Suihkumoottori
Wikipedia
 |
Tätä artikkelia tai sen osaa on pyydetty parannettavaksi, koska se ei täytä laatuvaatimuksia. Voit auttaa Wikipediaa parantamalla artikkelia. Lisää tietoa saattaa olla keskustelusivulla. Tarkennus: Tarkenna korjauspyyntöä tai poista tarpeeton korjauspyyntö |
|
|
Tämän artikkelin tai sen osan muoto kaipaa korjausta. Voit auttaa Wikipediaa parantamalla artikkelia. Lisää tietoa saattaa olla keskustelusivulla. |
Nykyaikainen matkustajalentokoneen suihkumoottori toimii ohivirtaus-periaatteella. Se muodostuu virtaussuunnassa seuraavista osista:
Suihkumoottori (Turbojet)
Suihkumoottorissa käytetään polttoaineena kerosiinia, joka sijoittuu 'raskaudeltaan' suunnilleen bensiinin ja dieselöljyn väliin. Useimmissa suihkumoottoreissa voitaisiin käyttää myös tavallista bensiiniä, mutta se on kalliimpaa, palaa kuumemmin ja saattaa ylikuumentaa moottorin. Jotkut moottorit kykenevät hätätilassa käyttämään jopa dieselöljyä.
Turbojet on aikaisemmin ollut yleisin hävittäjistä löytyvä moottorityyppi, koska se on yksinkertainen ja tehokas yliääninopeuksissa. Uudemmissa hävittäjissä käytetään kuitenkin yleensä pienen ohivirtaussuhteen omaavaa ohivirtausmoottoria. Eri moottorit voivat erota esimerkiksi kokonsa, polttokammioiden ja komperssorivaiheiden lukumäärän, sekä ilmanottorakenteiden puolesta, mutta perusrakenne on sama. Suihkumoottori on melko kriittinen tuloilman suhteen. Jos ilman virtaus moottoriin häiriintyy, saattaa kompressori epäonnistua ilman ahtamisessa palokammioon ja moottori sammua. Suihkumoottorin käynnistäminen ilmassa on hankalaa varsinkin jos moottoreita on vain yksi, koska kompressorin pyörittämiseen tarvitaan paljon tehoa.
[muokkaa] Toimintaperiaate
Ohivirtaussuihkumoottorin rakenne on seuraava:
- Ilmanottoaukko (air inlet) johtaa ilman 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 rajusti ja syöksyy kohti turbiinisiipiä.
- Kaasuseoksen lämpötila polttokammiossa nousee useampaan tuhanteen asteeseen. Osia jäähdytetään polttokammion seinämiä kiertävällä kylmemmällä ilmalla.
- Polttokammiosta tuleva pakokaasujen energia käytetään suurimmaksi osaksi turbiinisiivistöissä ahtimen ja puhaltimen pyörittämiseen.
- Lopuksi kaasusuihku tulee suihkuputkeen ja sitä kautta ulkoilmaan. Suihkuputkesta tuleva virtaus antaa n.10-20 % työntövoimasta.
- Suorassa suihkumoottorissa (ei puhallinta) 80-90 % työntövoimasta saadaan kun polttokammiossa syttyvän puristetun polttoaine-ilma seoksen aiheuttama paine pyrkii vaikuttamaan kammion seinämiin tasaisella paineella, mutta purkautuessaan takaosasta on paine takana pienempi (paineen/voiman "keskipiste" on kammion etuosassa). Paineen pyrkiessä vaikuttamaan tasaisesti (pitämään paineen/voiman "keskipisteen" keskellä kammiota), se pyrkii siirtämään polttokammiota (→moottoria→lentokonetta) eteenpäin.
(Sama ilmiö on ilmapallossa kun ilman päästää purkautumaan aukosta; pallosta puhaltava ilma on vain n.10% pallon "työntövoimasta". Päästäessäsi irti pallosta se liikkuu erittäin nopeasti, silti jos yrität saada esim. pöydälle puhalletun toisen ilmapallon liikkumaan toisesta pallosta vapautuvalla ilmavirralla, se liikuttaa sitä vain heikosti.)
- Puhallinmoottorissa (ohivirtaussuihkumoottori) puhaltimen osuus työntövoimasta riippuu puhaltimen koosta: hävittäjissä osuus (ilman jälkipoltinta) on n.10-40%, isoissa liikennelentokoneissa käytettävien puhallinmoottorien jopa n.50-80%
Hävittäjissä on vielä lisäksi jälkipoltin, joka sijaitsee suihkuputkessa. Sinne ruiskutetaan uusi annos polttoainetta, joka palaessaan tuottaa lisää suihkunnopeutta ja siten työntövoimaa. Polttoaineen kulutus kasvaa moninkertaiseksi ja jälkipoltinta voidaan käyttää vain minuutteja kerrallaan.
[muokkaa] Rakenneasioita
- Suihkumoottorin sisällä olevan kaasuturbiinin tärkeimmät osat ovat ahdin, polttokammio ja turbiini. Suihkumoottorissa turbiini tuottaa juuri sen tehon kuin ahdin ja puhallin vaativat.
- Jos kaasuturbiini rakennetaan useammasta osasta, yhdistetään eri akseleilla korkeapaineturbiini pyörittämään korkeapaineahdinta ja matalapaineturbiini pyörittämään matalapaineahdinta sekä puhallinta. Koska korkeapainesiivistöt ovat lähempänä toisiaan, on tämä akseli lyhyempi ja matalapaineosan akseli asennetaan lujuusteknisistä syistä pyörimään tämän akselin sisällä.
- Joissain pienemmissä suihkumoottoreissa on keskipakoahdin ja/tai keskipakoturbiini aksiaalisen turbokoneen sijaan.
- Vanhojen suihkukoneiden voimanlähteenä käytetään suoravirtaussuihkumoottoria eli siinä ei ole ohivirtauspuhallinta. Joissakin suoravirtausmoottoreissa on pyörimätön johdinsiivistö, jonka siipien kulmaa saapuvaan ilmavirtaukseen nähden voidaan säätää. Suurempaan nopeuteen suunnitelluissa moottoreissa on tyypillisesti pienempi ohivirtaussuhde, koska suuren ohivirtaussuhteen vaatima suuri ilmamäärä merkitsee ylimääräistä ilmanvastusta koneelle, ja matkustajakoneissa siirryttiin aiemmin suoravirtausmoottoreista ohivirtausmoottoreihin.
 Kompressori (GE J79) |
 Polttokammio (GE J79) |
 Turbiini (GE J79) |
 Jälkipoltin (GE J79) |
Puhallinmoottorin työntövoimasta suurin osa saadaan ohivirtauksesta ja pienin osa moottorin läpi kulkevasta virtauksesta, jopa suhteessa 10:1. 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.
Katso myös jälkipoltin
[muokkaa] Aiheesta muualla
