Általános áttekintés
A fenti kép azt mutatja, hogyan helyezkedik el egy sugárhajtómű egy modern katonai repülőgépben. Az alap sugárhajtóműben a levegő az elülső szívónyíláson lép be és sűrítik össze (később látni fogjuk, hogyan). Ezután a levegőt az égéstérbe nyomják, ahol üzemanyagot szórnak bele, és a levegő és az üzemanyag keverékét meggyújtják. A keletkező gázok gyorsan tágulnak, és az égéstér hátsó részén keresztül távoznak. Ezek a gázok minden irányba egyforma erőt fejtenek ki, előre irányuló tolóerőt biztosítva, miközben hátrafelé távoznak. Ahogy a gázok elhagyják a motort, egy ventilátorszerű lapátcsoporton (turbina) haladnak át, amely egy tengelyt, a turbina tengelyét forgatja. Ez a tengely pedig a kompresszort forgatja, és ezáltal friss levegőt juttat be a szívócsövön keresztül. Az alábbiakban egy izolált sugárhajtómű animációja látható, amely a levegő beáramlásának, a kompressziónak, az égésnek, a levegő kiáramlásának és a tengely forgásának az imént ismertetett folyamatát szemlélteti.
A folyamatot az alábbi, a Rolls Royce, egy népszerű sugárhajtóművek gyártója honlapjáról átvett ábrával lehet leírni.
Ez a folyamat a sugárhajtóművek működésének lényege, de hogyan történik pontosan valami olyan, mint a kompresszió (összenyomás)? Ha többet szeretne megtudni a sugárhajtóművek tolóerejének létrehozásának mind a négy lépéséről, lásd alább.
SZÍVÁS
A hajtómű nagy mennyiségű levegőt szív be a ventilátor és a kompresszor fokozatain keresztül. Egy tipikus kereskedelmi sugárhajtómű felszálláskor másodpercenként 1,2 tonna levegőt szív be más szóval, kevesebb mint egy másodperc alatt ki tudná üríteni egy squashpálya levegőjét. Az a mechanizmus, amellyel a sugárhajtómű beszívja a levegőt, nagyrészt a kompressziós fokozat része. Sok hajtóműben a kompresszor felelős mind a levegő beszívásáért, mind a levegő összenyomásáért. Egyes hajtóművekben van egy további ventilátor, amely nem része a kompresszornak, hogy további levegőt szívjon a rendszerbe. A ventilátor a fenti ábrán látható motor bal oldali eleme.
SZÁMÍTÓ
A levegőnek a motorba történő beszívása mellett a kompresszor a levegőt nyomás alá is helyezi, és az égéstérbe juttatja. A kompresszor a fenti képen éppen az égéstérben lévő tűztől balra, a ventilátortól jobbra látható. A sűrítőventilátorokat egy tengely hajtja a turbinától (a turbinát viszont a motorból távozó levegő hajtja). A kompresszorok 40:1 feletti sűrítési arányt is elérhetnek, ami azt jelenti, hogy a kompresszor végén lévő levegő nyomása több mint 40-szerese a kompresszorba belépő levegő nyomásának. Teljes teljesítménynél egy tipikus kereskedelmi sugárhajtású kompresszor lapátjai 1600 km/h sebességgel forognak, és másodpercenként 2600 font (1200 kg) levegőt szívnak be.
Most arról lesz szó, hogy a kompresszor valójában hogyan sűríti össze a levegőt.
Amint a fenti képen is látható, a kompresszort alkotó zöld ventilátorok fokozatosan egyre kisebbek lesznek, ahogy az üreg is, amelyen a levegőnek keresztül kell haladnia. A levegőnek továbbra is jobbra, a motor égéstermékei felé kell haladnia, mivel a ventilátorok forognak, és ebbe az irányba nyomják a levegőt. Az eredmény az, hogy egy adott mennyiségű levegő egy nagyobb térből egy kisebb térbe kerül, és így nő a nyomás.
