Jak działa samolotowy silnik odrzutowy (model)

Silniki odrzutowe możemy podzielić na rakietowe i przelotowe. Kto nie wie jak wygląda odpalenie tego pierwszego, to niech sobie zobaczy Apollo 13 (w obszarze napędu zbyt wiele tam nie skłamali). Silniki przelotowe dzielimy dalej na bezsprężarkowe i sprężarkowe. Kategoria bez sprężarek była tania, ale dość niepraktyczna. Odmianę pulsacyjną wykorzystali Niemcy w rakietach V-1, a odmianę strumieniową wykorzystano w silnikach pomocniczych SR-71 Blackbird. Ogólnie to historia techniki, choć silniki strumieniowe funkcjonują jako dopalacze w silnikach innych typów do dziś.

Odrzutowe silniki sprężarkowe znalazły w lotnictwie najszersze zastosowanie. Dla historycznej poprawności wspomnieć należy o silnikach motorjet, w których sprężarka napędzana była silnikiem tłokowym. Jeden silnik napędzał drugi, więc jak łatwo się domyślić, ze względu na rozmiar i masę do samolotu się to nadawało dość średnio. Do lokomotywy prędzej, choć zarówno w Związku Radzieckim, jak i w Stanach Zjednoczonych w testach pociągów z napędem odrzutowym wykorzystano silniki turboodrzutowe.

Konstrukcja sprężarek może być osiowa lub odśrodkowa. W tych pierwszych trudno zapewnić stabilny przepływ powietrza zwłaszcza przy niższych obrotach, te drugie do dziś stwarzają wiele problemów przy prędkościach naddźwiękowych.

W silnikach turboodrzutowych dwuprzepływowych strumień powietrza rozdzielany jest na początku procesu sprężania. Część powietrza kierowana jest do wewnątrz silnika na kolejne stopnie sprężania i bierze udział w procesie spalania paliwa. Druga część powietrza kanałem wzdłuż konstrukcji silnika kieruje się bezpośrednio ku wylotowi.

Zasada działania silnika

Wydrukowany na drukarce 3D model silnika turbowentylatorowego pozwala prześledzić dokładnie, dlaczego silnik odrzutowy odrzuca.

Za wentylatorem mamy kolejne stopnie sprężania.
Widzimy tutaj dlaczego zassanie ptaka do wnętrza pracującego silnika odrzutowego w locie może być niebezpieczne. Powody są dwa.

Po pierwsze, może uszkodzić silnik mechanicznie, ale do tego potrzebujemy czegoś więcej niż wróbel czy sikorka (dzikie gęsi kanadyjskie z cudu nad rzeką Hudson miały rozpiętość skrzydeł około 2m).
Po drugie, możliwe jest zakłócenie pracy sprężarki, która wyżyłowana pracuje najczęściej na granicy swej stateczności. Świeżo przyrządzone w silniku stripsy z piórami mogą wpłynąć na obieg powietrza i sprężarka zacznie się dławić – tzw. pompaż – a w efekcie silnik się wyłączy.

Sprężone powietrze kierowane jest do komór spalania, gdzie wtryskiwacze podają paliwo. Układ zapłonowy zapalił je w momencie rozruchu i potem stał się już niepotrzebny. Temperatura gazów w komorze spalania rośnie i przepływając dalej napędza turbinę.

Turbina oddaje pozyskaną energię wprawiając w ruch wał sprężarki. Samo powietrze kieruje się zaś ku wylotowi. Turbina i sprężarka mogą pracować w oparciu o wspólny wał lub dwa niezależne wały.

Siła ciągu jest generowana zarówno przez powietrze płynące w kanałach zewnętrznych, jak i gazy będące produktami spalania. Od proporcji między ilościami powietrza płynącymi przez środek silnika i po jego zewnętrznej zależy jego sprawność. W największym uproszczeniu silniki dwuprzepływowe dają większą siłę ciągu przy mniejszej prędkości przepływu powietrza, a to znaczy, że spalają mniej paliwa i pracują ciszej.

Jeżeli powietrza płynącego po zewnętrznej silnika jest znacznie więcej niż powietrza płynącego przez środek mówimy o silniku turbowentylatorowym – najpopularniejszym rodzaju silnika ze sotosowanych obecnie w lotnictwie komunikacyjnym. Silniki te charakteryzuje stosunkowo małe zużycie paliwa i niski poziom generowanego hałasu.
W nowoczesnych silnikach turbowentylatorowych obniżeniu poziomu hałasu służy także postrzępiony kształt obudowy wylotu silnika.
Historia badania wypadków lotniczych pokazuje, jak bardzo ważna jest właściwa konstrukcja i sposób wykonania silników lotniczych.Pęknięty wał doprowadził do katastrofy samolotu Kopernik 14 marca 1980 roku.