Hogyan működik egy sugárhajtómű

A sugárhajtóművek története

Ikarosz mítosza óta, amelyben madártollakból szárnyakat készít és repül, az emberek megpróbálják megérteni, hogyan emelkednek bizonyos fajok az égbe, hogy aztán gépekkel reprodukálják. Leonardo da Vinci a ^16. században dolgozta ki az első elképzeléseket. Akkoriban azonban az egyetlen ismert hajtóerő az emberi izmoké volt. Azok az alapelvek, amelyek később lehetővé tették, hogy megértsük, hogyan repülnek a repülőgépek, csak a 17. és ^18. században jelentek meg, olyan tudósok révén, mint Newton és Bernoulli. A ^19. században az ipari forradalom számos technikai fejlődést eredményezett. A francia Clément Ader volt az első, aki egy denevér segítségével gőzgéppel felemelt egy repülőgépet. Egy évtizeddel később, 1903-ban a Wright testvérek végrehajtották a történelem első irányított, motoros repülését.

Hogyan működik egy sugárhajtómű

Az első sugárhajtóművet, azaz turbojetet a németek tervezték 1939-ben, de több évszázados kutatás eredménye volt.

Ez a videó elmagyarázza, hogyan működnek a mai hajtóművek:

Az elv egyszerű:

A levegőt egy fúvó szívja be, majd tartósan összenyomja; ezután egy égőkamrába kerül, ahol reakcióba lép a paraffinnal és meggyullad. A keletkező reakció hatására a gázok kitágulnak, majd egy fúvókán keresztül visszafelé fújódnak, és a repülőgépet előre hajtják. A gázok nagyon nagy sebességgel távoznak, ahogy áthaladnak egy sugárhajtóművön, amelynek alakja összezsugorodik.

Ezenkívül a hajtóművet elhagyva a gázok megforgatnak egy turbinát, amely a kompresszorral azonos tengelyen helyezkedik el, közvetlenül az égéstér után. A turbina mozgása okozza a kompresszor mozgását, így a reakció folyamatosan zajlik. A repülőgép mozog, és a szárnyai fölött áramló levegő hatására repül.

A légitársaságok folyamatosan próbálják javítani az égéstér teljesítményét, hogy csökkentsék a repülőgépek károsanyag-kibocsátását.

Newton mozgástörvényei

A ^17. században Newton három alapvető törvényt állított fel a mozgás magyarázatára. Az első a tehetetlenség elve, a második a dinamika elve. Ami minket érdekel, az Newton harmadik törvénye, a kölcsönhatás elve.

A sugárhajtóművek meghajtása tulajdonképpen ezen a hatás-reakció elven alapul, amely kimondja, hogy minden hatásnak van egy azonos és ellentétes reakciója. Így a hátrafelé kilökött levegő egyenlő és ellentétes erőt fejt ki a repülőgépre, ami előrefelé hajtja azt. Ráadásul minél nagyobb a meghajtott gázsugár sebessége, annál nagyobb a tolóerő.

Newton törvénye megmagyarázza a repülőgépek repülését is: ha a szárny erőt gyakorol a levegőre (a súlya, lefelé ható erő), akkor a levegő ezzel ellentétes erőt gyakorol a szárnyra, amit felhajtóerőnek (felfelé ható erőnek) nevezünk. Ezeknek az erőknek a kompenzálása tartja a repülőgépet a levegőben.

Az első sugárhajtómű

1731-ben az angol John Barber elkezdett szabadalmakat bejegyeztetni egy belső égésű gázturbinára, a sugárhajtómű elődjére. Motorja egy kompresszorból, egy égéstérből és egy turbinából állt, mindezt gyúlékony anyaggal táplálva. Barber azonban nem tudta működésre bírni találmányát, mert az akkori technológiák nem voltak képesek elegendő teljesítményt előállítani.

A gázturbina kifejlesztését aztán a gőzturbina sikere késleltette. Végül a román Henri Coandă és a francia Maxime Guillaume 1930-as években végzett munkája után végül egy brit férfi, Sir Frank Whittle forradalmasította a légi közlekedést a turbóhajtóművek meghajtásával. Whittle ahelyett, hogy dugattyús hajtóművet használt volna a levegő sűrítésére, egy utána következő turbinát választott, amely a kipufogógázok által biztosított energiát használta a kompresszor meghajtására. Ez az új hajtómű gazdaságosabb és erősebb volt, mint a dugattyús hajtómű.

