Motorer

Hvad er aeronautik? | Flyvningens dynamik | Flyvemaskiner | Motorer | Flyvningens historie | Hvad er UEET?
Vocabulary | Fun and Games | Educational Links | Lesson lans | Site Index | Home

Motorer Hvad er Thrust? Dele af en jetmotor Den første jetmotor – en kort historie om tidlige motorer Turbojets Turbopropmotorer Turbofans Turbosakse Ramjetmotorer Motorer

Hvordan fungerer en jetmotor?

Jetmotorer flytter flyet fremad med en stor kraft, der frembringes af et enormt tryk, og som får flyet til at flyve meget hurtigt.

Alle jetmotorer, som også kaldes gasturbiner, fungerer efter det samme princip. Motoren suger luft ind foran med en blæser. En kompressor hæver lufttrykket med en kompressor. Kompressoren er lavet med mange vinger, der er fastgjort til en aksel. Bladene drejer rundt med høj hastighed og komprimerer eller presser luften. Den komprimerede luft sprøjtes derefter med brændstof, og en elektrisk gnist tænder blandingen. De brændende gasser udvider sig og sprøjter ud gennem dysen på bagsiden af motoren. Når gasstrålerne skyder bagud, bliver motoren og flyet skubbet fremad. Mens den varme luft er på vej mod dysen, passerer den gennem en anden gruppe af blade, der kaldes turbinen. Turbinen er fastgjort til den samme aksel som kompressoren. Når turbinen drejer rundt, får det kompressoren til at dreje rundt.

Billedet nedenfor viser, hvordan luften strømmer gennem motoren. Luften går både gennem motorens kerne og rundt om kernen. Dette bevirker, at noget af luften er meget varmt, og noget er køligere. Den køligere luft blandes derefter med den varme luft ved motorens udgangsområde.

Dette er et billede af, hvordan luften strømmer gennem en motor

Hvad er Thrust?

Thrust er den fremadrettede kraft, der skubber motoren og dermed flyet fremad. Sir Isaac Newton opdagede, at “for enhver handling er der en lige stor og modsatrettet reaktion”. En motor anvender dette princip. Motoren suger en stor mængde luft ind. Luften opvarmes og komprimeres og bremses. Luften tvinges gennem mange snurrende blade. Ved at blande denne luft med jetbrændstof kan luftens temperatur blive helt op til 3.000 grader. Luftens kraft bruges til at dreje turbinen. Til sidst, når luften forlader den, skubbes den baglæns ud af motoren. Dette får flyet til at bevæge sig fremad.

Dele af en jetmotor

Blæser – Blæseren er den første komponent i en turbofan. Den store snurrende blæser suger store mængder luft ind. De fleste af blæserens vinger er lavet af titanium. Den sætter derefter denne luft i fart og deler den op i to dele. Den ene del fortsætter gennem motorens “kerne” eller centrum, hvor den påvirkes af de andre motorkomponenter.

Den anden del “går udenom” motorens kerne. Den går gennem en kanal, der omgiver kernen, til bagsiden af motoren, hvor den producerer en stor del af den kraft, der driver flyet fremad. Denne køligere luft er med til at gøre motoren mere rolig og tilfører den samtidig mere fremdrift.

Kompressor – Kompressoren er den første komponent i motorkernen. Kompressoren består af ventilatorer med mange vinger og er fastgjort til en aksel. Kompressoren presser den luft, der kommer ind i den, sammen i stadig mindre områder, hvilket resulterer i en stigning i lufttrykket. Dette resulterer i en stigning i luftens energipotentiale. Den sammenpressede luft presses ind i forbrændingskammeret.

Forbrændingskammer – I forbrændingskammeret blandes luften med brændstof og antændes derefter. Der er op til 20 dyser til at sprøjte brændstof ind i luftstrømmen. Blandingen af luft og brændstof fanger ild. Dette giver en luftstrøm med høj temperatur og høj energi. Brændstoffet brænder sammen med ilten i den komprimerede luft, hvorved der dannes varme ekspanderende gasser. Brændkammerets inderside er ofte fremstillet af keramiske materialer for at give et varmebestandigt kammer. Varmen kan nå op på 2700°.

