Suihkumoottori
Suihkumoottori (engl. jet engine) on pääasiassa lentokoneissa käytettävä kaasuturbiini. Suihkumoottori otettiin sotilaskäyttöön toisen maailmansodan aikana (Messerschmitt Me 262), tuli vallitsevaksi hävittäjä- ja liikennekoneissa 1950-luvun kuluessa ja on nykyisin yleisin suurissa ja nopeissa lentokoneissa käytettävä moottorityyppi.
Sisällysluettelo |
Toimintaperiaate [muokkaa]
Suihkumoottori on sisäiseltä toimintaperiaatteeltaan kaasuturbiini. Sen käyttö lentokoneen voimalaitteena perustuu siihen, että moottori aiheuttaa lävitseen virtaavalle ilmamassalle kiihtyvyyttä, jonka vastavoimana (reaktiona; tästä varhainen nimitys reaktiomoottori) syntyy työntövoimaa.
Rakenne ja toiminta [muokkaa]
Suihkumoottorin tärkeimmät osat ovat ahdin, polttokammio ja turbiini.
- Ahtimen tehtävänä on pumpata moottoriin sen tarvitsema ilma. Ahdin voi olla joko keskipako- tai (yleisimmin) aksiaalityyppinen ja koostuu yleensä useista vyöhykkeistä. Nykyisin valtaosa suihkumoottoreista on ohivirtausmoottoreita, joissa ahtimen ensimmäinen vyöhyke on rakennettu ns. puhaltimeksi (engl. fan). Ahtimessa sisääntuleva ilma puristuu kokoon ja sen paine ja lämpötila kasvavat. Korkein suihkumoottorin sisällä vallitseva paine saavutetaankin välittömästi ahtimen ulostulossa.
- Polttokammiossa ahtimen pumppaamaan ilmaan sekoitetaan polttoainetta, ja siellä aikaansaatu polttoaine+ilma-seos palaa. Palamisreaktio aiheuttaa voimakkaan tilavuuden ja lämpötilan kasvun. On huomattava, että vain pieni osa ahtimen pumppaamasta ilmamäärästä osallistuu suoraan palamistapahtumaan; suurin osa tarvitaan jäähdyttämään kuumia palokaasuja ja ohjaamaan ne niin, etteivät moottorin sisäiset osat ylikuumene.
- Turbiini koostuu useista vyöhykkeistä ja on käytännössä aina aksiaalityyppinen. Suihkumoottorin turbiinin tehtävänä on ottaa palokaasujen virtauksesta talteen ahtimen, mahdollisen puhaltimen ja apulaitteiden tarvitsema akseliteho. Turbiinin jälkeen kaasuvirtaus ohjataan suihkuputken kautta ulos moottorista.
Suihkumoottorin pyörivät osat (ahdin ja turbiini) voidaan jakaa myös useampaan osaan niin, että eri osat yhdistetään sisäkkäisillä akseleilla. Tällöin korkeapaineturbiini pyörittää korkeapaineahdinta ja matalapaineturbiini puolestaan pyörittää matalapaineahdinta sekä puhallinta. Kolmiakselisiakin suihkumoottoreita on rakennettu.
Hävittäjissä voi olla jälkipoltin, joka sijaitsee suihkuputkessa. Suihkuputkeen ruiskutetaan lisää polttoainetta, joka palaessaan tuottaa lisää suihkunnopeutta ja siten työntövoimaa. Polttoaineen kulutus kasvaa kuitenkin erittäin voimakkaasti ja jälkipoltinta voidaan yleensä käyttää vain joitakin minuutteja kerrallaan.
-
Kompressori (GE J79)
-
Polttokammio (GE J79)
-
Turbiini (GE J79)
-
Jälkipoltin (GE J79)
Tyypillinen ohivirtaussuihkumoottorin toiminta on seuraava:
- Ilmanottoaukosta (engl. air inlet) ilma johdetaan puhaltimelle, joka on myös ahtimen ensimmäinen vyöhyke.
- Puhaltimesta suurin osan moottoriin tulevasta ilmasta johdetaan moottorin kaasuturbiinin ohitse suoraan ohivirtauskanavaan.
- Loput ilmasta puristetaan ensin ahdinsiivistöissä pieneen tilaan ja korkeaan paineeseen (tyypillisesti 10–20 bar).
