Uçak Motoru Nasıl Çalışır

5316
Uçak Motorları Nasıl Çalışır

Gaz türbini motoru itki sağlamak için akışkan olarak havanın kullanıldığı bir ısı motorudur. Bunu sağlamak için, motor içerisinden geçen hava hızlandırılır; bu kinetik enerjisinin arttığı anlamına gelir. Bu artışı elde etmek için öncelikle basınç enerjisi arttırılır, takiben hava jet efflux sonucunu oluşturmadan önce yanma odasında yakılarak ısısı yükseltilir. Gaz türbini motorunun çalışma döngüsü, dört zamanlı pistonlu motorun çalışma döngüsüne benzer. Bununla birlikte, gaz türbini motorunda yanma sabit basınçta gerçekleşirken, pistonlu motorda sabit hacimde gerçekleşir.

Bu çevrimler, pistonlu motorda sürekli döngü halindeyken gaz türbini içerisinde aralıklı olarak meydana gelir. Pistonlu motorda yalnızca bir çevrimde enerji üretilirken diğerleri yakıtın emilmesi, sıkıştırılması ve yakılmasını sağlar. Türbin motoru ise tüm çevrimlerde enerji üretir, daha kısa sürede daha fazla yakıt harcanmasına neden olsa da, belirli bir motor boyutu için pistonlu motora kıyasla daha büyük bir güç üretir.

jet motoru

Türbin motorunun sürekli enerji üretimi ve yanma odasının kapalı bir alan olmaması nedeniyle, havanın basıncı yanma esnasında pistonlu motorda olduğu gibi yükselmez ancak hacmi artar. Bu işlem, sabit basınçta ısıtma olarak bilinir. Bu koşullarda, pistonlu motordaki herhangi bir yüksek veya dalgalanan basınç yoktur. Pistonlu motorun, düşük oktanlı yakıt kullanan türbin motorundaki hafif imal edilmiş yanma odalarına kıyasla, dayanıklı yapılar ve yüksek oktanlı yakıtlar kullanmasının sebebi sabit hacimde yanmadan dolayı oluşan yüksek basınçtır. Gaz türbini motorunun çalıştığı çevrim, şekildeki basınç-hacim diagramı ile gösterilir. Bu çevrime Brayton Çevrimi’dir, Amerikalı mühendis George Brayton’un 1872 yılında patentini aldığı zamanda iki zamanlı kerosen yakan pistonlu motorunda kullanılmak üzere ortaya geliştirilmiştir.

Brayton Çevrimi

İmage: web.mit.edu

A noktası, AB çizgisi boyunca sıkıştırılan atmosferik basınçtaki havayı temsil eder. B’den C’ye ısı, sabit basınçta havayakıt karışımının yanmasıyla havanın hacmi arttırılır. Yanma odalardaki basınç kayıpları, B ve C arasındaki düşüş ile gösterilir. C’den D’ye doğru, yanmadan kaynaklanan gazlar türbin ve jet pipe boyunca atmosfere geri döner. Çevrimin bu kısmı sırasında, genişleyen gazlardaki enerjiden bazıları türbin tarafından mekanik güç haline getirilir; bu mekanik güç fan bölümünde havanın emilimi için kullanılır. Geriye kalanı nozuldan atmosfere salınarak itici bir jet itkisi (jet efflux) sağlar. Turbojet motoru bir ısı motorudur, yanma sıcaklığı ne kadar yüksekse gazların genişlemesi de o kadar büyük olur. Bununla birlikte yanma sıcaklığı, türbin grubunun tasarımı ve malzemeleri için uygun bir türbin gazı giriş sıcaklığı veren bir değeri geçmemelidir. Türbin düzeneğinde hava soğutmalı bladelerin kullanılması, daha yüksek bir gaz sıcaklığına ve dolayısıyla daha yüksek bir termal verimlilik sağlar.

