Motoare

Ce este aeronautica? | Dinamica zborului | Avioane | Motoare | Istoria zborului | Ce este UEET?
Vocabular | Distracție și jocuri | Link-uri educaționale | Planuri de lecții | Indexul site-ului | Home

Motori Cum funcționează un motor cu reacție? Ce este împingerea? Părți ale unui motor cu reacție Primul motor cu reacție – Scurt istoric al primelor motoare Tipuri de motoare cu reacție Turbojeturi Turbopropulsoare Turbofane Turboshafts Ramjeturi Motori

Cum funcționează un motor cu reacție?

Motoarele cu reacție deplasează avionul înainte cu o forță mare care este produsă de o împingere uriașă și care face ca avionul să zboare foarte repede.

Toate motoarele cu reacție, care se mai numesc și turbine cu gaz, funcționează după același principiu. Motorul aspiră aerul din față cu ajutorul unui ventilator. Un compresor ridică presiunea aerului. Compresorul este realizat cu mai multe palete atașate la un arbore. Lamele se rotesc la viteză mare și comprimă sau stoarce aerul. Aerul comprimat este apoi pulverizat cu combustibil și o scânteie electrică aprinde amestecul. Gazele care ard se dilată și ies prin duza, în partea din spate a motorului. Pe măsură ce jeturile de gaz se îndreaptă spre spate, motorul și aeronava sunt împinse înainte. În timp ce aerul fierbinte se îndreaptă spre duză, acesta trece printr-un alt grup de palete numit turbină. Turbina este atașată la același arbore ca și compresorul. Rotirea turbinei determină compresorul să se rotească.

Imaginea de mai jos arată cum curge aerul prin motor. Aerul trece prin miezul motorului, precum și în jurul miezului. Acest lucru face ca o parte din aer să fie foarte cald și o parte să fie mai rece. Aerul mai rece se amestecă apoi cu aerul cald în zona de ieșire din motor.

Aceasta este o imagine a modului în care curge aerul printr-un motor

Ce este împingerea?

Împingerea este forța de înaintare care împinge motorul și, prin urmare, avionul înainte. Sir Isaac Newton a descoperit că pentru „orice acțiune există o reacție egală și opusă”. Un motor folosește acest principiu. Motorul preia un volum mare de aer. Aerul este încălzit și comprimat și încetinit. Aerul este forțat să treacă prin multe palete care se învârt. Prin amestecarea acestui aer cu combustibil pentru avioane, temperatura aerului poate ajunge până la trei mii de grade. Puterea aerului este folosită pentru a roti turbina. În cele din urmă, când aerul iese, este împins înapoi în afara motorului. Acest lucru face ca avionul să se deplaseze înainte.

Părți ale unui motor cu reacție

Ventilator – Ventilatorul este prima componentă a unei turbosuflante. Ventilatorul mare care se învârte aspiră cantități mari de aer. Cele mai multe palete ale ventilatorului sunt fabricate din titan. Apoi accelerează acest aer și îl împarte în două părți. O parte continuă prin „miezul” sau centrul motorului, unde este acționat de celelalte componente ale motorului.

A doua parte „ocolește” miezul motorului. Ea trece printr-o conductă care înconjoară miezul spre partea din spate a motorului, unde produce o mare parte din forța care propulsează avionul înainte. Acest aer mai rece ajută la silențiozitatea motorului, precum și la adăugarea de forță de împingere la motor.

Compresor – Compresorul este prima componentă din miezul motorului. Compresorul este alcătuit din ventilatoare cu multe palete și atașate la un arbore. Compresorul stoarce aerul care intră în el în zone din ce în ce mai mici, ceea ce duce la o creștere a presiunii aerului. Acest lucru duce la o creștere a potențialului energetic al aerului. Aerul strivit este forțat să intre în camera de combustie.

Combustie – În camera de combustie, aerul este amestecat cu combustibilul și apoi aprins. Există până la 20 de duze pentru a pulveriza combustibilul în curentul de aer. Amestecul de aer și combustibil ia foc. Astfel se obține un flux de aer cu temperatură ridicată și energie mare. Combustibilul arde cu oxigenul din aerul comprimat, producând gaze fierbinți în expansiune. Interiorul camerei de ardere este adesea realizat din materiale ceramice pentru a oferi o cameră rezistentă la căldură. Căldura poate ajunge la 2700°.