BANG
Az égéstérben az üzemanyag keveredik a levegővel, így keletkezik a bumm, ami a tágulásért felelős, ami a levegőt a turbinába kényszeríti. A tipikus kereskedelmi sugárhajtóműben az üzemanyag az égéstérben akár 2000 Celsius-fokon ég el. Az a hőmérséklet, amelynél a hajtómű ezen részében a fémek olvadni kezdenek, 1300 Celsius-fok, ezért fejlett hűtési technikákat kell alkalmazni.
Az égéstérnek az a nehéz feladata, hogy az üzemanyag-szóró fúvókákon keresztül adagolt nagy mennyiségű üzemanyagot a kompresszor által szállított nagy mennyiségű levegővel elégesse, és a keletkező hőt úgy adja le, hogy a levegő kitáguljon és felgyorsuljon, hogy egyenletesen felmelegedett gáz egyenletes áramát adja. Ezt a feladatot a lehető legkisebb nyomásveszteséggel és maximális hőleadással kell megoldani a rendelkezésre álló korlátozott térben.
A levegőhöz adagolt tüzelőanyag mennyisége a szükséges hőmérséklet-emelkedéstől függ. A maximális hőmérséklet azonban bizonyos tartományra korlátozódik, amelyet a turbinalapátok és a fúvókák anyagai diktálnak. A levegőt a kompresszorban végzett munka már 200 és 550 °C közötti hőmérsékletre melegítette fel, így az égési folyamat által megkövetelt hőmérséklet-emelkedés körülbelül 650 és 1150 °C között van. Mivel a gáz hőmérséklete határozza meg a motor tolóerejét, az égéstérnek képesnek kell lennie a stabil és hatékony égés fenntartására a motor működési feltételeinek széles tartományában.
A ventilátor által behozott, a hajtómű magján nem áthaladó és így az égéshez fel nem használt levegőt, amely a teljes légáram mintegy 60 százalékát teszi ki, fokozatosan bevezetik a lángcsőbe, hogy csökkentsék a hőmérsékletet az égéstérben és hűtsék a lángcső falait.
FÜST
A turbinán átnyomott tüzelőanyag és levegő keverékének reakciója hajtja a ventilátort és a kompresszort, és a kipufogó fúvókán kifújva biztosítja a tolóerőt.
A turbina feladata tehát a kompresszor és a tartozékok meghajtásához szükséges teljesítmény biztosítása. Ezt úgy teszi, hogy energiát von el az égési rendszerből felszabaduló forró gázokból, és azokat alacsonyabb nyomásra és hőmérsékletre tágítja. A folyamatos gázáram, amelynek a turbina ki van téve, 850 és 1700 °C közötti hőmérsékleten kerülhet a turbinába, ami ismét jóval a jelenlegi anyagtechnológia olvadáspontja felett van.
A hajtónyomaték előállításához a turbina több fokozatból állhat, amelyek mindegyike egy sor mozgó lapátot és egy sor helyhez kötött vezető lapátot alkalmaz, amelyek a levegőt a kívánt módon a lapátokra irányítják. A fokozatok száma a gázáramból szükséges teljesítmény, a fordulatszám, amellyel azt elő kell állítani, és a turbina megengedett átmérője közötti összefüggéstől függ.
A nagy hatásfok előállítására irányuló törekvés magas turbinabemeneti hőmérsékletet követel meg, ez azonban problémákat okoz, mivel a turbinalapátoknak olvadáspontjuk feletti hőmérsékleten kellene teljesíteniük és hosszú üzemidőket túlélniük. Ezeknek a lapátoknak, miközben vörösen izzanak, elég erősnek kell lenniük ahhoz, hogy a nagy sebességű forgásból eredő centrifugális terhelést elviseljék.
Az ilyen körülmények közötti működéshez a lapáton lévő sok kis lyukon keresztül hideg levegőt kell kipréselni. Ez a levegő a lapát közelében marad, megakadályozva annak megolvadását, de nem rontja jelentősen a motor általános teljesítményét. A turbinalapátok és a fúvókavezető lapátok gyártásához nikkelötvözeteket használnak, mivel ezek az anyagok magas hőmérsékleten jó tulajdonságokkal rendelkeznek
.