Bir jet motoru nasıl çalışır?

Jet motorlarının tarihçesi

İkarus’un kuş tüylerinden kanat yapıp uçtuğu İkarus efsanesinden bu yana insanlar, makinelerle yeniden üretmek için bazı türlerin gökyüzüne nasıl çıktığını anlamaya çalışıyor. Leonardo da Vinci ilk kavramları ^16. yüzyılda geliştirdi. Ancak o zamanlar bilinen tek hareket ettirici güç insan kaslarıydı. Daha sonra uçakların nasıl uçtuğunu anlamamızı sağlayacak temel ilkeler, Newton ve Bernoulli gibi bilim adamlarıyla birlikte 17. ve ¹⁸. yüzyıllara kadar ortaya çıkmayacaktı. ¹⁹. yüzyılda sanayi devrimi bir dizi teknik ilerlemeye yol açtı. Fransız Clément Ader, ilham kaynağı olarak bir yarasa kullanarak buhar motoruyla bir uçağı yerden kaldıran ilk kişi oldu. On yıl sonra, 1903’te Wright kardeşler tarihteki ilk kontrollü, motorlu uçuşları gerçekleştirdiler.

Bir jet motoru nasıl çalışır?

İlk jet motoru ya da turbojet 1939 yılında Almanlar tarafından tasarlanmış olsa da birkaç yüzyıllık bir araştırmanın sonucudur. Bugün kullanılan motorların çalışması bu videoda basitleştirilmiştir:

Prensipbasittir: hava bir üfleyici tarafından emilir, ardından sürekli olarak sıkıştırılır; daha sonra bir yanma odasına geçer ve burada parafin ile reaksiyona girerek tutuşur. Ortaya çıkan reaksiyon gazları genişletir, gazlar daha sonra bir nozuldan geriye doğru üflenerek uçağı ileri doğru iter. Gazlar, şekli daralan bir jet motorundan geçerken motoru çok yüksek bir hızla terk eder ve jet motorundan çıkarken gazlar, yanma odasından hemen sonra kompresörle aynı eksende bulunan bir türbini döndürür. Türbinin hareketi kompresörün hareketine neden olarak reaksiyonun sürekli olarak gerçekleşmesini sağlar. Havayolları, uçak emisyonlarını azaltmak için sürekli olarak yanma odalarının performansını artırmaya çalışmaktadır.

Newton’un hareket yasaları

^17. yüzyılda Newton hareketi açıklamak için üç temel yasa ortaya koymuştur. Bunlardan ilki eylemsizlik ilkesi, ikincisi ise dinamik ilkesidir. Tepkiyle tahrik, her eylem için eşit ve zıt bir tepki olduğunu belirten bu etki-tepki ilkesine dayanır. Böylece, geriye doğru püskürtülen hava uçağa eşit ve zıt bir kuvvet uygulayarak onu ileriye doğru itecektir. Bu kuvvete itme kuvveti denir. Newton yasası uçakların nasıl uçtuğunu da açıklar: kanat havaya bir kuvvet uygularsa (ağırlığı, aşağı doğru), hava da kanada kaldırma (yukarı doğru) adı verilen zıt bir kuvvet uygular. Bu kuvvetlerin dengelenmesi uçağın havada kalmasını sağlar.

İlk jet motoru

1731 yılında İngiliz John Barber, turbojet motorun öncüsü olan içten yanmalı gaz türbini için patent kaydetmeye başladı. Barber’ın motoru bir kompresör, bir yanma odası ve bir türbinden oluşuyordu ve hepsi de yanıcı bir madde ile besleniyordu. Gaz türbininin geliştirilmesi daha sonra buhar türbininin başarısı nedeniyle gecikti. Nihayet, 1930’larda Romanyalı Henri Coandă ve Fransız Maxime Guillaume’un çalışmalarının ardından, turbojet itiş gücüyle hava taşımacılığında devrim yaratan kişi bir İngiliz olan Sir Frank Whittle oldu. Whittle, havayı sıkıştırmak için bir pistonlu motor kullanmak yerine, kompresörü çalıştırmak için egzoz gazlarının sağladığı gücü kullanan bir aşağı akış türbinini tercih etti. İlk turbojet motorları İngiltere ve Almanya’da eşzamanlı olarak geliştirildi. Alman Hans Von Ohain, 1939 yılında Heinkel şirketi için ilk jet motorunu geliştirdi. İlk jet uçağı, savaş için kullanılan Heinkel He-178 idi. Ancak ilk uçuş, bir kuşun motorun içine çekilmesiyle iptal edildi. İkinci Dünya Savaşı sırasındaki silahlanma yarışı modern havacılığın doğuşunu hızlandırdı. Savaşın sonunda Amerika Birleşik Devletleri ve Sovyetler Birliği, ardından da Alman işgali nedeniyle geride kalan Fransa yetişti. Jet motoru kullanan ilk sivil uçak 1950’lerde ortaya çıktı