Turbine – Den højenergiske luftstrøm, der kommer ud af forbrændingsanlægget, går ind i turbinen, hvilket får turbineskærene til at rotere. Turbinerne er forbundet med en aksel til at dreje bladene i kompressoren og til at dreje indsugningsblæseren foran. Denne rotation tager noget energi fra den energirige strøm, som bruges til at drive ventilatoren og kompressoren. De gasser, der produceres i forbrændingskammeret, bevæger sig gennem turbinen og drejer dens vinger. Turbinerne i jetflyet drejer rundt tusindvis af gange. De er fastgjort på aksler, som har flere sæt kuglelejer imellem sig.

Dyse – Dysen er motorens udstødningskanal. Det er den del af motoren, som rent faktisk producerer flyets fremdrift. Den energiforladte luftstrøm, der passerede turbinen, producerer sammen med den koldere luft, der passerede forbi motorkernen, en kraft, når den kommer ud af dysen, som virker til at drive motoren og dermed flyet fremad. Kombinationen af den varme luft og den kolde luft udstødes og danner en udstødning, som forårsager en fremadrettet fremdrift. Forud for dysen kan der være en blander, som kombinerer den luft med høj temperatur, der kommer fra motorkernen, med den luft med lavere temperatur, som blev omgået i blæseren. Blanderen er med til at gøre motoren mere støjsvag.

Den første jetmotor – en kort historie om tidlige motorer

Sir Isaac Newton var i det 18. århundrede den første til at teoretisere, at en bagudrettet eksplosion kunne drive en maskine fremad med en stor hastighed. Denne teori var baseret på hans tredje bevægelseslov. Når den varme luft blæses bagud gennem dysen, bevæger flyet sig fremad.

Henri Giffard byggede et luftskib, som blev drevet af den første flymotor, en trehestet kraftdampmaskine. Det var meget tungt, for tungt til at flyve.

I 1874 byggede Felix de Temple en monoplan, der kun fløj et kort hop ned ad en bakke ved hjælp af en kulfyret dampmaskine.

Otto Daimler opfandt i slutningen af 1800-tallet den første benzinmotor.

I 1894 forsøgte amerikaneren Hiram Maxim at drive sin tredobbelte biplan med to kulfyrede dampmaskiner. Den fløj kun i få sekunder.

De tidlige dampmotorer blev drevet af opvarmet kul og var generelt alt for tunge til at flyve.

Amerikaneren Samuel Langley lavede en modelflyvemaskine, der blev drevet af dampmotorer. I 1896 lykkedes det ham at flyve et ubemandet fly med en dampdrevet motor, kaldet Aerodrome. Det fløj ca. 1 mil, før det løb tør for damp. Derefter forsøgte han at bygge et fly i fuld størrelse, Aerodrome A, med en gasdrevet motor. I 1903 styrtede det ned umiddelbart efter at være blevet søsat fra en husbåd.

I 1903 fløj brødrene Wright, The Flyer, med en gasdrevet motor på 12 hestekræfter.

Fra 1903, året for brødrene Wrights første flyvning, til slutningen af 1930’erne var den gasdrevne frem- og tilbagegående forbrændingsmotor med en propel det eneste middel, der blev brugt til at drive luftfartøjer frem.

Det var Frank Whittle, en britisk pilot, der konstruerede og patenterede den første turbojetmotor i 1930. Whittle-motoren fløj første gang med succes i maj 1941. Denne motor var udstyret med en flertrins kompressor og et forbrændingskammer, en enkelttrins turbine og en dyse.

Samtidig med at Whittle arbejdede i England, arbejdede Hans von Ohain på et lignende design i Tyskland. Det første fly, hvor det lykkedes at anvende en gasturbine-motor, var det tyske Heinkel He 178 i august 1939. Det var verdens første turbojetdrevne flyvning.

General Electric byggede den første amerikanske jetmotor til US Army Air Force jetfly . Det var forsøgsflyet XP-59A, der fløj første gang i oktober 1942.