Uçak Motoru Nasıl Çalışır

Basınç, Hacim ve Sıcaklık Arasındaki İlişkiler

Türbinli motorun çalışma çevrimi sırasında havayı emer; basıncını, hacmini ve sıcaklığını değiştirir. Bu değişiklikler, Boyle ve Charles kanunlarının bir birleşimiyle şekillendirilen ortak bir ilkeye uymaları nedeniyle yakından ilişkilidir. Kısacası, bu çalışma çevriminde çeşitli aşamalardaki basıncın ve havanın hacminin ile yine bu evrelerdeki havanın mutlak sıcaklığı ile orantılı olduğu anlamına gelir. Bu değişikliklerin meydana geldiği motor çalışma çevriminde üç ana koşul vardır. Sıkıştırılma esnasında, basıncın arttırılması ve havanın hacminin düşürülmesi sağlandığında, sıcaklıkta buna eşit miktarda bir artış vardır. Yanma esnasında yakıt havaya eklendiğinde ve sıcaklığı arttırmak için yakıldığında, basınç neredeyse sabit kalırken, yine buna karşılık gelen eşit hacimde bir artış olur. Yanma odası çıkışında genleşme sırasında türbin düzeneği ile mevcut gaz akışından bir miktar enerji alındığında, hacimde buna karşılık gelen bir sıcaklık ve basınç düşüşü oluşur.

Hava sıcaklığındaki ve basıncındaki değişiklikler, hava akışı diyagramını kullanarak bir motor vasıtasıyla izlenebilir. Hava akışı sürekli olduğu için, hacim değişiklikleri hız değişiklikleri olarak gösterilir.

Çevrim sonucundaki verimlilik, basınç, hacim ve sıcaklık arasındaki istenilen oranlara ne ölçüde ulaşıldığını gösterecektir. Kompresör ne kadar verimli olursa, belli miktar havanın belirli bir sıcaklık artışı sonucu üretilen basınç o kadar yüksek olur. Türbinin yanma odasından çıkan basıncı yüksek sıcak gazları daha verimli kullanmasıyla, gazların motoru çıkışındaki basınç kaybı düşük olduğu miktarda ve üretilen itki ters orantılı olarak o kadar yüksek olur. Hava % 100 verimlilikle sıkıştırılır veya genleştiğinde, işlemin adyabatik 1 olduğu söylenir. Böyle bir değişiklik, sürecin sürtünme, iletim veya türbülans yoluyla enerji kaybı olmadığı anlamına geldiği için pratikte gerçekleştirilmesi kesinlikle mümkün değildir; Yüzde 90’ı kompresör ve türbin için iyi bir adyabatik verimliliktir.

1 Adyabatik, Termodinamikte çalışma akışkanında ısı ve kütle kaybının veya kazancının olmadığı haldeki süreçtir.

Hız ve Basınç Değişiklikleri

Havanın motor içerisinden geçişi sırasında aerodinamik ve enerji gereksinimleri hız ve basıncında değişikli olur. Örneğin: sıkıştırma sırasında havanın basıncında bir artış olur fakat hızında bir artış olmaz. Hava ısıtıldıktan ve iç enerjisi yanma ile artırıldıktan sonra, türbin tahriki için hava hızında bir artış olması gerekir. Aynı zamanda uçakta itme sağlayan havanın momentumundaki değişim olmasından dolayı nozuldan yüksek çıkış hızı yakalamamız gerekir. Bir diğer yandan hava akışının yer yer, lokal yavaşlamasını da sağlamalıyız. Örneğin yanma odasında alevin sönmemesi ve alevin yanma odası dışına taşınmaması için akışkanın hızını düşürmek gerekir.

Bu parametreler, havanın motor üzerinden geçerken geçtiği kanalların boyut ve şekline bağlı olarak değişebilir. Hız (kinetik) enerjiden basınca dönüşüm yapılması gerektiği zaman geçiş kanalları (passage) farklı şekillerdedir. Yanan gazlardaki ısı enerjisini, hıza dönüştürmek istendiği yerde, convergent bir geçiş veya nozul kullanılır.
Geçiş kanallarının ve nozulların tasarımı büyük önem taşımaktadır. Düzgün hava akışının önünde oluşabilecek herhangi bir tıkanıklık/engel; verimin kaybedilmesine, girdapların oluşmasına veya hava akımının türbülansı nedeniyle oluşan titreşimden dolayı komponent arızasına neden olabilir.

1 Yorum

  1. Arkadaşlar bu sitede jet motorundan anlayan varsa iletişime veçmek istiyorum. Benim kendi araşturmalarım sonucu Turbojet-fan-şaft-prop yani 4 çeşit het motorunu daha iyi soğutan ve %20 civarı bilinen jet motorlarına fark atan bir teknik çizim yaptım ve paten için başvurdum.. Bu çizimle ilgili bilgi alışverişinde bulunmak ve paylaşmak isteri..

Düşünceleriniz Nedir?

Lütfen yorumunuzu buraya yazınız.
Lütfen isminizi buraya yazını.