Vidste du det? Når vi ser på billeder af flyvemaskiner, kan de første ting, der fanger vores opmærksomhed, være farven eller vingerne. Men de sande bestemmende faktorer for et flys hastighed, rækkevidde og passagerkapacitet ligger i "hjertet" skjult under vingerne eller inde i flykroppen: motoren.
Turbojet, turbofan, turboprop og turboshaft-disse fire navne lyder måske som en tongue twister, når de er listet sammen. Men når du først forstår forholdet mellem dem, bliver den grundlæggende logik bag flydesign øjeblikkeligt klar. Lad os bryde det ned i dag.
[Billede]
Først skal du huske på dette kernekoncept: disse fire typer motorer tilhører samme familie. De arbejder alle ud fra gasturbineprincippet. Enkelt sagt: luft suges ind → komprimeret → brændstof sprøjtes ind og forbrændes → høj-temperatur, høj-gas driver turbinen til at rotere → udstødningen udstødes for at generere tryk. Alle fire deler nøjagtig den samme kerneproces.
Forskellen ligger i, hvordan de kanaliserer den strøm, der genereres efter forbrænding.
1
Turbojet Engine: The Original Lineage
Det fulde navn er "turbojetmotor", og det var den første type jetmotor, der nåede modenhed. Dets funktionsprincip er det mest ligetil: al luft følger en enkelt vej-kompression, forbrænding og uddrivning. Jo hurtigere udstødningen udstødes, jo større trækkraft.
I kamp, i det øjeblik en pilot aktiverer efterbrænderen, kan fremstødet stige med 30 % til 100 %; denne evne kan dog kun bruges kortvarigt, da brændstofforbruget er astronomisk højt.
Turbojetens største fordel er hastigheden, hvilket gør den ideel til flyvning i høj-højde-høj hastighed. Dens største ulempe er højt brændstofforbrug; effektiviteten er særlig dårlig under lav-flyvning.
[Billede: Skematisk diagram af turbojetmotorstruktur]
Har nogen nogensinde spekuleret på, om det kunne være muligt at tilføje et ekstra luftlag rundt om motorens-luft, der går uden om forbrændingskammeret og blot skubbes ud af en blæser for at generere tryk? Ville det ikke spare brændstof?
Og så blev turbofanmotoren født.
2
Turbofan Engine: The Reging Champion
Du kan tænke på en turbofanmotor som en turbojetmotor iført en "aircoat". En stor blæser er installeret foran den originale kernemotor. Når luften kommer ind, deler den sig i to baner:
En lille del følger den centrale "gamle vej" (indre kanal/kerne): kompression → forbrænding → udstødning → trykgenerering.
En stor del følger den ydre "nye vej" (ydre kanal/bypass-kanal): kun accelereret af ventilatoren → direkte udstødning → fremdrift (og større brændstofeffektivitet).
[Billede]
Driftsprincipper for turbofanmotorens indre og ydre kanaler (kerne- og bypassstrømme)
Nøglen ligger i et enkelt tal: **bypass-forholdet**. Dette er et kernekoncept i fly-motorer. Kort sagt er det forholdet mellem massen af luft, der strømmer gennem den ydre kanal, og massen af luft, der strømmer gennem den indre kanal.
Bypass-forhold på nul → Turbojetmotor
Lavt bypass-forhold (f.eks. 0,2–0,3) → God ydeevne ved høj-hastighed → Bruges på kampfly
Højt bypass-forhold (f.eks. 8–9 eller højere) → Meget brændstofeffektiv-, lavt støjniveau → Anvendes på civile flyselskaber
Verdens største civile turbofanmotorer opnår i dag bypass-forhold, der overstiger 10. Med andre ord, den luftgenererende trækkraft gennem forbrænding i motorkernen udgør mindre end en-tiendedel af det samlede antal; de resterende 90 % af fremdriften kommer fra luften skubbet af den massive ventilator. Dette er hemmeligheden bag deres kombination af kraft og brændstofeffektivitet.
