Alt om de vigtigste komponenter i en jetmotor

Har du nogensinde kigget op mod himlen og undret dig over, hvordan et stort fly kan blive i luften? Det har jeg i hvert fald. Magien bag det er jetmotoren, et ingeniørmæssigt vidunder. I årevis har jeg været fascineret af disse effektive udstyr. I denne korte artikel vil jeg tage dig med på en rejse ind i en jetmotor. Vi vil se på alle de vigtigste komponenter, fra luftindtaget til udstødningen. Jeg vil forklare, hvad hver del gør, og hvordan de alle arbejder sammen for at skabe den utrolige kraft, der driver et fly.

Hvad er de vigtigste komponenter i en moderne jetmotor?

En moderne jetmotor har mange vigtige komponenter, der arbejder sammen. Tænk på det som et hold, hvor hver spiller har en speciel opgave. Hoveddelene i en jetmotor er luftindtaget, kompressoren, forbrændingskammeret, turbinen og udstødningsdysen. Hver af disse er afgørende for, at jetmotoren kan producere den kraft, der er nødvendig for at flyve et fly.

Hele processen er en cyklus. Luft kommer ind foran, presses af kompressoren, blandes med brændstof og brændes i forbrændingskammeret, og blæses derefter ud bagud gennem turbinen og dysen. Dette skaber det kraftfulde tryk, eller kraft, der flytter flyet fremad. Jetmotoren er en type gasturbinemotor. Det betyder, at den bruger varm gas til at dreje en turbine. Turbinens opgave er at drive kompressoren. Det er en smart, kontinuerlig sløjfe, der gør jetmotoren så effektiv og pålidelig. At forstå disse vigtigste komponenter er det første skridt til at genkende selve jetmotoren.

Hvordan fungerer luftindtaget i en jetmotor?

Luftens rejse gennem en jetmotor begynder ved luftindtaget. Luftindtaget, eller indløbet, er den forreste del af jetmotoren. Dens opgave er at fange den indkommende luft og lede den ind i kompressoren. Det ser ligetil ud, men dets design er virkelig vigtigt. Formen på luftindtaget hjælper med at reducere luften. Du tror måske, at vi ønsker, at luften skal suse, men kompressoren kræver, at luften bevæger sig med en langsommere hastighed for at fungere korrekt.

Layoutet af luftindtagskanalen er vigtigt for jetmotorens effektivitet. For et fly, der flyver med mindre end lydens hastighed, er kanalen normalt et simpelt, glat rør. Men for et fly, der flyver med overlydshastighed, er luftindtaget meget mere kompliceret. Det har en speciel form med ramper eller kegler for at reducere den supersoniske luftbevægelse til en subsonisk hastighed, før den går ind i kompressoren. Denne proces er virkelig vigtig for at undgå et problem kaldet et stall i kompressoren, hvilket kan få jetmotoren til at holde op med at fungere. Luftindtaget skal levere en ensartet luftstrøm til kompressoren ved enhver hastighed eller højde.

Hvorfor er kompressoren jetmotorens hjerte?

Jeg kan godt lide at kalde kompressoren for jetmotorens hjerte, fordi det er her, luften bliver presset. Kompressoren har mange rækker af små roterende blade kaldet rotorblade og faste blade kaldet statorvinger. Når luften strømmer gennem kompressoren, presser hver række af blade den mere og mere. Dette kaldes kompression. Når luften forlader kompressoren, er dens tryk meget højere. Denne højtryksluft er, hvad jetmotoren kræver til næste handling.

Der er 2 hovedtyper af kompressorer: aksial og centrifugal. I en aksial kompressor strømmer luften direkte gennem motoren, ved siden af ​​akslen. Dette er den mest almindelige type, der bruges i moderne jetmotorer til store fly. En centrifugal kompressor kaster luften udad, væk fra midten. Denne type bruges ofte i mindre jetmotorer. Kompressoren er fastgjort til turbinen med en aksel. Turbinen, som drejes af de varme gasser, giver kraften til at dreje kompressoren. Der kræves meget kraft for at køre kompressoren i en stor jetmotor. Faktisk bruger kompressoren størstedelen af ​​den kraft, der produceres af turbinesektionen.

Hvad sker der egentlig inde i forbrændingskammeret?

