Motorer

Vad är flygteknik? | Flygets dynamik | Flygplan | Motorer | Flygets historia | Vad är UEET?
Vocabulary | Fun and Games | Educational Links | Lesson lans | Site Index | Home

Engines Vad är dragkraft? Delar i en jetmotor Den första jetmotorn – en kort historia om tidiga motorer Turbojetmotorer Turbopropmotorer Turbofläktar Turboaxlar Ramjetmotorer Engines

Hur fungerar en jetmotor?

Jetmotorer förflyttar planet framåt med en stor kraft som produceras av en enorm dragkraft och som gör att planet flyger mycket snabbt.

Alla jetmotorer, som också kallas gasturbiner, fungerar enligt samma princip. Motorn suger in luft framifrån med en fläkt. En kompressor höjer luftens tryck. Kompressorn är tillverkad med många blad som är fästade på en axel. Bladen snurrar med hög hastighet och komprimerar eller pressar luften. Den komprimerade luften sprutas sedan med bränsle och en elektrisk gnista tänder blandningen. De brinnande gaserna expanderar och blåser ut genom munstycket på baksidan av motorn. När gasstrålarna skjuter bakåt drivs motorn och flygplanet framåt. När den heta luften går till munstycket passerar den genom en annan grupp blad som kallas turbin. Turbinen är fäst vid samma axel som kompressorn. Om turbinen snurrar får det kompressorn att snurra.

Bilden nedan visar hur luften strömmar genom motorn. Luften går genom motorns kärna samt runt kärnan. Detta gör att en del av luften blir mycket varm och en del kallare. Den kallare luften blandas sedan med den varma luften vid motorns utgångsområde.

Detta är en bild på hur luften strömmar genom en motor

Vad är dragkraft?

Dragkraft är den framåtriktade kraft som driver motorn och därmed flygplanet framåt. Sir Isaac Newton upptäckte att för ”varje handling finns det en lika stor och motsatt reaktion”. En motor använder sig av denna princip. Motorn suger in en stor mängd luft. Luften värms upp och komprimeras och bromsas upp. Luften tvingas genom många snurrande blad. Genom att blanda denna luft med jetbränsle kan luftens temperatur bli så hög som tre tusen grader. Luftens kraft används för att få turbinen att snurra. När luften slutligen går ut trycks den bakåt ut ur motorn. Detta får planet att röra sig framåt.

Delar i en jetmotor

Fläkt – Fläkten är den första komponenten i en turbofläkt. Den stora snurrande fläkten suger in stora mängder luft. De flesta av fläktens blad är tillverkade av titan. Den sätter sedan fart på denna luft och delar den i två delar. Den ena delen fortsätter genom motorns ”kärna” eller centrum, där den påverkas av de andra motorkomponenterna.

Den andra delen ”går förbi” motorns kärna. Den går genom en kanal som omger kärnan till baksidan av motorn där den producerar en stor del av den kraft som driver flygplanet framåt. Den kallare luften bidrar till att göra motorn tystare samtidigt som den ökar motorns dragkraft.

Kompressor – Kompressorn är den första komponenten i motorkärnan. Kompressorn består av fläktar med många blad som är fästade på en axel. Kompressorn pressar luften som kommer in i den till successivt mindre områden, vilket resulterar i en ökning av lufttrycket. Detta resulterar i en ökning av luftens energipotential. Den pressade luften tvingas in i förbränningskammaren.

Förbränningskammare – I förbränningskammaren blandas luften med bränsle och antänds sedan. Det finns så många som 20 munstycken som sprutar in bränsle i luftströmmen. Blandningen av luft och bränsle fattar eld. Detta ger ett luftflöde med hög temperatur och hög energi. Bränslet brinner med syret i den komprimerade luften och producerar heta expanderande gaser. Brännarens insida är ofta tillverkad av keramiska material för att ge en värmebeständig kammare. Värmen kan nå 2700°.