Typer af jetmotorer

Turbojets

Den grundlæggende idé med turbojetmotoren er enkel. Luft, der tages ind fra en åbning foran i motoren, komprimeres til 3 til 12 gange sit oprindelige tryk i kompressoren. Brændstof tilsættes til luften og forbrændes i et forbrændingskammer for at hæve væskeblandingens temperatur til ca. 1.100°F til 1.300°F. Den resulterende varme luft ledes gennem en turbine, som driver kompressoren. Hvis turbinen og kompressoren er effektive, vil trykket ved turbinens udløb være næsten dobbelt så højt som det atmosfæriske tryk, og dette overtryk sendes til dysen for at frembringe en gasstrøm med høj hastighed, som giver fremdrift. Der kan opnås en betydelig forøgelse af fremdriften ved at anvende en efterbrænder. Det er et andet forbrændingskammer, der er placeret efter turbinen og før dysen. Efterbrænderen øger temperaturen i gassen foran dysen. Resultatet af denne temperaturstigning er en stigning på ca. 40 % i fremdriften ved start og en langt større procentdel ved høje hastigheder, når først flyet er i luften.

Turbojetmotoren er en reaktionsmotor. I en reaktionsmotor presser de ekspanderende gasser hårdt mod motorens forside. Turbojetmotoren suger luft ind og komprimerer eller presser den sammen. Gasserne strømmer gennem turbinen og får den til at dreje rundt. Disse gasser preller tilbage og skyder ud af udstødningens bagende og skubber flyet fremad.

Turbopropmotorer

En turbopropmotor er en jetmotor, der er fastgjort til en propel. Turbinen på bagsiden bliver drejet af de varme gasser, og dette drejer en aksel, der driver propellen. Nogle små passagerfly og transportfly drives af turbopropmotorer.

Ligesom turbojetmotoren består turbopropmotoren af en kompressor, et forbrændingskammer og en turbine, hvor luft- og gastrykket bruges til at drive turbinen, som så skaber strøm til at drive kompressoren. Sammenlignet med en turbojetmotor har turbopropmotoren en bedre fremdriftseffektivitet ved flyvehastigheder under ca. 500 miles i timen. Moderne turbopropmotorer er udstyret med propeller, der har en mindre diameter, men et større antal blade for at sikre effektiv drift ved meget højere flyvehastigheder. For at kunne klare de højere flyvehastigheder er bladene krumsabelformede og har en tilbagevendende forkant ved bladspidserne. Motorer med sådanne propeller kaldes propfans.

Billede af turbopropmotor

Turbofans

En turbofanmotor har en stor blæser foran, som suger luft ind. Det meste af luften strømmer rundt om ydersiden af motoren, hvilket gør den mere støjsvag og giver mere fremdrift ved lave hastigheder. De fleste af nutidens passagerfly er drevet af turbofans. I et turbojetfly passerer al den luft, der kommer ind i indsugningen, gennem gasgeneratoren, som består af kompressor, forbrændingskammer og turbine. I en turbofanmotor går kun en del af den indkommende luft ind i forbrændingskammeret. Resten passerer gennem en blæser eller en lavtrykskompressor og udstødes direkte som en “kold” stråle eller blandes med gasgeneratorens udstødning for at frembringe en “varm” stråle. Formålet med denne form for bypass-system er at øge fremdriften uden at øge brændstofforbruget. Det opnår det ved at øge den samlede luftmassestrøm og reducere hastigheden inden for den samme samlede energiforsyning.

Billede af turbofanmotor

Turbosakse

Dette er en anden form for gasturbinemotor, der fungerer meget lig et turboprop-system. Den driver ikke en propel. I stedet leverer den strøm til en helikopterrotor. Turboshaftmotoren er konstrueret således, at helikopterrotoren har en hastighed, der er uafhængig af gasgeneratorens rotationshastighed. Dette gør det muligt at holde rotorens hastighed konstant, selv når generatorens hastighed varieres for at modulere den producerede effekt.

Billede af turboakselmotor

Ramjetmotorer

Ramjetmotoren er den mest enkle jetmotor og har ingen bevægelige dele. Jetens hastighed “rammer” eller tvinger luft ind i motoren. Det er i det væsentlige et turbojetfly, hvor roterende maskineri er udeladt. Dens anvendelse er begrænset af det faktum, at dens kompressionsforhold er helt afhængig af fremadgående hastighed. Ramjetmotoren udvikler ingen statisk fremdrift og generelt meget lidt fremdrift under lydhastigheden. Som følge heraf kræver et ramjetfartøj en eller anden form for starthjælp, f.eks. et andet fly. Det er primært blevet anvendt i systemer med styrede missiler. Rumfartøjer anvender denne type jet.

Billede af ramjetmotor