PERUSKATSAUS
Yllä olevassa kuvassa näkyy, miten suihkumoottori sijaitsisi nykyaikaisessa sotilaslentokoneessa. Perussuihkumoottorissa ilma tulee etummaiseen imuaukkoon ja se puristetaan (näemme myöhemmin miten). Sitten ilma pakotetaan polttokammioihin, joihin ruiskutetaan polttoainetta, ja ilman ja polttoaineen seos sytytetään. Muodostuvat kaasut laajenevat nopeasti ja poistuvat polttokammioiden takaosan kautta. Kaasuihin kohdistuu yhtä suuri voima kaikkiin suuntiin, ja ne tuottavat työntövoimaa eteenpäin, kun ne poistuvat taaksepäin. Kun kaasut poistuvat moottorista, ne kulkevat tuulettimen kaltaisten siipien (turbiini) läpi, jotka pyörittävät turbiiniakseliksi kutsuttua akselia. Tämä akseli puolestaan pyörittää kompressoria ja tuo siten tuoretta ilmaa imuilman kautta. Alla on animaatio eristetystä suihkumoottorista, joka havainnollistaa äsken kuvattua ilman sisäänvirtauksen, puristuksen, palamisen, ilman ulosvirtauksen ja akselin pyörimisen prosessia.
Prosessi voidaan kuvata seuraavalla kaaviolla, joka on lainattu suositun suihkumoottorivalmistajan Rolls Roycen verkkosivuilta.
Tämä prosessi on suihkumoottoreiden toiminnan ydin, mutta miten tarkalleen ottaen tapahtuu jotain sellaista kuin puristaminen (puristaminen)? Alla on lisätietoja jokaisesta neljästä vaiheesta, jotka liittyvät suihkumoottorin työntövoiman syntymiseen.
SUIHKUTUS
Moottori imee suuren määrän ilmaa puhallin- ja kompressorivaiheiden kautta. Tyypillinen kaupallinen suihkumoottori imee lentoonlähdön aikana 1,2 tonnia ilmaa sekunnissa toisin sanoen se voisi tyhjentää squashkentän ilman alle sekunnissa. Mekanismi, jolla suihkumoottori imee ilmaa, on suurelta osin osa kompressiovaihetta. Monissa moottoreissa kompressori vastaa sekä ilman imemisestä että sen puristamisesta. Joissakin moottoreissa on ylimääräinen puhallin, joka ei ole osa kompressoria ja joka imee lisäilmaa järjestelmään. Tuuletin on yllä esitetyn moottorin vasemmanpuoleisin komponentti.
TUULETIN
Kompressori sen lisäksi, että se imee ilmaa moottoriin, se myös paineistaa ilman ja toimittaa sen palotilaan. Kompressori näkyy yllä olevassa kuvassa aivan palotilassa olevan tulen vasemmalla puolella ja puhaltimen oikealla puolella. Puristuspuhaltimia pyöritetään turbiinista akselilla (turbiinia puolestaan pyörittää moottorista poistuva ilma). Kompressoreilla voidaan saavuttaa yli 40:1:n puristussuhde, mikä tarkoittaa, että kompressorin päässä olevan ilman paine on yli 40 kertaa suurempi kuin kompressoriin tulevan ilman paine. Täydellä teholla tyypillisen kaupallisen suihkukompressorin lavat pyörivät 1600 km/h (1000mph) nopeudella ja imevät sisäänsä 2600 lb (1200kg) ilmaa sekunnissa.
Keskustelemme nyt siitä, miten kompressori itse asiassa puristaa ilmaa.
Kuten yllä olevasta kuvasta näkyy, kompressorin muodostavat vihreät puhaltimet pienenevät vähitellen koko ajan pienemmiksi ja pienemmiksi, samoin kuin myös ontelo, jonka läpi ilman täytyy kulkea. Ilman on jatkettava liikkumistaan oikealle, kohti moottorin polttokammioita, koska puhaltimet pyörivät ja työntävät ilmaa siihen suuntaan. Tuloksena on, että tietty määrä ilmaa siirtyy suuremmasta tilasta pienempään tilaan, jolloin paine kasvaa.