Turbin – Det högenergetiska luftflödet som kommer ut ur förbrännaren går in i turbinen och får turbinbladen att rotera. Turbinerna är sammankopplade med en axel för att vrida blad i kompressorn och för att snurra insugningsfläkten i fronten. Denna rotation tar en del energi från det energirika flödet som används för att driva fläkten och kompressorn. De gaser som produceras i förbränningskammaren rör sig genom turbinen och snurrar dess blad. Jetens turbiner snurrar runt tusentals gånger. De är fastsatta på axlar som har flera uppsättningar kullager mellan sig.

Munstycke – Munstycket är motorns avgaskanal. Detta är den motordel som faktiskt producerar dragkraften för planet. Det energiförbrukade luftflödet som passerat turbinen, tillsammans med den kallare luft som passerat motorkärnan, ger upphov till en kraft när det kommer ut ur munstycket som verkar för att driva motorn, och därmed flygplanet, framåt. Kombinationen av den varma luften och den kalla luften stöts ut och ger upphov till ett avgasutsläpp, vilket ger upphov till en framåtriktad dragkraft. Munstycket kan föregås av en blandare, som kombinerar den luft med hög temperatur som kommer från motorkärnan med den luft med lägre temperatur som förbigicks i fläkten. Blandaren bidrar till att göra motorn tystare.

Den första jetmotorn – en kort historia om tidiga motorer

Sir Isaac Newton var på 1700-talet den förste som teoretiserade om att en explosion som kanaliseras bakåt kan driva en maskin framåt med stor hastighet. Denna teori byggde på hans tredje rörelselag. När den heta luften blåser bakåt genom munstycket rör sig planet framåt.

Henri Giffard byggde ett luftskepp som drevs av den första flygplansmotorn, en ångmaskin med tre hästar. Det var mycket tungt, för tungt för att flyga.

1874 byggde Felix de Temple ett monoplan som bara flög ett kort hopp nedför en kulle med hjälp av en koleldad ångmaskin.

Otto Daimler uppfann i slutet av 1800-talet den första bensinmotorn.

År 1894 försökte amerikanen Hiram Maxim driva sitt tredubbla biplan med hjälp av två koleldade ångmaskiner. Den flög endast i några sekunder.

De tidiga ångmaskinerna drevs av upphettat kol och var i allmänhet alldeles för tunga för flygning.

Amerikanen Samuel Langley tillverkade en modellflygplan som drevs av ångmaskiner. År 1896 lyckades han flyga ett obemannat flygplan med en ångdriven motor, kallat Aerodrome. Det flög ungefär 1 mil innan ångan tog slut. Därefter försökte han bygga ett flygplan i full storlek, Aerodrome A, med en gasdriven motor. År 1903 kraschade det omedelbart efter att ha sjösatts från en husbåt.

År 1903 flög bröderna Wright, The Flyer, med en gasdriven motor på 12 hästkrafter.

Från 1903, året för bröderna Wrights första flygning, och fram till slutet av 1930-talet var den gasdrivna, fram- och återgående förbränningsmotorn med en propeller det enda medel som användes för att driva flygplan.

Det var Frank Whittle, en brittisk pilot, som konstruerade och patenterade den första turbojetmotorn 1930. Whittle-motorn flög för första gången framgångsrikt i maj 1941. Motorn hade en flerstegskompressor och en förbränningskammare, en enstegsturbin och ett munstycke.

Samtidigt som Whittle arbetade i England arbetade Hans von Ohain med en liknande konstruktion i Tyskland. Det första flygplan som framgångsrikt använde en gasturbinmotor var det tyska Heinkel He 178 i augusti 1939. Det var världens första turbojetdrivna flygning.

General Electric byggde den första amerikanska jetmotorn för det amerikanska flygvapnets jetplan . Det var försöksflygplanet XP-59A som flög första gången i oktober 1942.