- Puristunut ilma johdetaan polttokammioon, jossa siihen sumutetaan polttoainetta, yleensä lentopetrolia.
- Tämä ilman ja polttoaineen seos sytytetään suihkumoottoria käynnistettäessä sytytystulpalla, jonka jälkeen polttokammiossa palaa jatkuva liekki. Palotapahtumassa ilma laajenee voimakkaasti ja syöksyy kohti turbiinia.
- Kaasuseoksen lämpötila polttokammiossa nousee useampaan tuhanteen asteeseen. Osia jäähdytetään polttokammion seinämiä kiertävällä kylmemmällä ilmalla.
- Polttokammiosta tulevien pakokaasujen energia otetaan suurimmaksi osaksi talteen turbiinisiivistöissä ja käytetään ahtimen ja puhaltimen pyörittämiseen.
- Lopuksi kaasusuihku tulee suihkuputkeen ja sitä kautta ulkoilmaan. Suihkuputkesta tuleva virtaus antaa (ohivirtaussuhteesta riippuen) n. 10-20 % työntövoimasta.
Kaasuturbiini ei periaatteessa ole erityisen vaativa käyttämänsä polttoaineen suhteen. Suihkumoottorissa käytetään polttoaineena kerosiinia, joka muistuttaa lähinnä valopetrolia. Useimmissa suihkumoottoreissa voitaisiin käyttää myös tavallista bensiiniä, mutta se on kalliimpaa ja tulenarkuutensa, suuren haihtuvuutensa, huonon voitelukykynsä ym. syiden vuoksi muutenkin huonommin suihkumoottorikäyttöön sopivaa. Jotkut moottorit kykenevät hätätilassa käyttämään jopa dieselöljyä.
Suihkumoottorin tyyppejä [muokkaa]
Suora suihkumoottori [muokkaa]
Ensimmäiset suihkumoottorit olivat ns. suoria suihkumoottoreita (engl. turbojet), joissa ei ole lainkaan puhallinta eikä ohivirtausta vaan kaikki ahtimen pumppaama ilma johdetaan moottorin läpi. Suorat suihkumoottorit olivat vuosikymmeniä käytössä sotilas- ja siviilikoneissa, mutta nykyisin ohivirtausmoottori on syrjäyttänyt ne sekä taloudellisista että ympäristösyistä.
Suora suihkumoottori on aikaisemmin ollut yleisin hävittäjissä käytetty moottorityyppi, koska se on yksinkertainen ja tehokas yliääninopeuksissa. Uudemmissa hävittäjissä käytetään kuitenkin yleensä pienen ohivirtaussuhteen omaavaa ohivirtausmoottoria. Suuriin nopeuksiin suunnitelluissa moottoreissa on tyypillisesti pienempi ohivirtaussuhde, koska suuren ohivirtaussuhteen vaatima suuri ilmamäärä merkitsee ylimääräistä ilmanvastusta. Matkustajakoneissa suoravirtausmoottoreista ohivirtausmoottoreihin siirryttiinkin ennen sotilaskoneita.
Ohivirtausmoottori [muokkaa]
Nykyaikainen matkustajalentokoneen suihkumoottori on ns. ohivirtausmoottori; myös nimitystä puhallinturbiini (engl. turbofan) käytetään. Ohivirtausmoottori on suoraa suihkumoottoria hiljaisempi ja taloudellisempi.
Ohivirtausmoottorissa merkittävä osa ahtimen ensimmäisen vyöhykkeen, ns. puhaltimen, pumppaamasta ilmasta johdetaan moottorin ohi. Näin saadaan ohivirtaavalle suurelle ilmamassalle suhteellisen pieni nopeuslisä, kun moottorin läpi virtaavalle pienemmälle ilmamassalle taas saadaan suuri nopeuslisä. Työntövoiman yhtälössä sekä kaasun nopeus että sen massa ovat viivan yläpuolella ja massaa on helpompi lisätä kuin nopeutta, koska massan lisääntyessä tehontarve lisääntyy sen mukana lineaarisesti, mutta nopeuden lisääntyessä tehontarve nousee neliöllisesti.
Puhaltimen osuus työntövoimasta riippuu puhaltimen koosta: hävittäjissä osuus (ilman jälkipoltinta) on n. 10-40 %, ja isoissa liikennelentokoneissa se on jopa n. 50-80 %.
Katso myös [muokkaa]
Aiheesta muualla [muokkaa]
