Tutkin suihkumoottoreita, ja niitä näyttää olevan todella vaikea ymmärtää. Voiko kukaan selittää sen yksinkertaisella tavalla?
Jälkipolttimo hehkuu F-15 Eagle -moottorissa, lähde: Wikimedia.
Kuinka suihkumoottorit toimivat?
Tutkin suihkumoottoreita, ja niitä näyttää olevan todella vaikea ymmärtää. Voiko kukaan selittää sen yksinkertaisella tavalla?
Jälkipolttimo hehkuu F-15 Eagle -moottorissa, lähde: Wikimedia.
Kuinka suihkumoottorit toimivat?
Käyttäjät, jotka saavuttavat tämän kysymyksen: Kuinka suihkumoottori toimii? (selitys muille kuin ilmailuun liittyville ihmisille) ohjataan nyt tänne. Tämä havainnollinen vastaus on alkuperäisen kysymyksen hengessä, helppo lukea muulle kuin ilmailualan henkilölle tinkimättä tarkkuudesta.
Luo reaktio heittämällä jotain
Isaac Newton on tutkinut fyysistä periaatetta työssä, ja se tunnetaan nimellä reaktion periaate (tai suupalaampi Newtonin kolmas liikelaki).
Reaktioliike on vastaus toiseen liikkeeseen. Suuren reaktion luomiseksi meidän on vain luotava suuri toiminta. Monissa tapauksissa, myös suihkumoottori, tämä tapahtuu siirtämällä jotain raskasta suurimmalla mahdollisella nopeudella.
Vaikka reaktio vaikuttaa maagiselta, se on jokapäiväisessä elämässä kokenut jatkuvasti, kiinnittämättä siihen huomiota. Voimme helposti kuvitella tällaisen kokemuksen tuloksen:
Huomautus nopeudesta:
venekokeilu, jos haluamme heittää kallion liikuttamatta venettä, siirrämme vaistomaisesti sitä hyvin hitaasti, kunnes se on veden yläpuolella, sitten annamme sen pudota veteen työntämättä, ja se toimii.
Tiedämme myös, mitä tapahtuu, kun iso ase heittää 500 g: n kuoren äänen nopeudella: Aseen reaktio on valtava, huolimatta ase on painavampi kuin veneemme ja kitkamme maan päällä pitäisi estää sen liikkumista.
Reagointi ilman heittämiseen
Kivien heittäminen ei tietenkään ole käytännöllistä moottorille. Mutta voimme heittää ilmaa, kuten ilmapalloon, jälleen jotain hyvin tuttua:
Tämä periaate ilman poistamisesta reaktion luomiseksi on on tunnettu antiikin ajoista lähtien aeolipiilin kanssa. Se oli varhainen höyrykone. Ilmaa työnnettiin putkien päässä olevien tangentiaalisten aukkojen kautta.
Suihkumoottori toimii samalla tavalla, heittäen ilmaa yli laidan suurina määrinä ja erittäin suurella nopeudella. Venekokeiluun verrattuna olemme korvaaneet:
Kiven ilmassa. Koska ilma on paljon vähemmän tiheää kuin kivi, meidän on keskitettävä paljon ilmaa saamaan samat vaikutukset.
Käsi lihakset polttamalla. Palaminen tuottaa suurnopeuskaasuja kaasun laajenemisen vaikutuksesta kuumassa lämpötilassa. Mitä enemmän polttoainetta, sitä korkeampi kaasujen nopeus on.
Paljon polttoainetta poltettaessa tarvitaan paljon ilmaa, jo tarvitsemme ilmaa suurina määrinä, joten tämä on ei ole ongelma. Ilmaa ei kuitenkaan tule suurina määrinä moottoriin, jossain vaiheessa moottorissa jo oleva ilma estää enemmän ilmaa pääsemästä sisään. Lennon aikana paineilman paine voi lisätä moottorin ilmamäärää, mutta tämä ei riitä.
Ratkaisu on käyttää kompressoria taistelemaan jo moottorissa olevan ilman paineesta ja työntämään , suurissa lentokoneissa noin yksi tonni ilmaa sekunnissa. Se on vain 50 kertaa enemmän kuin kivi, mutta pakokaasunopeus ei todellakaan ole sama: Noin 1000 km / h.
Kuinka keräämme paljon ilmaa ja poistamme sen suurella nopeudella ?
Meillä on kaikki ainesosat, jotta voimme valmistaa suihkumoottorin, joka koostuu kolmesta osasta (yksinkertaistamiseksi katsotaanpa varhaista turbomoottoria, katso tämä kysymys tavalliselle tuulettimelle):
Ilmaa pääsee moottoriin eteenpäin ja pumppu (nimeltään kompressori) puristaa sitä käytettävissä olevan määrän lisäämiseksi.
Paineilma sekoitetaan polttoaineeseen ja sytytetään. Ilmaa tarvitaan polttoaineen palamiseen (happi). Palamisen aikana seos saavuttaa erittäin korkean lämpötilan ja laajenee lämmön vaikutuksesta, aivan kuten vesihöyry laajenee painekattilassa tai aeolipiilissä.
Ennen kuin se poistetaan pieni osa kuumien kaasujen energiasta käytetään turbiinin kääntämiseen (kuten tuuli kääntää tuuliturbiinin). Tämä pyörivä liike siirretään kompressoriin, jonka näimme alussa. Kompressorin käynnistämiseksi alussa käytetään käynnistyslaitetta, kuten autossa.
Kuumia kaasuja poistuu taaksepäin, mikä saa aikaan moottorin reaktion eteenpäin.
Suihkumoottorin komponentit ovat siten:
Kaasuturbiinissa, kompressorissa, polttokammiossa ja turbiinissa on kolme perusosaa. Ilma kompressoidaan kompressorilla, lämmitetään polttokammiossa ja lämmitetty ilma käyttää turbiinia. Turbiini puolestaan käyttää kompressoria.
Tärkeintä on, että polttokammion lämmitys saa ilman laajenemaan. Tämä tarkoittaa sitä, että paineistetusta kammiosta poistuvien kaasujen (ilma plus palamistuotteet) tekemä työ on suurempi kuin työ, jota tarvitaan tulevan ilman (ja polttoaineen) pakottamiseksi polttokammioon.
pakokaasussa käytettävissä olevaa energiaa voidaan käyttää eri tavoin. Yksinkertaisin on turbomoottori, moottorin takaosasta tulevien kuumien kaasujen virta tarjoaa suoraan eteenpäin suuntautuvan työntövoiman.
Vaihtoehtoisesti voimme siepata suuremman osan pakokaasun energiasta turbiinilla ja käyttää sitä ajoa varten tuuletin, josta seuraa turbofan.
Tai voimme suunnitella turbiinimme sieppaamaan suurimman osan pakokaasussa käytettävästä energiasta ja ohjaamaan sen akselille, jota voidaan käyttää kaikenlaisten voimien ohjaamiseen.
suihkumoottori on liian monimutkainen ramjet, jossa on ylimääräisiä turbiineja, jotta se voi toimia pienemmillä nopeuksilla.
Patterisuihku toimii sytyttämällä pakatut saapuvat sekoittamalla se polttoaineeseen ja tuottamalla kipinää.