Grundlæggende oversigt
Billedet ovenfor viser, hvordan en jetmotor ville være placeret i et moderne militærfly. I den grundlæggende jetmotor kommer luften ind i det forreste indtag og komprimeres (vi vil se hvordan senere). Derefter tvinges luften ind i forbrændingskamre, hvor der sprøjtes brændstof ind, og blandingen af luft og brændstof antændes. De gasser, der dannes, udvider sig hurtigt og udstødes gennem den bageste del af forbrændingskamrene. Disse gasser udøver samme kraft i alle retninger og giver fremadrettet fremdrift, mens de slipper ud bagud. Når gasserne forlader motoren, passerer de gennem et vifteformet sæt blade (turbine), som roterer en aksel, der kaldes turbineakslen. Denne aksel drejer på sin side kompressoren, hvorved der tilføres frisk luft gennem indsugningen. Nedenfor ses en animation af en isoleret jetmotor, som illustrerer den netop beskrevne proces med lufttilstrømning, kompression, forbrænding, luftudstrømning og rotation af akslen.
Processen kan beskrives ved hjælp af følgende diagram, som er hentet fra Rolls Royces websted, en populær producent af jetmotorer.
Denne proces er essensen af, hvordan jetmotorer fungerer, men hvordan opstår noget som kompression (squeezing) helt præcist? Se nedenfor for at få mere at vide om hvert af de fire trin i en jetmotors skabelse af fremdrift.
SUGNING
Motoren suger en stor mængde luft ind gennem blæser- og kompressortrinene. En typisk kommerciel jetmotor suger 1,2 tons luft ind i sekundet under startenmed andre ord kunne den tømme luften i en squashbane på mindre end et sekund. Den mekanisme, hvormed en jetmotor suger luften ind, er i vid udstrækning en del af kompressionsfasen. I mange motorer er det kompressoren, der er ansvarlig for både at suge luften ind og komprimere den. Nogle motorer har en ekstra blæser, der ikke er en del af kompressoren, til at suge yderligere luft ind i systemet. Blæseren er den yderste komponent til venstre i den ovenfor illustrerede motor.
KAMPEN
Ud over at suge luft ind i motoren sætter kompressoren også luften under tryk og leverer den til forbrændingskammeret. Kompressoren er på ovenstående billede vist lige til venstre for ilden i forbrændingskammeret og til højre for ventilatoren. Kompressionsventilatorerne drives fra turbinen af en aksel (turbinen drives igen af den luft, der forlader motoren). Kompressorer kan opnå kompressionsforhold på over 40:1, hvilket betyder, at trykket i luften i slutningen af kompressoren er over 40 gange så højt som trykket i den luft, der kommer ind i kompressoren. Ved fuld kraft roterer bladene på en typisk kommerciel jetkompressor med 1600 km/t (1000 mph) og suger 1200 kg luft ind i sekundet.
Nu skal vi diskutere, hvordan kompressoren rent faktisk komprimerer luften.
Som det ses på billedet ovenfor, bliver de grønne ventilatorer, som kompressoren består af, gradvist mindre og mindre, ligesom det hulrum, som luften skal passere igennem. Luften skal fortsætte med at bevæge sig mod højre, mod motorens forbrændingskamre, da ventilatorerne drejer rundt og skubber luften i den retning. Resultatet er, at en given mængde luft bevæger sig fra et større rum til et mindre rum og dermed stiger i tryk.
BANG
I forbrændingskammeret blandes brændstof med luft for at frembringe bang, som er ansvarlig for den ekspansion, der tvinger luften ind i turbinen. I den typiske kommercielle jetmotor forbrændes brændstoffet i forbrændingskammeret ved op til 2000 grader Celsius. Den temperatur, ved hvilken metaller i denne del af motoren begynder at smelte, er 1300 grader Celsius, så der skal anvendes avancerede køleteknikker.
Forbrændingskammeret har den vanskelige opgave at forbrænde store mængder brændstof, der tilføres gennem brændstofsprøjtedyser, med store mængder luft, der tilføres af kompressoren, og at frigive den resulterende varme på en sådan måde, at luften udvides og accelereres, så der opstår en jævn strøm af ensartet opvarmet gas. Denne opgave skal løses med det mindste tryktab og med maksimal varmeafgivelse inden for det begrænsede rum, der er til rådighed.
Mængden af brændstof, der tilsættes til luften, afhænger af den ønskede temperaturstigning. Den maksimale temperatur er imidlertid begrænset til et bestemt område, der dikteres af de materialer, som turbineskærene og dyserne er fremstillet af. Luften er allerede blevet opvarmet til mellem 200 og 550 °C af det arbejde, der er udført i kompressoren, hvilket giver et temperaturstigningskrav på omkring 650 til 1150 °C fra forbrændingsprocessen. Da gastemperaturen er afgørende for motorens fremdrift, skal forbrændingskammeret være i stand til at opretholde en stabil og effektiv forbrænding over et bredt spektrum af motorens driftsbetingelser.
Den luft, der tilføres af blæseren, og som ikke går gennem motorens kerne og således ikke anvendes til forbrænding, og som udgør ca. 60 % af den samlede luftstrøm, føres gradvist ind i flammerøret for at sænke temperaturen inde i forbrændingsrummet og afkøle flammerørets vægge.
BLÆSNING
Reaktionen af den ekspanderede gasden blanding af brændstof og luft, der tvinges gennem turbinen, driver blæseren og kompressoren og blæser ud af udstødningsdysen, hvilket giver fremdriften.
Dermed har turbinen til opgave at levere strøm til at drive kompressor og tilbehør. Det gør den ved at udvinde energi fra de varme gasser, der frigives fra forbrændingssystemet, og ekspandere dem til et lavere tryk og en lavere temperatur. Den kontinuerlige gasstrøm, som turbinen udsættes for, kan komme ind i turbinen ved en temperatur på mellem 850 og 1700 °C, hvilket igen er langt over smeltepunktet for den nuværende materialeteknologi.
For at producere det drivende drejningsmoment kan turbinen bestå af flere trin, der hver anvender en række bevægelige skovle og en række stationære ledeskovle til at lede luften som ønsket ind på skovlene. Antallet af trin afhænger af forholdet mellem den krævede effekt fra gasstrømmen, den omdrejningshastighed, hvormed den skal produceres, og den tilladte diameter på turbinen.
Ønsket om at producere en høj motoreffektivitet kræver en høj turbineindløbstemperatur, men dette skaber problemer, da turbineskærene vil skulle præstere og overleve lange driftsperioder ved temperaturer over deres smeltepunkt. Disse blade skal, selv om de gløder rødglødende, være stærke nok til at bære de centrifugalbelastninger, der skyldes rotation ved høj hastighed.
For at kunne fungere under disse forhold tvinges kold luft ud gennem mange små huller i bladet. Denne luft forbliver tæt på bladet, hvilket forhindrer det i at smelte, men ikke forringer motorens samlede ydeevne væsentligt. Der anvendes nikkellegeringer til at konstruere turbineskærene og dyse-ledeskærmene, fordi disse materialer udviser gode egenskaber ved høje temperaturer