Efter kompressoren går højtryksluften ind i forbrændingskammeret. Det er her, den ægte ild og raseri fra jetmotoren sker. I forbrændingskammeret blandes luften med brændstof og røres op. En speciel tænder, som et tændrør i en bil, bruges til at tænde blandingen, når motoren starter. Når den er tændt, brænder ilden kontinuerligt. Brændstoffet sprøjtes ind i forbrændingskammeret via mange små dyser for at sikre, at det blandes godt med luften.

Temperaturen inde i forbrændingskammeret kan blive ekstremt varm og nå over 2.000 ° C. Denne ekstreme opvarmning får luften til at udvide sig hurtigt. Designet af forbrændingskammeret, også kaldet en forbrænder, er meget vigtigt for brændingseffektiviteten. Vi ønsker, at alt brændstoffet skal brænde fuldstændigt for at få mest mulig kraft ud af det. Den varme højtryksgas, der skabes i forbrændingskammeret, er kraftkilden til jetmotoren. Denne gas skynder sig derefter ind i turbineområdet.

Hvordan håndterer turbinet seksjonen ekstreme temperaturer?

Turbinen er lige efter forbrændingskammeret, så den bliver ramt af de supervarme gasser. Turbinens opgave er at tage flere af den kraft fra den varme gas til at drive kompressoren. Det gør den med mange rækker af turbineblade, der ligner små vinger. Når den varme gas strømmer forbi turbinebladene, får den dem til at rotere med en meget høj hastighed. Denne roterende bevægelse overføres til kompressoren med en lang aksel, der forbinder dem. De generatorer, der driver kompressoren, er en afgørende del af jetmotoren.

Turbinebladene skal være virkelig stærke for at tage sig af den høje temperatur og hastighed. De er lavet af specielle metaller og har ofte en keramisk finish for at beskytte dem. For at forhindre turbinebladene og turbinedisken i at smelte, ledes fantastisk luft fra kompressoren og ledes gennem små huller i bladene. Denne fantastiske luft danner et tyndt beskyttende lag over bladets overflade. Dette kølesystem er en afgørende del af jetmotorens design. Uden det ville turbinen ikke være i stand til at udholde den ekstreme varme fra forbrændingskammeret.

Hvad er funktionen af udstødningen og dysen i skabelsen af ​​fremdrift?

Efter at have passeret gennem turbinen har den varme gas stadig en masse kraft. Denne gas bevæger sig derefter ind i udstødningsområdet af jetmotoren. Udstødningsdysen er den bagerste komponent i jetmotoren. Dens hovedopgave er at tage den varme højtryksgas og skyde den ud bagud med en meget høj hastighed. Ifølge Newtons 3. lov om aktivitet er der for hver aktivitet en tilsvarende og modsat reaktion. Aktiviteten af ​​gasskydningen bagud skaber den kraft, der presser flyet fremad.

Formen på udstødningsdysen er ekstremt vigtig. For fly, der flyver med subsoniske hastigheder, bruges en grundlæggende, konvergent dyse, der bliver smallere for enden. Denne form hjælper med at accelerere udstødningsgasserne. For supersoniske fly bruges ofte en ekstra kompleks konvergent-divergent dyse. Denne type dyse kan håndtere den ekstremt høje hastighed og temperaturniveau af udstødningsgassen og skabe meget mere kraft. Nogle jetmotordesigns har desuden en mixer i udstødningen til at blande den varme kerneluft med den køligere luft fra bypass-kanalen. Dette kan gøre jetmotoren mere støjsvag og mere effektiv.

Kan en jetmotor blive for varm, og hvordan forhindrer vi det?

Ja, en jetmotor kan blive for varm. Håndtering af temperaturniveau er en af ​​de største udfordringer i jetmotorens layout. Forbrændingskammeret og turbineområdet er de varmeste komponenter. Hvis disse dele bliver for varme, kan de blive beskadiget eller endda tø. For at stoppe dette har designere faktisk udviklet smarte måder at køle jetmotoren ned. Som jeg sagde, er en almindelig metode at bruge udluftningsluft fra kompressoren.

Denne kølige luft ledes gennem en række rørledninger og kanaler til motorens varme komponenter. For eksempel bruges det til at køle turbinebladene, turbinedisken og indersiden af ​​forbrændingskammerets vægge. Dette system hjælper med at opretholde temperaturniveauet for disse vigtigste komponenter inden for et sikkert funktionelt område. Klimaanlæggene i en moderne jetmotor er ekstremt indviklede og er en stor grund til, at disse motorer er så pålidelige og kan køre i tusindvis af timer. Den konstante luftstrøm gennem motoren hjælper ligeledes med at transportere noget af varmen væk.