Turbină – Fluxul de aer cu energie ridicată care iese din camera de combustie intră în turbină, determinând paletele turbinei să se rotească. Turbinele sunt legate de un arbore pentru a roti paletele din compresor și pentru a roti ventilatorul de admisie din față. Această rotație preia o parte din energia fluxului de mare energie care este utilizată pentru a acționa ventilatorul și compresorul. Gazele produse în camera de ardere se deplasează prin turbină și îi rotesc paletele. Turbinele avionului cu reacție se rotesc de mii de ori. Ele sunt fixate pe arbori care au între ele mai multe seturi de rulmenți cu bile.

Duză – Duza este conducta de evacuare a motorului. Aceasta este partea motorului care produce de fapt împingerea pentru avion. Fluxul de aer cu energie epuizată care a trecut prin turbină, în plus față de aerul mai rece care a ocolit miezul motorului, produce o forță la ieșirea din duză care acționează pentru a propulsa motorul și, prin urmare, avionul, înainte. Combinația dintre aerul cald și aerul rece este expulzată și produce un gaz de eșapament, ceea ce determină o împingere înainte. Duza poate fi precedată de un malaxor, care combină aerul la temperatură ridicată provenit din miezul motorului cu aerul la temperatură mai scăzută care a fost ocolit în ventilator. Mixerul ajută ca motorul să fie mai silențios.

Primul motor cu reacție – Scurt istoric al primelor motoare

Sir Isaac Newton, în secolul al XVIII-lea, a fost primul care a teoretizat că o explozie canalizată în spate ar putea propulsa o mașină înainte cu o viteză mare. Această teorie s-a bazat pe a treia sa lege a mișcării. Pe măsură ce aerul fierbinte explodează spre înapoi prin duză, avionul se deplasează înainte.

Henri Giffard a construit un dirijabil care a fost propulsat de primul motor de avion, un motor cu aburi cu trei cai putere. Era foarte greu, prea greu pentru a zbura.

În 1874, Felix de Temple, a construit un monoplan care a zburat doar un scurt salt pe un deal cu ajutorul unui motor cu aburi pe cărbune.

Otto Daimler, la sfârșitul anilor 1800 a inventat primul motor pe benzină.

În 1894, americanul Hiram Maxim a încercat să-și propulseze biplanul triplu cu două motoare cu aburi alimentate cu cărbune. Acesta a zburat doar câteva secunde.

Primele motoare cu aburi erau alimentate cu cărbune încălzit și, în general, erau mult prea grele pentru zbor.

Americanul Samuel Langley a realizat un model de avioane care erau alimentate cu motoare cu aburi. În 1896, el a reușit să piloteze cu succes un avion fără pilot cu un motor cu aburi, numit Aerodrome. Acesta a zburat aproximativ 1,5 km înainte de a rămâne fără abur. A încercat apoi să construiască un avion de dimensiuni normale, Aerodrome A, cu un motor pe gaz. În 1903, acesta s-a prăbușit imediat după ce a fost lansat de pe o barcă de casă.

În 1903, frații Wright au zburat, The Flyer, cu un motor pe gaz de 12 cai putere.

Din 1903, anul primului zbor al fraților Wright, până la sfârșitul anilor 1930, motorul alternativ cu combustie internă pe gaz cu o elice a fost singurul mijloc folosit pentru a propulsa aeronavele.

Frank Whittle, un pilot britanic, a fost cel care a proiectat și a patentat primul motor cu turboreactor în 1930. Motorul Whittle a zburat pentru prima dată cu succes în mai 1941. Acest motor avea un compresor cu mai multe trepte și o cameră de combustie, o turbină cu o singură treaptă și o duză.

În același timp în care Whittle lucra în Anglia, Hans von Ohain lucra la un proiect similar în Germania. Primul avion care a folosit cu succes un motor cu turbină cu gaz a fost avionul german Heinkel He 178, în august 1939. Acesta a fost primul zbor cu turboreactor din lume.

General Electric a construit primul motor cu reacție american pentru avionul cu reacție al US Army Air Force . Acesta a fost avionul experimental XP-59A care a zburat pentru prima dată în octombrie 1942.