Az első turbó sugárhajtóműveket egyszerre fejlesztették ki Angliában és Németországban. A német Hans Von Ohain 1939-ben fejlesztette ki az első sugárhajtóművet a Heinkel cég számára. Az első sugárhajtású repülőgép a Heinkel He-178 volt, amelyet harcban használtak. Az első repülés azonban megszakadt, amikor egy madarat beszippantott a hajtómű. A második világháború alatti fegyverkezési verseny felgyorsította a modern repülés születését. A háború végén az Egyesült Államok és a Szovjetunió felzárkózott, majd Franciaország következett, amelyet a német megszállás visszatartott. Az első sugárhajtóművekkel hajtott polgári repülőgépek az 1950-es években jelentek meg.

A sugárhajtóművek különböző típusai

Általánosságban elmondható, hogy a sugárhajtóművek az üzemanyagban lévő kémiai energiát mozgási energiává alakítják. A turbó sugárhajtóművek fejlesztése kezdettől fogva nagy kihívást jelentett mind katonai, mind polgári területen. A mai sugárhajtóművek sokkal összetettebbek, mint a múltban. Fel vannak szerelve például tolóerő-visszafordítókkal, amelyek a repülőgép fékezésére szolgálnak. A sugárnyalábot a hajtómű eleje felé irányítják át.

A sugárhajtóműveknek több alkategóriája van:

• Centrifugális kompresszoros sugárhajtóművek
• Axiálkompresszoros turbó sugárhajtóművek
• Kettős áramlású sugárhajtóművek
• Sárkánysugárhajtóművek
• Turboprop hajtóművek
• Szabad turbinás hajtóművek

A fent leírt hajtóművek centrifugális kompresszoros sugárhajtóművek. Egyszerűen gyárthatók és robusztusak, de hátrányuk, hogy nagy átmérőjű hajtóművet igényelnek, ami csökkenti a repülőgép végsebességét. Ezért feltalálták az axiális turbó sugárhajtóműveket. A levegőt egy sor légcsavaron keresztül sűrítik össze, és jobb a hatásfokuk, de ehhez fejlettebb anyagokra van szükség. A hajtóműnek mindkét esetben akár 2000 °C-os hőmérsékletet is el kell viselnie.

A bypass reaktorban a kompresszor elé egy ventilátort helyeznek. Ez nagyobb mennyiségű levegőt szív be, amely aztán elsődleges és másodlagos áramlásra oszlik. Az elsődleges áramlás áthalad az égéstéren, tehát forró levegő áramlásáról van szó. A másodlagos áramlat közvetlenül a hajtómű mindkét oldalán kilökődik; ez egy hideg levegőáramlat, amely a tolóerő 80%-át adja. A kilépőnyílásnál a hideg levegő keveredik a forró levegővel, ami hűtést eredményez. Ezt a rendszert a legtöbb avions commerciaux repülőgépen alkalmazzák a tolóerő növelése és a motorzaj csökkentése érdekében.

A ramsugaras hajtóműveket ma már vadászrepülőgépekben és rakétákban használják, mivel nagyon nagy sebességet tudnak elérni. Tolóerejük azért nagyobb, mert az üzemanyagot újra befecskendezik az égéstérbe, ezt a folyamatot utóégetésnek nevezik. Ráadásul nincsenek mozgó alkatrészeik, ezért könnyűek. Hátrányuk, hogy bizonyos sebesség alatt nem tudnak működni, és a hőmérsékletük nagyon magas, ami sok anyag esetében hosszú távon nem fenntartható. Működésükhöz egy kezdeti sebességet is biztosítani kell számukra. A szuperszonikus sugárhajtóművek szuperszonikus sebességet érhetnek el. A Concorde hajtóműve egy turbó- és egy ramjet hajtómű hibridje volt.

A turbó sugárhajtóművek úgy növelik a tolóerőt, hogy a lehető legtöbb gázt lövik ki. Ez nem így van a turbólégcsavaros hajtóművek esetében. Ezek a repülőgép külső oldalára erősített légcsavar forgási erejére támaszkodnak, hogy a tolóerő nagy részét biztosítsák. A turbopropok a leggazdaságosabb megoldást kínálják rövid távú repülésekhez. Hatékonyabbak és kevesebb üzemanyagot fogyasztanak, de a magasság és a távolság tekintetében korlátozottak. Ha többet szeretne megtudni a különböző turbólégcsavaros típusokról, látogasson el a cette page weboldalra.

A turbótengelyes motorokat helikopterekhez tervezték. A turbó sugárhajtóművekhez hasonlóan turbinával vannak felszerelve. A ma gyártott helikopterek, mint például a Dauphin, szabad turbinával rendelkeznek. Ez alakítja át a kipufogógázok kinetikus és hőenergiáját mechanikai energiává, és lehetővé teszi azt is, hogy a helikopter lapátjai a kompresszor sebességétől eltérő sebességgel forogjanak, ezáltal biztosítva a repülőgép stabilitását.