik draait de GE-90-115-ventilator met ongeveer 2500 omwentelingen per minuut, terwijl een compressor voor een kleine helikoptermotor ongeveer 50.000 omwentelingen per minuut draait.
Turbojets leveren ontluchtingslucht van de compressor aan het vliegtuig voor bijvoorbeeld het milieucontrolesysteem, ijsbestrijding en het onder druk brengen van brandstoftanks. De motor zelf heeft lucht nodig met verschillende druk- en debietwaarden om hem draaiende te houden. Zonder deze lucht zouden de turbines oververhit raken, zou de smeerolie uit de lagerholten lekken, zouden de stuwlagers van de rotor slippen of overbelast raken, en zou zich ijs vormen op de neuskegel. De lucht uit de compressor, secundaire lucht genoemd, wordt gebruikt voor het koelen van de turbine, het afdichten van de lagerholten, het voorkomen van ijsvorming en om ervoor te zorgen dat de axiale belasting van de rotor op zijn stuwdruklager deze niet voortijdig slijt. De toevoer van ontluchte lucht naar het vliegtuig vermindert de efficiëntie van de motor omdat de lucht is samengeperst, maar vervolgens niet bijdraagt tot de productie van stuwkracht. Ontluchting van het vliegtuig is niet langer nodig bij de door turbofan aangedreven Boeing 787.
Compressortypes gebruikt in turbojets waren typisch axiaal of centrifugaal. Vroege turbojetcompressoren hadden lage drukverhoudingen tot ongeveer 5:1. Door aërodynamische verbeteringen, zoals het splitsen van de compressor in twee afzonderlijk roterende delen, het inbouwen van variabele bladhoeken voor ingangsschoepen en stators, en het ontluchten van lucht uit de compressor, konden latere turbojets drukverhoudingen hebben van 15:1 of meer. Ter vergelijking: moderne civiele turbofanmotoren hebben drukverhoudingen van 44:1 of meer. Na het verlaten van de compressor komt de lucht in de verbrandingskamer.
VerbrandingskamerEdit
Het verbrandingsproces in de verbrandingskamer verschilt aanzienlijk van dat in een zuigermotor. In een zuigermotor zijn de brandende gassen beperkt tot een klein volume, en naarmate de brandstof verbrandt, neemt de druk toe. In een turbojet verbrandt het lucht- en brandstofmengsel in de verbrandingskamer en stroomt het door naar de turbine in een continu stromend proces zonder dat de druk toeneemt. In plaats daarvan treedt in de verbrandingskamer een klein drukverlies op.
Het brandstof-luchtmengsel kan alleen in langzaam bewegende lucht verbranden, zodat door de brandstofstraalpijpen een gebied van tegenstroom wordt gehandhaafd voor de ongeveer stoichiometrische verbranding in de primaire zone. Verder wordt samengeperste lucht toegevoerd die het verbrandingsproces voltooit en de temperatuur van de verbrandingsproducten verlaagt tot een niveau dat de turbine aankan. Minder dan 25% van de lucht wordt gewoonlijk gebruikt voor verbranding, aangezien een algemeen mager mengsel nodig is om binnen de temperatuurgrenzen van de turbine te blijven.
TurbineEdit
Hitte gassen die de brander verlaten, expanderen door de turbine. Typische materialen voor turbines zijn inconel en Nimonic. De heetste turbineschoepen en -schoepen in een motor hebben interne koelkanalen. Lucht van de compressor wordt door deze geleid om de metaaltemperatuur binnen de perken te houden. De overige stadia behoeven geen koeling.
In het eerste stadium is de turbine grotendeels een impulsturbine (vergelijkbaar met een peltonwiel) en draait hij door de inslag van de hete gasstroom. Latere stadia zijn convergerende kanalen die het gas versnellen. De energie wordt in de as overgebracht door middel van impulsuitwisseling, op de tegenovergestelde manier als bij de energieoverdracht in de compressor. Het door de turbine ontwikkelde vermogen drijft de compressor en toebehoren aan, zoals brandstof-, olie-, en hydraulische pompen die worden aangedreven door de accessoire tandwielkast.
StuwstraalpijpEdit
Na de turbine expanderen de gassen door de uitlaatstraalpijp, waarbij een straal met hoge snelheid wordt geproduceerd. In een convergerende straalpijp versmalt het kanaal geleidelijk naar een keel. De drukverhouding in het mondstuk van een turbojet is hoog genoeg bij hogere stuwkrachtinstellingen om de straalpijp te verstikken.
Als echter een convergerende-divergerende straalpijp van de Laval is gemonteerd, kunnen de gassen door de divergerende sectie (met groter stroomoppervlak) een supersonische snelheid bereiken binnen de divergerende sectie. Extra stuwkracht wordt gegenereerd door de hogere resulterende uitlaatgassnelheid.
StuwkrachtverhogingEdit
Stuwkracht werd het meest verhoogd in turbojets met water/methanol injectie of naverbranding.Sommige motoren gebruikten beide tegelijk.
Vloeistofinjectie werd getest op de Power Jets W.1 in 1941, aanvankelijk met ammoniak, voordat werd overgeschakeld op water en vervolgens water-methanol. Een systeem om de techniek in de Gloster E.28/39 te testen werd ontworpen maar nooit aangebracht.
NabranderEdit
Een naverbrander of “reheat jetpipe” is een verbrandingskamer die wordt toegevoegd om de uitlaatgassen van de turbine weer op te warmen. Het brandstofverbruik is zeer hoog, meestal vier keer zo hoog als dat van de hoofdmotor. Naverbranders worden bijna uitsluitend gebruikt op supersonische vliegtuigen, waarvan de meeste militaire vliegtuigen zijn. Twee supersonische vliegtuigen, de Concorde en de Tu-144, maakten ook gebruik van naverbranders, evenals de White Knight van Scaled Composites, een draagvliegtuig voor het experimentele suborbitale ruimtevaartuig SpaceShipOne.
Achterverbranding werd in 1944 tijdens vluchten toegepast op de W.2/700 motoren in een Gloster Meteor I.
Geef een antwoord