[Billede]
3
Turbopropmotor: Lufttransportens "Hercules".
Mange mennesker forveksler turbopropmotorer med gammeldags-stempelmotorer. I virkeligheden er de helt forskellige. I sin kerne er en turbopropmotor i det væsentlige en jetmotor, men den overfører det meste af den kraft, der genereres af turbinen, til en ekstern propel via en reduktionsgearkasse.
Trækkraften (fremstød), der genereres af propellen, der kværner luften, er den primære kilde til fremdrift, mens den svage udstødningsstrøm fra udstødningsrøret kun spiller en hjælperolle. I det væsentlige, hvis du tog en turbofanmotor, udsatte dens store blæser til ydersiden og reducerede dens rotationshastighed, ville du i det væsentlige have en turbopropmotor.
[Billede]
Turboprop motor
Fordelen ved turboprop er dens ekstremt høje effektivitet under lav-flyvning-den er endnu mere brændstofeffektiv- end turbofanen. Ved flyvehastigheder under 600 km/t har turbopropmotoren en overvældende fordel.
Dens ulemper er også indlysende: den kan ikke flyve meget hurtigt og genererer betydelig støj. Det russiske Tu-95-bombefly, som bruger turbopropmotorer, er kendt tilnavnet "Bjørnen". Når en propel roterer med høj hastighed, bryder dens spidser lydmuren og genererer en utrolig høj støj, der rapporteres at kunne høres fra op til 20 kilometers afstand. Høj hastighed kombineret med øredøvende støj er simpelthen den ene side af turboprop-mønten.
Billede
AEP500 turbopropmotor
Turboprops er særligt-egnet til lav-til-medium-transportfly, patruljefly og regionale passagerfly. De kræver ikke høje hastigheder, men prioriterer brændstofeffektivitet, lave omkostninger og minimale banekrav. Mange turbopropfly kan lette fra og lande på korte, ikke-asfalterede strimler-en præstation, der er umulig for almindelige kommercielle flyselskaber.
4
Turboakselmotorer: Bygget specielt til helikoptere
Med dækkede turboprops er turboaksler lette at forstå. Mens en turboprop styrer sin kraft til at dreje en propel, leder en turboaksel den til at dreje en helikopters rotor.
Billede
Turboaksel motor
Turboakselmotorer har flere nøgleegenskaber:
Ekstremt højt kraft-til-vægtforhold-de er kompakte og lette, men leverer enorm kraft. Dette er afgørende for helikoptere; hvert kilo sparet vægt giver mulighed for et ekstra kilo nyttelast.
Kompakt struktur-designet til at passe ind i en helikopters smalle skrog.
Justerbar udstødningsretning-i modsætning til andre motorer, der skal udstødning bagud, kan udstødningsstien skræddersyes til helikopterens specifikke flyskrogslayout.
Turboprops og turboshafts er i det væsentlige to varianter af den samme kernemotor. Producenter skal blot ændre den endelige outputmekanisme; den samme kernemotor kan fungere som en turboprop til fly med faste-vinger eller en turboaksel til helikoptere. Luftfartsindustrien praktiserede denne form for modulopbygget design længe før konceptet blev en trend.
Lad os endelig afklare forholdet mellem de fire typer:
Turbojet: Forfaderen; den reneste form. Den tilbyder de højeste hastigheder, men bruger mest brændstof.
Turbofan: Den forbedrede version. Den tilføjer en stor blæser for at balancere drivkraft og brændstofeffektivitet, hvilket gør den til den nuværende industristandard.
Turboprop: Den-brændstofeffektive version. Den leder al kraft til propellen, hvilket giver fremragende økonomi ved lavere hastigheder.
Turboaksel: Den specialiserede version. Det konverterer kraft til akseludgang specifikt til at drive helikopterrotorer. Ingen af de fire motortyper er i sagens natur de andre overlegne; hver har sin egen arena og sin egen måde at trives på.
