Kun nouset lentoyhtiön lennolle, et ehkä vietä paljon aikaa moottoreita ajatellen. Mutta ne ovat ainoa syy siihen, että 700 000 kiloa alumiinia ja matkustajia voi syöksyä ilmassa 80 prosentin äänennopeudella. Miten ne siis toimivat? Tutustutaanpa asiaan.
Perusteet
Suihkumoottorit, joita kutsutaan myös kaasuturbiineiksi, toimivat imemällä ilmaa moottorin etuosaan puhaltimen avulla. Sieltä moottori puristaa ilmaa, sekoittaa siihen polttoainetta, sytyttää polttoaineen ja ilman seoksen ja ampuu sen ulos moottorin takaosasta, jolloin syntyy työntövoimaa.
Tämä on melko perustavanlaatuinen selitys siitä, miten moottori toimii, joten tarkastellaan suihkumoottorin jokaista osaa, jotta nähdään, mitä oikeastaan tapahtuu.
Suihkumoottorin osat
Turbiinimoottoreita on neljää päätyyppiä, mutta tässä esimerkissä käytämme turbofan-moottoria, joka on nykyään yleisin lentokoneiden suihkukoneissa käytetty turbiinimoottorityyppi.
Tuuletin
Turbofan-moottorin ensimmäinen osa on tuuletin. Se on myös se osa, jonka näet, kun katsot suihkukoneen etuosaa.
Tuuletin, joka on lähes aina valmistettu titaanilavoista, imee valtavia määriä ilmaa moottoriin.
Ilma liikkuu moottorin kahden osan läpi. Osa ilmasta ohjataan moottorin ytimeen, jossa palaminen tapahtuu. Loput ilmasta, jota kutsutaan ”ohitusilmaksi”, liikkuu moottorin ytimen ulkopuolella kanavan kautta. Ohitusilma luo lisää työntövoimaa, jäähdyttää moottoria ja tekee moottorista hiljaisemman peittämällä moottorista poistuvan pakoilman. Nykyaikaisissa turbokoneissa ohitusilma tuottaa suurimman osan moottorin työntövoimasta.
Kompressori
Kompressori sijaitsee moottorin ytimen ensimmäisessä osassa. Ja se, kuten olet varmaan arvannutkin, puristaa ilmaa.
Kompressori, jota kutsutaan ”aksiaalivirtauskompressoriksi”, käyttää sarjaa siipiprofiilin muotoisia pyöriviä siipiä nopeuttaakseen ja puristaakseen ilmaa. Sitä kutsutaan aksiaalivirtaukseksi, koska ilma kulkee moottorin läpi moottorin akselin suuntaisesti (toisin kuin keskipakovirtauksessa).
Kun ilma liikkuu kompressorin läpi, jokainen siipisarja pienenee hieman, mikä lisää energiaa ja lisää ilman puristusta.
Kunkin kompressorin siipisarjan välissä on liikkumattomia, siipiprofiilin muotoisia siipiä, joita kutsutaan nimellä ”staattori”. Nämä staattorit (joita kutsutaan myös siiviksi) lisäävät ilman painetta muuttamalla pyörimisenergian staattiseksi paineeksi. Staattorit myös valmistelevat ilmaa siirtymään seuraavaan pyörivien lapojen sarjaan. Toisin sanoen ne ”suoristavat” ilmavirran.
Yhdistettynä paria pyöriviä ja paikallaan olevia siipiä kutsutaan portaaksi.
Poltin
Poltin on paikka, jossa tulipalo tapahtuu. Kun ilma poistuu kompressorista ja tulee polttimoon, se sekoittuu polttoaineeseen ja syttyy.
Se kuulostaa yksinkertaiselta, mutta se on itse asiassa hyvin monimutkainen prosessi. Tämä johtuu siitä, että polttimen on pidettävä polttoaineen ja ilman seoksen palaminen vakaana, samalla kun ilma liikkuu polttimen läpi erittäin nopealla nopeudella.
Kotelo sisältää kaikki polttimen osat, ja sen sisällä diffuusori on ensimmäinen osa, joka tekee työtä.
Diffuusori hidastaa kompressorista tulevaa ilmaa, jolloin se on helpompi sytyttää. Kupu ja pyörre lisäävät turbulenssia ilmaan, jotta se sekoittuu helpommin polttoaineeseen. Ja polttoainesuuttimella, kuten varmaan arvasitkin, ruiskutetaan polttoainetta ilmaan, jolloin syntyy polttoaineen ja ilman seos, joka voidaan sytyttää.
Siitä eteenpäin, vuorauksessa tapahtuu varsinainen palaminen. Vuorauksessa on useita sisääntuloaukkoja, jotka mahdollistavat ilman pääsyn useista kohdista palamisvyöhykkeellä.
Viimeinen tärkein osa on sytytin, joka on hyvin samanlainen kuin auton tai mäntämoottorilentokoneen sytytystulpat. Kun sytytin on sytyttänyt tulen, se on itsekestävä, ja sytytin kytketään pois päältä (vaikka sitä käytetäänkin usein varajärjestelmänä huonossa säässä ja jäätävissä olosuhteissa).
Turbiini
Kun ilma on päässyt kulkemaan polttimen läpi, se virtaa turbiinin läpi. Turbiini on sarja siipipyörän muotoisia siipiä, jotka ovat hyvin samankaltaisia kuin kompressorin siivet. Kun kuuma, nopea ilma virtaa turbiinin lapojen yli, ne ottavat ilmasta energiaa, pyörittävät turbiinia ympyrää ja pyörittävät moottorin akselia, johon se on liitetty.
Tämä on sama akseli, johon puhallin ja kompressori on liitetty, joten turbiinia pyörittämällä moottorin etuosassa oleva puhallin ja kompressori imevät edelleen lisää ilmaa, joka pian sekoitetaan polttoaineeseen ja poltetaan.
Suutin
Prosessin viimeinen vaihe tapahtuu suuttimessa. Suutin on pohjimmiltaan moottorin pakokanava, ja se on se kohta, jossa suurella nopeudella kulkeva ilma ampuu ulos takaosasta.
Tässä kohtaa astuu kuvaan myös Sir Isaac Newtonin kolmas laki: jokaiselle toiminnalle on olemassa yhtä suuri ja vastakkainen reaktio. Yksinkertaisesti sanottuna, pakottamalla ilmaa ulos moottorin takaosasta suurella nopeudella, lentokone työntyy eteenpäin.
Joissakin moottoreissa pakosuuttimessa on myös sekoitin. Tämä yksinkertaisesti sekoittaa osan moottorin ympärillä virtaavasta ohitusilmasta kuumaan, palaneeseen ilmaan, mikä tekee moottorista hiljaisemman.
Kaikki yhdessä
Suihkumoottorit tuottavat uskomattomia määriä työntövoimaa imemällä ilmaa sisään, puristamalla sitä, sytyttämällä sen ja poistamalla sen takaa ulos. Ja ne tekevät sen kaiken erittäin polttoainetehokkaasti.
Kun seuraavan kerran nouset matkustajakoneeseen, olitpa sitten lentäjä edessä tai matkustat takapenkillä, kiitä hetki insinöörejä, jotka tekivät mahdolliseksi sen, että suihkukoneesi viuhuu taivaalla 80 prosenttia äänen nopeudesta.
Lue täältä, mitä Republic tekee alan johtavana toimijana.
Tule paremmaksi lentäjäksi.
Tilaa Boldmethod-sähköpostiviesti, niin saat reaalimaailman lentämisvinkkejä ja -tietoa suoraan postilaatikkoosi, joka viikko.
