Jetmotor

Ein jetmotor er ein reaksjonsmotor som akselererer ein gass- eller væskestrøm bakover for å gje ei framoverretta kraft, som vert nytta for å friva ein farkost (oftast eit fly) framover. Denne artikkelen handlar om jetmotorar som opererer i luft, nyttar fossilt drivstoff og der eksosen frå forbrenninga utgjer jetstrålen. Motorar med vassjet er handsama i artikkelen vassjetmotor.

Oppbygning og verkemåte

Prinsippskisse for ein jetmotor.

Jetmotorar arbeider etter Braytonsyklusen og det finst fleire typar. Dei vanlegaste typane har ei vifte, eller ein radialkompressor i framenden som syg inn luft, som vert komprimert i eit komprimeringsseksjon. I denne seksjonen aukar trykket kraftig, samstundes som farten til luftstraumen vert redusert og temperaturen aukar. At farten vert redusert er ein føresetnad for at det skal verta nok tid til forbrenninga før brenngassane forlet brennkammeret (i neste trinn).

Etter komprimeringsseksjon går luftstraumen inn i brennkammeret, der oksygenet i lufta reagerer med drivstoffet som vert sprøyta inn gjennom dyser. Under oppstart vil tennarar setje fyr på drivstoffet, som etterkvart går av seg sjølv. Ein har alltid to slike tennarar i eit brennkammer. Årsaka til det er først og fremst for å få betre forbrenning i startfasen, men det er òg ein ekstra tryggleik om motorane må startast medan eit fly er i lufta. Berre rundt 25 % av luftstraumen frå kompressoren vil gå rett inn i brennkammeret. Dei resterande 75% vil til å byrje med gå på utsida av brennkammeret, og verta ført inn i brennkammeret gjennom små «luftehol» i veggen. Luftstraumen er utforma slik at forbrenninga vert lokalisert til midten av brennkammeret, slik at veggane ikkje vert for varme, noko som ville svekka materialet. Lufta som kjem inn vil òg vere med å kjøle veggane. Forbrenninga frigjev terminsk energi som fører til ei kraftig temperaturauke av brenngassane. Forbrenninga er ideelt ein isobar prosess (ved konstant trykk). Trykket er difor tilnærma konstant under forbrenninga.

Etter brennkammeret går brenngassane (eksosen) inn i ein turbin, som står på same aksling som kompressoren og driv denne. I kompressoren vert trykket og temperaturen til brenngassane redusert, samstundes som farten aukar.

Det ideelle blandingsforholdet mellom drivstoff og luft er 1:15, men dette blandingsforholdet ville genera mykje meir termisk energi enn turbinen toler. Under normale tilhøve vil drivstoff-/luftforholdet difor ligge mellom 1:45 og 1:130. Det som set grensa for kor mykje drivstoff ein kan nytte, og difor for ytinga, er kor høg temperatur turbinen toler.

Forskjellige jetmotortypar

Dei mange ulike typane jetmotor kan delast inn i to hovudgrupper, etter korleis dei komprimerer innsugingslufta. Den vanlegaste hovudtypen nyttar ein turbindriven kompressor for å komprimera innsugingslufta, medan den andre hovudtypen, ramjet, i staden vert nytta i farkostar med så høg fart at motoren får nok luft utan bruk av kompressor.

Turbindrivne jetmotorar

Turbindrivne jetmotorar kan igjen delast inn i fleire undergrupper, der dei vanlegaste er turbojet, turbovifte, turboprop og turboaksling.

I turbojet- og turboviftemotorar vert nytteeffekten teken ut via jetstrålen, medan i turboprop- og turbosakseltmotorar vert nytteeffekten teken ut via turbinakslingen og nytta for å driva propellen eller eller ein helikopterrotor. Desse typane er difor like mykje gassturbinar som jetmotorar.

Turbojet

Turbofjet prinsippskisse.

I turbojetmotorar går storparten av innsugingslufta direkte inn i brennkammeret. Turbojet er mest utbreidd i jagerfly, medan passasjerfly for det meste nyttar turboviftemotorar. Årsaka til dette er at ein turbojetmotor har høgare støynivå og liten verknadsgrad. Ein av dei viktigaste årsakene til at jagerfly framleis nyttar turbojetmotorar er at dei er i stand til å drive flyet opp i supersonisk fart, noko dei andre motortypane ikkje kan. Luftstraumen gjennom turbojetmotorar er etter måten liten, med han gar stor fart.

Turbovifte

Turbofvifte prinsippskisse.

I ein turboviftemotor vil mesteparten av lufta vil gå på utsida av motorkjernen. Kompressoren har difor mykje større diameter enn resten av motoren. Forholdet mellom luft som går gjennom kjernemotoren og luft som går på utsida vert kallar bypass tilhøve. Denne ligg gjerne på rundt 1:4, så berre rundt 20 % av lufta går gjennom motorkjernen, og resten går på utsida. Føremonen med denne motortypen er at han genererer mykje mindre støy. Årsaka til dette er at lufta som går utanpå kjernemotoren dempar lyden kraftig. Turboviftemotoren har og høgare verkningsgrad enn turbojetmotoren. Turboviftemotoren flyttar mykje luft for å oppnå skyvekraft, men farten på lufta er ikkje med så stor. Turboviftemotorar er i bruk på alle store passasjerfly.

Turboprop

Turboprop prinsippskisse.

I ein turbopropmotor vert nytteeffekten teken ut via turbinen og turbinakslingen og nytta til å drive ein propell. Propellen arbeider best med mykje lågare turtal enn turbinen, så han vert driven via eit reduksjonsgir. Turbopropmotorar blir stort sett brukt på små og mellomstore fly, men òg på saktegåande transportfly.

Turboaksling

Turbosaksling prinsippskisse.

Turboakslingmotoren verkar på same måte som turbopropmotoren, bortsett frå at han ikkje blir kopla til ein propell. Turboaksling er ei fellesnemning for motorar som blir brukt til å drive alt anna enn propellar. Motortypen er mest i bruk på helikopter, der han gjennom eit girsystem driv rotorane (hovud- og halerotor).

Ramjet

Soge

1930: Frank Whittle fekk patent på den første gassturbinen som tok ut nytteeffekten ved hjelp av jet-skyvekraft. Dei fyrste testar, som vart utførte i 1937, var vellukka.

Sjå òg

Gassturbin