Ludzie stali się rasą wyższą na planecie Ziemia po ponad milionie lat ewolucji. Podbiliśmy wodę, ziemię i powietrze, a teraz dążymy do tego, by je przekroczyć. Podczas gdy istnieje wiele definicji, które mogłyby określić osiągnięcia Homo sapiens, jedną z nich jest inżynieria, a konkretnie inżynieria lotnicza.
Nie mówiąc już o dojeżdżaniu do pracy i wygodzie, ludzie toczyli wojny o niebo, które określają, jak zaawansowana technologia dotarła do nas, aby zapewnić nam pewność siebie w lataniu setki stóp od ziemi. Od narodzin lotnictwa, idea statku, który jest wystarczająco lekki, aby latać, zmieniła się diametralnie. Dzisiejsze samoloty są w stanie wytrzymać najsilniejsze burze natury, a duża w tym zasługa silników, którymi są napędzane.
Na wstępie powiedzmy, że nie jesteśmy ekspertami w dziedzinie mechanicznych osiągnięć w dziedzinie lotnictwa. Ale postaramy się jak najlepiej wyjaśnić trzy najczęściej używane typy silników, które są stosowane w samolotach w erze współczesnej.
Silniki turboodrzutowe. (Źródło obrazu: Mech4Study)
Silniki turboodrzutowe
Zanim zagłębimy się w techniczne aspekty silnika, istnieją trzy komponenty, o których należy wiedzieć – sprężarka, która podnosi ciśnienie powietrza, komora spalania, w której spalane jest paliwo i turbina, która z kolei pomaga w napędzaniu sprężarki. Turbodżet sam w sobie jest najbardziej podstawowym rodzajem silnika odrzutowego. W takim układzie powietrze pobierane z otworu w przedniej części silnika jest sprężane w sprężarce do ciśnienia około 3 do 12 razy większego niż jego pierwotne ciśnienie. Powietrze to jest następnie spalane w połączeniu z paliwem w komorze spalania w celu podniesienia temperatury mieszaniny płynów do około 600 do 700 stopni Celcjusza. Powstałe w ten sposób gorące powietrze jest następnie przepuszczane przez turbinę, która z kolei zasila sprężarkę.
Jeśli turbina i sprężarka są wydajne, ciśnienie przychodzące do turbiny będzie prawie dwukrotnie wyższe od ciśnienia atmosferycznego i to nadciśnienie jest wysyłane do dyszy w celu wytworzenia strumienia gazu o dużej prędkości, który wytwarza ciąg. Dodatkowo, znaczna siła ciągu może być wytworzona przy pomocy drugiej komory spalania, która jest umieszczona za turbiną, a przed dyszą. Powoduje to wzrost temperatury i w konsekwencji wzrost ciągu o około 40 procent.
W skrócie, turboodrzutowiec jest silnikiem reakcyjnym, w którym rozprężające się gazy napierają na przednią część silnika. Turbodżet zasysa powietrze i albo je spręża, albo ściska. Gazy te odbijają się i wystrzeliwują z tyłu wydechu, popychając samolot do przodu.
Turbośmigłowe silniki odrzutowe. (Źródło obrazu: AviationStackExchange)
Silniki odrzutowe turbośmigłowe
W przypadku silnika odrzutowego turbośmigłowego turbina z tyłu jest obracana przez gorące gazy, a te z kolei obracają wał, który obraca śmigło. Ten typ silnika jest najczęściej spotykany w małych samolotach pasażerskich i transportowych.
Podobny do silnika turboodrzutowego, turbośmigłowy również posiada sprężarkę, komorę spalania i turbinę. Powietrze i gaz są łączone w celu napędzania turbiny, która następnie zasila sprężarkę. W porównaniu z silnikiem turboodrzutowym, silnik turbośmigłowy ma lepszą wydajność napędu przy prędkościach poniżej 500 mil na godzinę.
Nowoczesne silniki turbośmigłowe wyposażone są w śmigło o mniejszej średnicy i większej liczbie łopatek dla efektywnej pracy przy wyższych prędkościach. Aby poradzić sobie z wyższymi prędkościami lotu, łopaty są wykonane w kształcie scimitar-shape z cofniętymi krawędziami wiodącymi na końcach łopat. Taki rodzaj śmigieł nazywany jest śmigłami.
Silniki odrzutowe turbofan. (Źródło obrazu: Wikimedia)
Turbofan Jet Engines
W przeciwieństwie do turboodrzutowca, który zasysa całe powietrze wewnątrz silnika, silnik turbofan posiada duży wentylator z przodu, który zasysa większość strumienia powietrza na zewnątrz silnika. Dzięki temu silnik pracuje ciszej i ma większą siłę ciągu przy niskich prędkościach. Większość samolotów jest napędzana przez ten silnik.
Niewielka część powietrza dostaje się do silnika, a reszta przechodzi przez niskociśnieniowy skraplacz. Powietrze to wychodzi jako zimny strumień, który jest następnie mieszany z gazogeneratorem w celu wytworzenia gorącego strumienia. Celem tego rodzaju systemu obejściowego jest zwiększenie ciągu bez zwiększania zużycia paliwa. Osiąga się to poprzez zwiększenie całkowitego przepływu masy powietrza i zmniejszenie prędkości w ramach tej samej całkowitej dostawy energii.