Basic Overview
Imaginea de mai sus arată cum ar fi amplasat un motor cu reacție într-un avion militar modern. În motorul cu reacție de bază, aerul intră prin admisia frontală și este comprimat (vom vedea mai târziu cum). Apoi, aerul este forțat să intre în camerele de combustie în care este pulverizat combustibilul, iar amestecul de aer și combustibil este aprins. Gazele care se formează se dilată rapid și sunt evacuate prin partea din spate a camerelor de combustie. Aceste gaze exercită o forță egală în toate direcțiile, asigurând o împingere înainte în timp ce ies prin spate. Pe măsură ce gazele părăsesc motorul, ele trec printr-un set de palete în formă de ventilator (turbină), care rotește un arbore numit arbore de turbină. Acest arbore, la rândul său, rotește compresorul, aducând astfel o cantitate proaspătă de aer prin admisie. Mai jos este o animație a unui motor cu reacție izolat, care ilustrează procesul de intrare a aerului, compresie, ardere, ieșire a aerului și rotație a arborelui tocmai descris.
Procesul poate fi descris prin următoarea diagramă adoptată de pe site-ul web al Rolls Royce, un producător popular de motoare cu reacție.
Acest proces reprezintă esența modului în care funcționează motoarele cu reacție, dar cum anume are loc ceva de genul comprimării (stoarcerii)? Pentru a afla mai multe despre fiecare dintre cei patru pași în crearea împingerii de către un motor cu reacție, vedeți mai jos.
SUCȚIA
Motorul aspiră un volum mare de aer prin etapele ventilatorului și compresorului. Un motor cu reacție comercial tipic aspiră 1,2 tone de aer pe secundă în timpul decolării cu alte cuvinte, ar putea goli aerul dintr-un teren de squash în mai puțin de o secundă. Mecanismul prin care un motor cu reacție aspiră aerul face parte, în mare parte, din etapa de compresie. La multe motoare, compresorul este responsabil atât de aspirarea aerului, cât și de comprimarea acestuia. Unele motoare au un ventilator suplimentar care nu face parte din compresor pentru a aspira aer suplimentar în sistem. Ventilatorul este componenta cea mai din stânga a motorului ilustrat mai sus.
SUCURSORUL
Pe lângă aspirarea aerului în motor, compresorul presurizează, de asemenea, aerul și îl livrează în camera de combustie. Compresorul este prezentat în imaginea de mai sus chiar la stânga focului din camera de combustie și la dreapta ventilatorului. Ventilatoarele de compresie sunt acționate de turbină prin intermediul unui arbore (turbina este, la rândul ei, acționată de aerul care iese din motor). Compresoarele pot atinge rapoarte de compresie de peste 40:1, ceea ce înseamnă că presiunea aerului de la capătul compresorului este de peste 40 de ori mai mare decât cea a aerului care intră în compresor. La putere maximă, paletele unui compresor tipic pentru avioane comerciale cu reacție se rotesc la 1600 km/h (1000mph) și preiau 1200 kg (2600lb) de aer pe secundă.
Acum vom discuta despre modul în care compresorul comprimă efectiv aerul.
După cum se poate observa în imaginea de mai sus, ventilatoarele verzi care compun compresorul devin treptat din ce în ce mai mici, la fel ca și cavitatea prin care trebuie să treacă aerul. Aerul trebuie să continue să se deplaseze spre dreapta, spre camerele de ardere ale motorului, deoarece ventilatoarele se învârt și împing aerul în această direcție. Rezultatul este că o anumită cantitate de aer se deplasează dintr-un spațiu mai mare într-unul mai mic și, astfel, crește presiunea.
BANG
În camera de ardere, combustibilul este amestecat cu aerul pentru a produce bangul, care este responsabil pentru expansiunea care forțează aerul în turbină. În interiorul unui motor cu reacție comercial tipic, combustibilul arde în camera de combustie la o temperatură de până la 2000 de grade Celsius. Temperatura la care metalele din această parte a motorului încep să se topească este de 1300 de grade Celsius, astfel încât trebuie folosite tehnici avansate de răcire.
Camera de combustie are sarcina dificilă de a arde cantități mari de combustibil, furnizate prin duze de pulverizare a combustibilului, cu volume extinse de aer, furnizate de compresor, și de a elibera căldura rezultată în așa fel încât aerul să fie expandat și accelerat pentru a da un flux lin de gaz uniform încălzit. Această sarcină trebuie îndeplinită cu o pierdere minimă de presiune și cu o eliberare maximă de căldură în spațiul limitat disponibil.
Cantitatea de combustibil adăugată în aer va depinde de creșterea de temperatură necesară. Cu toate acestea, temperatura maximă este limitată la un anumit interval dictat de materialele din care sunt realizate paletele și ajutajele turbinei. Aerul a fost deja încălzit la o temperatură cuprinsă între 200 și 550 °C prin munca depusă în compresor, ceea ce înseamnă că procesul de combustie necesită o creștere a temperaturii de aproximativ 650 până la 1150 °C. Având în vedere că temperatura gazelor determină forța de tracțiune a motorului, camera de combustie trebuie să fie capabilă să mențină o ardere stabilă și eficientă pe o gamă largă de condiții de funcționare a motorului.
Aerul adus de ventilator care nu trece prin miezul motorului și, prin urmare, nu este utilizat pentru combustie, care reprezintă aproximativ 60 % din debitul total de aer, este introdus progresiv în tubul de flacără pentru a scădea temperatura în interiorul camerei de combustie și pentru a răci pereții tubului de flacără.
Suflare
Reacția gazului expandatamestecul de combustibil și aer care este forțat să treacă prin turbină, antrenează ventilatorul și compresorul și suflă pe duza de evacuare asigurând împingerea.
Așa, turbina are sarcina de a furniza energie pentru a acționa compresorul și accesoriile. Ea face acest lucru extrăgând energie din gazele fierbinți eliberate de sistemul de combustie și dilatându-le la o presiune și o temperatură mai scăzute. Fluxul continuu de gaze la care este expusă turbina poate intra în turbină la o temperatură cuprinsă între 850 și 1700 °C, ceea ce este, din nou, cu mult peste punctul de topire al tehnologiei actuale a materialelor.
Pentru a produce cuplul de antrenare, turbina poate fi compusă din mai multe etaje, fiecare dintre acestea utilizând un rând de palete mobile și un rând de palete de ghidare staționare pentru a direcționa aerul așa cum se dorește pe palete. Numărul de etaje depinde de relația dintre puterea necesară din fluxul de gaz, viteza de rotație la care trebuie să fie produsă și diametrul admis al turbinei.
Dezideratul de a produce un randament ridicat al motorului cere o temperatură ridicată la intrarea în turbină, dar acest lucru cauzează probleme, deoarece paletele turbinei ar trebui să funcționeze și să supraviețuiască perioade lungi de funcționare la temperaturi peste punctul lor de topire. Aceste palete, în timp ce strălucesc la roșu, trebuie să fie suficient de rezistente pentru a suporta sarcinile centrifuge datorate rotației la viteză mare.
Pentru a funcționa în aceste condiții, aerul rece este forțat să iasă prin multe găuri mici din paletă. Acest aer rămâne în apropierea paletei, împiedicând-o să se topească, dar fără a diminua semnificativ performanța generală a motorului. Pentru construcția paletelor turbinei și a paletelor de ghidare ale ajutajului se folosesc aliaje de nichel, deoarece aceste materiale prezintă proprietăți bune la temperaturi ridicate
.