Hvad er en efterbrænder, og hvordan øger den hastigheden?

Nogle militærfly kræver en ekstra udbrud af hastighed, især under start eller i kamp. Det er her, en efterbrænder kommer ind. En efterbrænder er en ekstra sektion, der er føjet til bagsiden af ​​jetmotoren, efter turbinen og før udstødningsdysen. Det er primært et langt rør, hvor meget mere brændstof sprøjtes direkte ind i den varme udstødningsgas og røres op. Dette skaber en enorm mængde ekstra kraft.

Når efterbrænderen tændes, kan du se en stor flamme komme ud af bagsiden af ​​jetmotoren. Det er en meget kraftfuld enhed, men den bruger ligeledes en masse brændstof. Derfor bruges den kun i korte perioder, når der kræves maksimal kraft for at nå supersonisk hastighed. Efterbrænderen kan forbedre kraften i en jetmotor med 50% eller mere. Det øger dog ligeledes i høj grad temperaturen på udstødningsgasserne, så efterbrænderen og dysen skal være lavet af materialer, der kan udholde denne ekstreme varme.

Hvordan forsyner akslen og tilbehørsgearkassen flyet med strøm?

Vi har diskuteret hovedakslen, der forbinder kompressoren og turbinen. Denne aksel er fundamentet for jetmotoren, der flytter den mekaniske energi fra turbinen til kompressoren. Men der er en anden vigtig del kaldet tilbehørstransmissionen. Jetmotoren tilbyder ikke bare kraft til flyet; den driver ligeledes mange af dets andre systemer.

Tilbehørsgearkassen er forbundet til hovedakslen med et sæt gear. Det ligner kraftudtaget på en traktor. Den driver ting som:

• Brændstofpumpen til jetmotorens brændstofsystem.
• Den hydrauliske pumpe til flyets turkontroller.
• Den elektriske generator til flyets elektriske systemer.

Så mens jetmotorens hovedopgave er at udvikle kraft, fungerer den ligeledes som et atomkraftværk for hele flyet. Akslen og gearkassen er afgørende for at få dette til at ske.

Hvad gør Rolls-Royce og General Electric jetmotorer forskellige?

Rolls-Royce og General Electric er 2 af de mest betydningsfulde navne i jetmotorens verden. Jeg har haft mulighed for at undersøge jetmotordesigns fra begge virksomheder, og selvom de alle beskæftiger sig med de samme grundlæggende principper, er der nogle interessante layoutforskelle. En bemærkelsesværdig forskel forbliver i udvalget af aksler.

Adskillige General Electric jetmotorer bruger et to-aksel layout. Det betyder, at der er en aksel, der forbinder en lavtrykskompressor og en lavtryksturbine, og en 2. separat aksel til højtrykskompressoren og højtryksturbinen. Rolls-Royce er kendt for sit tre-aksel jetmotordesign. Dette tilføjer en mellemtrykskompressor og turbine, hver for sig selv aksel. Konceptet bag tre-aksel layoutet er, at hver kompressor og turbineområde kan dreje med sin egen bedste hastighed, hvilket kan gøre jetmotoren ekstra effektiv. Begge layouts har deres fordele og ulemper, og begge virksomheder laver utroligt pålidelige og effektive jetmotorer.

Hemmelige punkter at huske om jetmotor dele:

• En jetmotor fungerer ved at absorbere luft, komprimere den, blande den med brændstof, fælde kombinationen og derefter affyre den varme gas ud bagud for at udvikle kraft.
• Hovedkomponenterne er luftindtaget, kompressoren, forbrændingskammeret, turbinen og udstødningsdysen.
• Kompressoren presser luften til et højt tryk, før den går ind i forbrændingskammeret.
• Forbrændingskammeret er, hvor brændstof blandes med luften og smeltes, hvilket skaber varm højtryksgas.
• Turbinen tager kraft fra den varme gas til at drive kompressoren.
• Udstødningsdysen fremskynder den varme gas, når den forlader motoren, hvilket skaber kraft.
• Klimaanlæg er ekstremt vigtige for at stoppe de varme komponenter i jetmotoren fra at blive beskadiget.
• En efterbrænder kan bruges til at få et stort boost i kraft, men bruger en masse brændstof.