Typer av jetmotorer

Turbojetmotorer

Grundtanken med en turbojetmotor är enkel. Luft som tas in från en öppning i motorns främre del komprimeras till 3 till 12 gånger sitt ursprungliga tryck i kompressorn. Bränsle tillsätts till luften och förbränns i en förbränningskammare för att höja vätskeblandningens temperatur till cirka 1 100-1 300° F. Den heta luft som bildas leds genom en turbin som driver kompressorn. Om turbinen och kompressorn är effektiva kommer trycket vid turbinens utlopp att vara nästan dubbelt så högt som det atmosfäriska trycket, och detta övertryck skickas till munstycket för att skapa en gasström med hög hastighet som ger dragkraft. En avsevärd ökning av dragkraften kan uppnås genom att använda en efterbrännare. Det är en andra förbränningskammare som är placerad efter turbinen och före munstycket. Efterbrännaren höjer temperaturen på gasen framför munstycket. Resultatet av denna temperaturökning är en ökning av dragkraften med cirka 40 procent vid start och en mycket större procentuell ökning vid höga hastigheter när planet väl är i luften.

Turbojetmotorn är en reaktionsmotor. I en reaktionsmotor trycker expanderande gaser hårt mot motorns framsida. Turbojetmotorn suger in luft och komprimerar eller pressar den. Gaserna strömmar genom turbinen och får den att snurra. Gaserna studsar tillbaka och skjuter ut bakifrån i avgasröret, vilket driver planet framåt.

Turbopropmotorer

En turbopropmotor är en jetmotor som är fäst vid en propeller. Turbinen på baksidan vrids av de heta gaserna, och detta vrider en axel som driver propellern. Vissa små passagerar- och transportflygplan drivs av turbopropmotorer.

Liksom turbojetmotorn består turbopropmotorn av en kompressor, en förbränningskammare och en turbin, luft- och gastrycket används för att driva turbinen, som sedan skapar kraft för att driva kompressorn. Jämfört med en turbojetmotor har turbopropmotorn bättre framdrivningseffektivitet vid flyghastigheter under cirka 500 miles per timme. Moderna turbopropmotorer är utrustade med propellrar som har en mindre diameter men ett större antal blad för effektiv drift vid mycket högre flyghastigheter. För att klara de högre flyghastigheterna är bladen krumsärmsformade med bakåtböjda framkanter vid bladspetsarna. Motorer med sådana propellrar kallas propfans.

Bild på turbopropmotor

Turbofläktar

En turbofläktmotor har en stor fläkt framtill som suger in luft. Det mesta av luften strömmar runt motorns utsida, vilket gör den tystare och ger mer dragkraft vid låga hastigheter. De flesta av dagens passagerarflygplan drivs av turbofläktar. I ett turbojetflygplan passerar all luft som kommer in i intaget genom gasgeneratorn, som består av kompressor, förbränningskammare och turbin. I en turbofläktmotor går endast en del av den inkommande luften in i förbränningskammaren. Resten passerar genom en fläkt, eller en lågtryckskompressor, och kastas ut direkt som en ”kall” stråle eller blandas med gasgeneratorns avgaser för att producera en ”varm” stråle. Syftet med denna typ av bypass-system är att öka dragkraften utan att öka bränsleförbrukningen. Det uppnår detta genom att öka det totala luftmassaflödet och minska hastigheten inom samma totala energiförsörjning.

Bild på turbofläktmotor

Turboaxlar

Det här är en annan form av gasturbinmotor som fungerar ungefär som ett turbopropsystem. Den driver inte en propeller. I stället ger den kraft till en helikopterrotor. Turboväxelmotorn är konstruerad så att helikopterrotorns hastighet är oberoende av gasgeneratorns rotationshastighet. Detta gör det möjligt att hålla rotorns hastighet konstant även när generatorns hastighet varieras för att modulera den producerade effektmängden.

Bild på turboaxelmotor

Ramjetmotorer

Ramjetmotorn är den enklaste jetmotorn och har inga rörliga delar. Jetstrålens hastighet ”rammar” eller tvingar in luft i motorn. Det är i huvudsak en turbojet där roterande maskineri har utelämnats. Dess tillämpning begränsas av det faktum att kompressionsförhållandet helt och hållet beror på framåtgående hastighet. Ramjetmotorn utvecklar ingen statisk dragkraft och mycket lite dragkraft i allmänhet under ljudets hastighet. Följaktligen kräver ett ramjetfordon någon form av starthjälp, t.ex. ett annat flygplan. Den har främst använts i styrda missilsystem. Rymdfarkoster använder denna typ av jetmotor.

Bild på ramjetmotor

.