A repülőgépekben használt hajtóművek típusai
A legtöbb repülőgépet valamilyen levegővel működő sugárhajtómű hajtja. Ezek a hajtóműrendszerek levegőt szívnak be, amelyet a tolóerő előállítása érdekében összenyomnak, elégetnek és kilöknek. A tolóerő származhat nagynyomású kipufogógázból vagy forgó turbinalapátokból, amelyek külső alkatrészeket hajtanak meg.
A leggyakoribb repülőgéphajtómű-konstrukciók a gázturbinák. A gázturbinás hajtóművek levegőt szívnak be, amelyet tüzelőanyaggal keverve és meggyújtva forró, táguló gáz keletkezik. A táguló gáz energiáját egy turbina – egy tengely körül forgó, szárnyaslemezekből vagy lapátokból álló kerék – meghajtására használják fel, amely olyan hajtóelemeket hajt meg, mint a légcsavarok és ventilátorok. A modern repülőgépekben különböző típusú gázturbinás hajtóműveket használnak, amelyek mindegyike forgó lapátokkal és égő levegővel működik.
Turbofan:
A kereskedelmi utasszállító repülőgépeknél a turbofan hajtóművek a legelterjedtebbek, mivel jelentős tolóerőt és nagy üzemanyag-hatékonyságot biztosítanak. Ezek a hajtóművek könnyen felismerhetők az elején található nagyméretű ventilátorról, amellyel hatalmas mennyiségű levegőt szívnak be.
Fun fact: Felszállás közben egy tipikus repülőgép-hajtómű másodpercenként több mint egy tonna levegőt képes beszívni.
E beszívott levegő egy része a hajtóműmagba kerül az égéshez, míg egy része az égéstér körül kerül elvezetésre, hogy közvetlenül a fúvókából távozzon.
Turbóventilátoros hajtóművek típusai
A turbóventilátoros hajtóműveket az elkerülő levegő aránya alapján két változatba sorolhatjuk.
- A nagy átterhelésű turbóventilátoros hajtóművek a levegő nagy részét az égéstér körül terelik, hogy azt közvetlenül a fúvókából tolóerőt termelő kipufogógázként kilökjék.
- A low-bypass turbofan hajtóművek több beszívott levegőt vezetnek át a különböző hajtóműfokozatokon, nagyobb tolóerőt produkálva az égés révén, de több üzemanyagot is fogyasztanak.
Turbojet:
A turbojet hajtóművek egy korábbi változata a nagy frontális ventilátor nélkül. Ezek voltak az első gázturbinák a repülésben. A turbojetek közvetlenül a kompresszorba szívják a levegőt, és az összes forró levegő áthalad az égéstermék- és turbinafokozaton, mielőtt a hajtófúvókán keresztül kilépne. A sugárhajtóművek viszonylag egyszerű és kompakt kialakításúak, de nem rendelkeznek a nagy átömlőnyílású turbóventilátorok üzemanyag-hatékonysági és zajcsökkentő előnyeivel.
Vicces tény: Turbóhajtóművek hajtották a Concorde-ot – egy azóta már nyugdíjazott szuperszonikus utasszállító repülőgépet, amely a hangsebesség kétszeresével tudott repülni.
Turboprop:
A turboprop motor lényegében egy turbó sugárhajtómű, amelyhez egy légcsavar csatlakozik. A beszívott levegő egy kompresszoron és egy égéstéren halad át, majd az elégetett gáz egy forgó turbinát hajt meg. A turbina tengelye a hajtóművön kívül egy légcsavarhoz csatlakozik, amely forogva tolóerőt hoz létre, amely előre hajtja a repülőgépet. A légcsavar teljesítménye és a tolóerő ebben a sugárhajtóműben egyensúlyban van az optimális teljesítmény érdekében. A turbopropok korlátozott sebességet biztosítanak, de nagyon hatékonyak – ezért népszerűek a kisebb kereskedelmi és magánrepülőgépeknél.