Tipuri de motoare cu reacție

Turbojeturi

Ideea de bază a motorului turboreactor este simplă. Aerul aspirat printr-o deschidere în partea din față a motorului este comprimat la o presiune de 3 până la 12 ori mai mare decât cea inițială în compresor. Combustibilul este adăugat la aer și ars într-o cameră de combustie pentru a ridica temperatura amestecului fluid la aproximativ 1.100° F până la 1.300° F. Aerul fierbinte rezultat este trecut printr-o turbină, care acționează compresorul. Dacă turbina și compresorul sunt eficiente, presiunea la refularea turbinei va fi de aproape două ori mai mare decât presiunea atmosferică, iar acest exces de presiune este trimis la duză pentru a produce un curent de gaz de mare viteză care produce o împingere. Se pot obține creșteri substanțiale ale împingerii prin utilizarea unei postcombustii. Aceasta este o a doua cameră de ardere poziționată după turbină și înainte de duză. Postcombustia crește temperatura gazului în fața duzei. Rezultatul acestei creșteri a temperaturii este o creștere de aproximativ 40 % a împingerii la decolare și un procent mult mai mare la viteze mari, odată ce avionul este în aer.

Motorul turboreactor este un motor cu reacție. Într-un motor de reacție, gazele în expansiune împing puternic împotriva părții frontale a motorului. Turboreactorul aspiră aerul și îl comprimă sau îl stoarce. Gazele trec prin turbină și o fac să se învârtă. Aceste gaze ricoșează și ies prin partea din spate a eșapamentului, împingând avionul înainte.

Turbopropulsoare

Un turbopropulsor este un motor cu reacție atașat la o elice. Turbina din spate este rotită de gazele fierbinți, iar aceasta învârte un arbore care antrenează elicea. Unele avioane mici de linie și de transport sunt propulsate de turbopropulsoare.

Ca și turboreactorul, motorul turbopropulsor este format dintr-un compresor, o cameră de combustie și o turbină, presiunea aerului și a gazelor este folosită pentru a pune în funcțiune turbina, care apoi creează energie pentru a acționa compresorul. În comparație cu un turboreactor, turbopropulsoarele au o eficiență de propulsie mai bună la viteze de zbor mai mici de aproximativ 500 mile pe oră. Motoarele turbopropulsoare moderne sunt echipate cu elice care au un diametru mai mic, dar un număr mai mare de palete pentru o funcționare eficientă la viteze de zbor mult mai mari. Pentru a se adapta la viteze de zbor mai mari, paletele sunt în formă de cimitire, cu margini de atac retrase la vârfurile palelor. Motoarele care dispun de astfel de elice se numesc elice de elice.

Imaginea unui motor cu turbopropulsor

Turbofane

Un motor cu turbosuflante are un ventilator mare în partea din față, care aspiră aerul. Cea mai mare parte a aerului circulă în jurul exteriorului motorului, făcându-l mai silențios și oferind mai multă împingere la viteze mici. Cele mai multe dintre avioanele de linie de astăzi sunt propulsate de turbosuflante. La un turboreactor, tot aerul care intră în admisie trece prin generatorul de gaz, care este compus din compresor, camera de ardere și turbină. Într-un turboreactor, doar o parte din aerul care intră ajunge în camera de combustie. Restul trece printr-un ventilator sau un compresor de joasă presiune și este ejectat direct sub formă de jet „rece” sau amestecat cu gazele de evacuare ale generatorului de gaz pentru a produce un jet „cald”. Obiectivul acestui tip de sistem de by-pass este de a crește împingerea fără a crește consumul de combustibil. El realizează acest lucru prin creșterea debitului total al masei de aer și reducerea vitezei în cadrul aceleiași surse totale de energie.

Imagine motor turbofan

Turboshafts

Este o altă formă de motor cu turbină cu gaz care funcționează foarte asemănător cu un sistem turbopropulsor. Acesta nu acționează o elice. În schimb, furnizează energie pentru un rotor de elicopter. Turbomotoarele cu arbore turbină sunt proiectate astfel încât viteza rotorului elicopterului să fie independentă de viteza de rotație a generatorului de gaz. Acest lucru permite ca turația rotorului să fie menținută constantă chiar și atunci când turația generatorului este variată pentru a modula cantitatea de putere produsă.

Imaginea motorului turboreactor

Ramjeturi

Ramjetul este cel mai simplu motor cu reacție și nu are părți mobile. Viteza jetului „lovește” sau forțează aerul în motor. Este, în esență, un turboreactor în care au fost omise mașinile rotative. Aplicarea sa este limitată de faptul că raportul de compresie depinde în întregime de viteza de înaintare. Reactorul cu reacție nu dezvoltă nicio forță de împingere statică și, în general, foarte puțină forță de împingere sub viteza sunetului. În consecință, un vehicul cu reacție necesită o formă de decolare asistată, cum ar fi o altă aeronavă. Acesta a fost utilizat în principal în sistemele de rachete ghidate. Vehiculele spațiale folosesc acest tip de reactor.

Imaginea unui motor cu reacție cu reacție

.