Farklı jet motoru türleri

Genel olarak turbojet motorlar yakıtın içerdiği kimyasal enerjiyi kinetik enerjiye dönüştürür. Turbojet motorların geliştirilmesi hem askeri hem de sivil alanda en başından beri büyük bir zorluk olmuştur. Günümüz jet motorları geçmişe kıyasla çok daha karmaşıktır. Örneğin, uçağı frenlemeye yarayan itme tersinirleri ile donatılmışlardır. Jet motorlarının birkaç alt kategorisi vardır:

• Santrifüj kompresörlü jet motorları
• Eksenel kompresörlü jet motorları
• Bypass jet motorları
• Ramjet motorları
• Turboprop motorlar
• Serbest türbin motorları

Yukarıda açıklanan motorlar santrifüj kompresörlü turbojet motorlardır. Üretimleri basit ve sağlamdır, ancak dezavantajı, uçağın son hızını azaltan büyük çaplı bir motor gerektirmeleridir. Bu nedenle eksenel turbojet motorlar icat edilmiştir. Hava bir dizi pervane aracılığıyla sıkıştırılır ve verimlilik daha iyidir, ancak bu daha gelişmiş malzemeler gerektirir. Her iki durumda da motorun 2000°C’ye varan sıcaklıklara dayanabilmesi gerekir. Bir turbofan motorda kompresörün önüne bir fan yerleştirilir. Daha büyük miktarda hava çeker ve bu hava daha sonra birincil ve ikincil akışa bölünür. Birincil akış yanma odasından geçer, bu nedenle sıcak hava akışıdır. İkincil akış doğrudan motorun her iki tarafına püskürtülür; itme gücünün %80’ini sağlayan soğuk hava akışıdır. Çıkışta, soğuk hava sıcak hava ile karışarak soğutma sağlar. Bu sistem çoğu ticari uçakta itiş gücünü artırmak ve motor gürültüsünü azaltmak için kullanılmaktadır.

Ramjet motor ları çok yüksek hızlara ulaşabildikleri için artık savaş uçaklarında ve füzelerde kullanılmaktadır. Yakıt yanma odasına yeniden enjekte edildiği için itme güçleri daha fazladır, bu işlem art yanma olarak bilinir. Dahası, hareketli parçaları yoktur ve bu nedenle hafiftirler. Dezavantajları ise belirli bir hızın altında çalışamamaları ve sıcaklığın çok yüksek olması, ki bu da birçok malzeme için zaman içinde sürdürülemez. Ayrıca çalışabilmeleri için bir başlangıç hızına sahip olmaları gerekir. Superstatorjet motorları süpersonik hızlara ulaşabilir. Concorde motoru turbojet ve ramjet arasında bir melezdi. Turbojetler mümkün olduğunca fazla gaz çıkararak itiş güçlerini arttırırlar. Turboproplarda durum böyle değildir. İtiş gücünün çoğunu sağlamak için uçağın dışına takılı bir pervanenin dönme gücüne güvenirler. Turboproplar kısa mesafeli uçuşlar için en ekonomik çözümü sunar. Daha verimlidirler ve daha az yakıt tüketirler, ancak irtifa ve mesafe açısından sınırlıdırlar. Farklı turboprop modelleri hakkında daha fazla bilgi edinmek isterseniz bu sayfaya bir göz atın

Turboprop motorlar helikopterler için tasarlanmıştır. Turbojet motorlar gibi bir türbin ile donatılmışlardır. Dauphin gibi günümüzde üretilen helikopterlerde serbest bir türbin bulunmaktadır. Bu , egzoz gazlarının kinetik ve termal enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür. Ayrıca helikopterin kanatlarının kompresörünkinden farklı bir hızda dönmesini sağlayarak hava aracının dengesini temin eder.