عملکرد کامل موتور جت

مقدمه

اجزای اصلی یک توربوجت شامل توربوفن ها، توربوپراپ ها و توربوشفت ها می باشند که لازم است به دلیل فرآیندهای مختلف سایش و فرسایش در ساخت آنها از انواع آلیاژهای مقاوم نظیر انواع ورق استیل ضد سایش استفاده گردد. این موتورها دارای دو بخش اصلی سرد و گرم می باشند که از انواع سوپر آلیاژهای پایه نیکل، ورق استیل 321 و غیره در ساخت آنها استفاده شده است. به دلیل مناسب بودن قیمت ورق استیل 321 نسبت به سوپرآلیاژها، این ماده از ارجحیت بیشتری برخودار است و در دهانه ورودی موتورهای جت مورد استفاده قرار می گیرد.

ورودی موتور جت

ورودی هوا (ورودی) برای هواپیماهای مادون صوت که از انواع ورق استیل ضد سایش نظیر ورق استیل 321 ساخته شده است، یک مجرای بزرگ (دهانه) است که برای اطمینان از جریان هوای صاف و بدون ذرات خطرناک به داخل موتور مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از وظایف این دهانه آن است که برای ورود هوا از همه جهات غیر مستقیم به داخل موتور مورد استفاده قرار می گیرد. این مکانیزم روی زمین از بادهای متقاطع و در هنگام پرواز در صورت انحراف هواپیما اتفاق می افتد. با آنکه قیمت ورق استیل 321 چندان بالا نیست ولی در هنگام طراحی طول مجرا برای کاهش کشش و وزن به حداقل می رسد. 
هوا با حدود نصف سرعت صوت وارد کمپرسور می شود، بنابراین در سرعت های پروازی کمتر از این، جریان در امتداد ورودی شتاب می گیرد و در سرعت های پروازی بالاتر سرعت آن کاهش می یابد. بنابراین پروفیل داخلی ورودی باید هم جریان شتاب دهنده و هم جریان پخش کننده را بدون تلفات ناخواسته در خود جای دهد. برای هواپیماهای مافوق صوت، ورودی دارای ویژگی هایی مانند مخروط ها و رمپ ها برای تولید کارآمدترین سری امواج ضربه ای است که با کاهش سرعت جریان مافوق صوت ایجاد می شود. هوا از طریق امواج ضربه ای از سرعت پرواز به سرعت مادون صوت کاهش می یابد و سپس از طریق قسمت زیر صوت ورودی به حدود نصف سرعت صوت در کمپرسور می رسد. سیستم خاصی از امواج ضربه ای، با توجه به بسیاری از محدودیت ها مانند هزینه و نیازهای عملیاتی، برای به حداقل رساندن تلفات انتخاب می شود که به نوبه خود بازیابی فشار در کمپرسور را به حداکثر می رساند.

کمپرسور یا فن

فشرده شدن هوا در داخل کمپرسور از چند مرحله تشکیل شده است. هر مرحله شامل تیغه های چرخان و استاتورها یا پره های ثابت می باشد. با حرکت هوا در کمپرسور، فشار و دمای آن افزایش می یابد. قدرت به حرکت درآوردن کمپرسور از توربین به عنوان گشتاور شفت و سرعت آن شناخته می شود.
کانال های بای پس؛ جریان را از فن با حداقل تلفات به نازل پیشرانه بای پس می رسانند. همچنین جریان فن ممکن است قبل از ورود به یک نازل پیشرانه با اگزوز توربین مخلوط شود. در ترتیب دیگری ممکن است یک پس سوز بین میکسر و نازل نصب شود.

شفت

شفت توربین را به کمپرسور متصل می کند و بیشتر طول موتور را به خود اختصاص می دهد. ممکن است سه شفت متحدالمرکز وجود داشته باشد که با سرعت‌های مستقل می‌چرخند و به تعداد مجموعه‌ای از توربین‌ها و کمپرسورها متصل می باشند. هوای خنک کننده برای توربین ها ممکن است از طریق شفت از کمپرسور جریان یابد.

بخش دیفیوزر

دیفیوزر سرعت هوای تحویل کمپرسور را کاهش می دهد تا تلفات جریان در محفظه احتراق کاهش یابد. هوای کندتر نیز برای کمک به تثبیت شعله احتراق مورد نیاز است و فشار استاتیکی بالاتر راندمان احتراق را بهبود می بخشد.

عملکرد توربین پس از ورود هوا

توربین مجموعه ای از دیسک های پره ای است که مانند یک آسیاب بادی عمل می کنند و به وسیله گازهای داغ حاصل از احتراق کار می کنند. مقدار کمی از این انرژی برای به حرکت درآوردن کمپرسور استفاده می شود. موتورهای توربوپراپ، توربوشفت و توربوفن دارای مراحل توربین اضافی برای به حرکت درآوردن پروانه، فن بای پس یا روتور هلیکوپتر هستند. در یک توربین آزاد، توربین که کمپرسور را هدایت می کند، مستقل از آن چیزی که پروانه یا روتور هلیکوپتر را تغذیه می کند، می چرخد. هوای خنک‌کننده که از کمپرسور خارج می‌شود، ممکن است برای خنک کردن پره‌ها و دیسک‌های توربین استفاده شود.

پس سوز یا گرم کردن مجدد با سوزاندن سوخت در لوله جت نیروی رانش اضافی ایجاد می کند. این گرم شدن مجدد گاز خروجی توربین باعث افزایش دمای ورودی نازل پیشرانه و سرعت خروجی اگزوز می شود. سطح نازل افزایش یافته است تا حجم ویژه بالاتر گاز خروجی را در خود جای دهد. این جریان هوای یکسان را از طریق موتور حفظ می کند تا از عدم تغییر در ویژگی های عملکرد آن اطمینان حاصل شود.
گازهای خروجی توربین از نازل پیشران برای تولید یک جت با سرعت بالا عبور می کنند. نازل معمولاً با یک ناحیه جریان ثابت همگرا است. برای نسبت فشار نازل بالا (فشار ورودی نازل/فشار محیطی) از نازل همگرا-واگرا استفاده می شود. انبساط به فشار اتمسفر و سرعت گاز مافوق صوت در پایین دست گلو ادامه می یابد و نیروی رانش بیشتری تولید می کند.