Ihmisistä tuli yli miljoona vuotta kestäneen evoluution jälkeen maapallon ylivoimainen rotu. Valloitimme veden, maan ja ilman ja pyrimme nyt menemään sen ohi. Vaikka on olemassa lukuisia määritelmiä, joilla voitaisiin kvantifioida Homo sapiensin saavutuksia, yksi yksittäinen, joka erottuu edukseen, on insinööritaito, erityisesti ilmailutekniikka.
Työskentelystä ja mukavuudesta puhumattakaan ihmiset ovat käyneet sotaa taivaasta, mikä määrittelee sen, kuinka pitkälle teknologia on edennyt, jotta voimme luottaa siihen, että voimme lentää satojen metrien korkeudella maasta. Ilmailun synnystä lähtien ajatus aluksesta, joka on tarpeeksi kevyt lentääkseen, on muuttunut dramaattisesti. Nykyään lentokoneet kestävät luonnon voimakkaimpia myrskyjä, ja suuri kiitos siitä kuuluu moottoreille, joiden voimanlähteenä se toimii.
Aluksi kerrottakoon, että emme ole asiantuntijoita ilmailun mekaanisen kehityksen alalla. Yritämme kuitenkin parhaan kykymme mukaan selittää kolme yleisimmin käytettyä moottorityyppiä, joita käytetään lentokoneissa nykyaikana.
Suihkuturbiinimoottorit. (Kuvalähde: Mech4Study)
Turbosuihkumoottorit
Ennen kuin menemme moottorin teknisiin yksityiskohtiin, sinun on tiedettävä kolme komponenttia: kompressori, joka paineistaa ilman, polttokammio, jossa polttoaine poltetaan, ja turbiini, joka vuorostaan auttaa kompressorin käyttämisessä. Turboturbiinimoottori itsessään on suihkumoottorin perustyyppi. Tällaisessa kokoonpanossa moottorin etuosassa olevasta aukosta otettu ilma puristetaan noin 3-12-kertaiseksi alkuperäiseen paineeseensa kompressorissa. Tämä ilma poltetaan sitten yhdessä polttoaineen kanssa polttokammiossa, jolloin nesteseoksen lämpötila nousee noin 600-700 celsiusasteeseen. Näin syntynyt kuuma ilma johdetaan sitten turbiinin läpi, joka puolestaan antaa voimaa kompressorille.
Jos turbiini ja kompressori ovat tehokkaita, turbiiniin tuleva paine on lähes kaksinkertainen ilmakehän paineeseen nähden, ja tämä ylipaine lähetetään suuttimeen tuottamaan suurnopeuksinen kaasuvirta, joka tuottaa työntövoiman. Tämän lisäksi huomattavaa työntövoimaa voidaan tuottaa myös toisen polttokammion avulla, joka on sijoitettu turbiinin jälkeen ja ennen suutinta. Tämän seurauksena lämpötila nousee ja työntövoima kasvaa noin 40 prosenttia.
Lyhyesti sanottuna suihkuturbiinimoottori on reaktiomoottori, jossa paisuvat kaasut työntyvät moottorin etuosaa vasten. Turbojet imee ilmaa ja joko puristaa tai puristaa sitä. Nämä kaasut kimpoavat takaisin ja ampuvat pakoputken takaosasta ulos työntäen konetta eteenpäin.
Turboprop-suihkumoottorit. (Kuvalähde: AviationStackExchange)
Turboprop-suihkumoottorit
Turboprop-suihkumoottorin tapauksessa takana olevaa turbiinia pyörittävät kuumat kaasut, ja tämä pyörittää akselia, joka pyörittää potkuria. Tämäntyyppinen moottori on yleisin pienissä liikennelentokoneissa ja kuljetuskoneissa.
Turbosuihkumoottorin tavoin myös potkuriturbiinimoottorissa on kompressori, palotila ja turbiini. Ilma ja kaasu yhdistetään pyörittämään turbiinia, joka sitten pyörittää kompressoria. Turboprop-moottorin hyötysuhde on parempi kuin suihkuturbiinimoottorin, kun nopeus on alle 500 mailia tunnissa.
Nykyaikaisissa potkuriturbiinimoottoreissa on halkaisijaltaan pienempi potkuri, jossa on useampi lapa ja joka toimii tehokkaasti suuremmilla nopeuksilla. Suuremmista lentonopeuksista selviytymiseksi lavat on tehty saksiitin muotoisiksi, ja lavan kärjissä on taaksepäin kääntyvät etureunat. Tällaisia potkureita kutsutaan propfaneiksi.
Turbofan-suihkumoottorit. (Kuvalähde: Wikimedia)
Turbofan-suihkumoottorit
Toisin kuin suihkuturbiinimoottorissa, joka imee kaiken ilman moottorin sisälle, turbofan-moottorissa on edessä suuri puhallin, joka imee suurimman osan ilmavirrasta moottorin ulkopuolelle. Tämä tekee moottorista hiljaisemman ja lisää työntövoimaa pienillä nopeuksilla. Suurin osa kaikista liikennelentokoneista toimii tällä moottorilla.
Vähäinen osa ilmasta tulee moottoriin ja loput johdetaan matalapaineisen lauhduttimen läpi. Tämä ilma tulee ulos kylmänä suihkuna, joka sekoitetaan kaasugeneraattorin kanssa kuuman suihkun tuottamiseksi. Tällaisen ohitusjärjestelmän tavoitteena on lisätä työntövoimaa polttoaineen kulutusta lisäämättä. Tämä saavutetaan kasvattamalla ilman kokonaismassavirtaa ja pienentämällä nopeutta samalla kokonaisenergiansaannilla.