Fun fact: A világ legnagyobb turboprop repülőgépét, az Antonov An-22-t négy pár ellentétesen forgó légcsavar hajtja, amelyek ellentétes irányban forognak a nyomaték kiegyensúlyozása érdekében.
Turbótengely:
A turbótengelyes hajtóművek olyanok, mint a turbopropok: a légáramlást úgy hasznosítják, hogy egy forgó turbinát hajtanak meg a teljesítmény előállítása érdekében. A fő különbség az, hogy a turboprop közvetlenül a légcsavart forgatja a tolóerő előállítása érdekében, míg a turbótengely általában egy sebességváltót hajt meg, amely viszont a repülőgépet hajtja. A turbótengelyes motorok a helikopterekben a legelterjedtebbek, ahol a turbina tengelye egy olyan sebességváltóhoz csatlakozik, amely a helikopter rotorjait hajtja. A turbótengelyeket gyakran használják tankokban, vonatokban és hajókban is.
Ramjet és Scramjet
A ramjetmotorok is levegőbelégzéses belsőégésű motorok, de különböznek a gázturbináktól, mivel nincsenek forgó lapátok vagy mozgó alkatrészek. A ramsugarak ugyanazon a sűrítési, égési és kipufogási elven működnek, de kizárólag a repülőgép előre irányuló mozgására támaszkodnak a beáramló levegő sűrítéséhez. A ramsugarak alacsony sebességen nem hatékonyak, de képesek a repülőgépeket szuperszonikus szintre gyorsítani, ezért népszerűek a vadászrepülőgépek és rakéták számára.
A ramsugarak hasonló elvek alapján működnek, de még nagyobb sebességet érnek el a szuperszonikus levegőnek a hajtóműmagban történő elégetésével. A NASA egy scramjetet használt arra, hogy egy pilóta nélküli repülőgépet közel 7000 mérföld per órára gyorsítson fel – ez világrekordot jelent a hangsebesség tízszeresével.
Kritikus alkatrészfejlesztés
A repülőgépek hajtóművei a valaha létrehozott legfejlettebb rendszerek közé tartoznak. A sugárhajtóművek e modern csodái a levegő energiáját hasznosítják, hogy hatalmas terheket emeljenek fel, átszúrják a sztratoszférát, és meghaladják a hangsebességet. Amellett, hogy a sugárhajtóművek összetettek és nagy teljesítményűek, rendkívül megbízhatóak is – utasok millióit juttatják el naponta biztonságban úti céljukhoz.
A lézeres peening kritikus szerepet játszik a különböző típusú repülőgépmotorok teljesítményében és megbízhatóságában, lehetővé téve a mérnökök számára, hogy a maximális biztonság biztosítása mellett a határokat feszegessék. Minden gázturbinás hajtómű hajlamos a fémek kifáradására vagy a gyorsan forgó lapátok feszültség okozta repedésére. Ha a hajtómű működése közben egyetlen lapát is meghibásodik, az károsíthatja vagy kikapcsolhatja az egész rendszert, veszélybe sodorva a repülőgépet, az utasokat és a személyzetet. A fémfáradás halálos szerepet játszott több nagy horderejű repülési katasztrófában, és a lapátok meghibásodása számos ijesztő helyzethez járult hozzá – mint ez az AirAsia 2017. júniusi járata, amely heves rázkódást szenvedett el, miután egy ventilátorlapát eltörött Ausztrália partjainál.
Szerencsére a lézeres hántolás kiváló fémjavítást biztosít, amely nagymértékben csökkenti az alkatrész meghibásodásának kockázatát. A lézeres hántolás gátolja a fáradási repedéseket és jelentősen lelassítja a repedések terjedését, így biztonságosabb, robusztusabb és hosszabb élettartamú alkatrészeket eredményez.
Nézze meg, hogyan akadályozta meg a lézeres hántolás a légierő számára a repülőgépek hajtóműlapátjainak sérülését. Ezzel a légierő flottájának összes hajtóművére vetítve becslések szerint 1 milliárd dollárt takarítottak meg.
Nézze meg az esettanulmányt
Kérjen ingyenes árajánlatot még ma