BANG
Polttokammiossa polttoaine sekoittuu ilmaan, jolloin syntyy pamahdus, joka vastaa paisumisesta, joka pakottaa ilman turbiiniin. Tyypillisessä kaupallisessa suihkumoottorissa polttoaine palaa palotilassa jopa 2000 celsiusasteen lämpötilassa. Lämpötila, jossa metallit alkavat sulaa tässä moottorin osassa, on 1300 celsiusastetta, joten on käytettävä kehittyneitä jäähdytystekniikoita.
Polttokammiossa on vaikea tehtävä polttaa suuria määriä polttoainetta, joka syötetään polttoainesumutussuuttimien kautta, suurilla ilmamäärillä, jotka syötetään kompressorista, ja vapauttaa näin syntyvä lämpö siten, että ilma paisuu ja kiihtyy niin, että siitä muodostuu tasainen ja tasaisesti lämmenneen kaasun virta. Tämä tehtävä on suoritettava mahdollisimman pienellä painehäviöllä ja mahdollisimman suurella lämmön vapautumisella rajallisessa käytettävissä olevassa tilassa.
Ilmaan lisättävän polttoaineen määrä riippuu vaaditusta lämpötilan noususta. Maksimilämpötila on kuitenkin rajoitettu tietylle alueelle, jonka määräävät materiaalit, joista turbiinin siivet ja suuttimet on valmistettu. Ilma on jo lämmitetty 200-550 °C:n lämpötilaan kompressorissa tehdyllä työllä, joten palamisprosessin edellyttämä lämpötilan nousuvaatimus on noin 650-1150 °C. Koska kaasun lämpötila määrää moottorin työntövoiman, polttokammion on kyettävä pitämään palaminen vakaana ja tehokkaana monenlaisissa moottorin käyttöolosuhteissa.
Tuulettimen tuoma ilma, joka ei kulje moottorin ytimen läpi ja jota ei siten käytetä palamiseen ja joka on noin 60 prosenttia kokonaisilmavirrasta, johdetaan asteittain liekkiputkeen alentamaan lämpötilaa polttokammion sisällä ja jäähdyttämään liekkiputken seinämiä.
PUHALLUS
Purkautuneen kaasun reaktioPolttoaineen ja ilman seos puristetaan turbiinin läpi, se pyörittää tuulettimen ja kompressorin toimintaa, ja se puhaltaa ulos pakokaasun poistoilman poistoilman poistoilman poistoilman poistoilman poistoilman poistoilman poistoilman poistoilman poistoilman poistoilmavirtauksesta, ja se tuottaa työntövoiman.
Turbiinin tehtävänä on siis tuottaa tehoa kompressorin ja lisävarusteiden käyttämiseen. Se tekee tämän ottamalla energiaa palamisjärjestelmästä vapautuvista kuumista kaasuista ja paisuttamalla ne matalampaan paineeseen ja lämpötilaan. Jatkuva kaasuvirta, jolle turbiini altistuu, voi tulla turbiiniin 850-1700 °C:n lämpötilassa, mikä taas on paljon yli nykyisen materiaalitekniikan sulamispisteen.
Käyttömomentin tuottamiseksi turbiini voi koostua useista vaiheista, joissa jokaisessa on yksi rivi liikkuvia siipiä ja yksi rivi paikallaan olevia ohjainsiipiä, jotka ohjaavat ilmaa halutulla tavalla siipien päälle. Vaiheiden lukumäärä riippuu kaasuvirrasta vaadittavan tehon, pyörimisnopeuden, jolla se on tuotettava, ja turbiinin sallitun halkaisijan välisestä suhteesta.
Halu tuottaa korkea moottorin hyötysuhde edellyttää korkeaa turbiinin sisääntulolämpötilaa, mutta tämä aiheuttaa ongelmia, koska turbiinin siipien olisi toimittava ja kestettävä pitkiä käyttöjaksoja sulamispisteensä ylittävissä lämpötiloissa. Vaikka nämä lavat hehkuvat tulikuumina, niiden on oltava riittävän vahvat kantamaan suurella nopeudella tapahtuvasta pyörimisestä johtuvat keskipakokuormat.
Toimimiseksi näissä olosuhteissa viileä ilma pakotetaan ulos monista pienistä rei’istä siivessä. Tämä ilma pysyy terän lähellä, mikä estää sitä sulamasta, mutta ei heikennä merkittävästi moottorin kokonaistehoa. Turbiinin siipien ja suuttimen ohjainsiipien rakentamisessa käytetään nikkeliseoksia, koska nämä materiaalit osoittavat hyviä ominaisuuksia korkeissa lämpötiloissa
.