Typy silników używanych w samolotach
Większość samolotów jest napędzana przez jakąś formę silnika odrzutowego oddychającego powietrzem. Te systemy silnikowe pobierają powietrze, które jest sprężane, spalane i wydalane w celu wytworzenia ciągu. Siła ciągu może pochodzić z wysokociśnieniowego wydechu lub z obracających się łopatek turbiny, które napędzają zewnętrzne komponenty.
Najczęstszymi konstrukcjami silników lotniczych są turbiny gazowe. Turbiny gazowe zasysają powietrze, które jest mieszane z paliwem i zapalane w celu wytworzenia gorącego, rozszerzającego się gazu. Energia rozprężającego się gazu jest wykorzystywana do zasilania turbiny – koła z płatów powietrza lub łopatek, które obracają się wokół osi, aby napędzać elementy silnika, takie jak śmigła i wentylatory. Istnieją różne typy silników turbin gazowych stosowanych w nowoczesnych samolotach, wszystkie napędzane przez obracające się łopatki i spalające się powietrze.
Turbofan:
Silniki turbofan są najczęściej stosowane w komercyjnych samolotach odrzutowych, ponieważ oferują znaczną siłę ciągu i wysoką wydajność paliwa. Silniki te są łatwo rozpoznawalne dzięki dużemu wentylatorowi z przodu, używanemu do zasysania ogromnych ilości powietrza.
Fajny fakt: Podczas startu, typowy silnik lotniczy może pobierać ponad tonę powietrza na sekundę.
Część tego zasysanego powietrza jest kierowana do rdzenia silnika w celu spalenia, podczas gdy część jest kierowana wokół palnika, aby zostać wydalona bezpośrednio z dyszy.
Typy silników turbowentylatorowych
Silniki turbowentylatorowe można podzielić na dwa warianty w oparciu o stosunek powietrza omijającego.
- Silniki turbowentylatorowe o wysokim współczynniku obejścia kierują większość powietrza wokół komory spalania do wyrzucenia bezpośrednio z dyszy w postaci spalin wytwarzających ciąg.
- Silniki turbowentylatorowe o niskim obejściu (low-bypass) kierują więcej powietrza wlotowego przez różne stopnie silnika, wytwarzając większy ciąg w wyniku spalania, ale także zużywając więcej paliwa.
Turboodrzutowe:
Silniki turboodrzutowe są wcześniejszą odmianą bez dużego wentylatora czołowego. Były one pierwszymi turbinami gazowymi dla lotnictwa. Turbodżety zasysają powietrze bezpośrednio do sprężarki, a całe gorące powietrze przechodzi przez stopień spalania i turbinę przed wyjściem przez dyszę napędową. Silniki turboodrzutowe mają stosunkowo prostą i zwartą konstrukcję, ale nie mają zalet turbowentylatorów o wysokiej przepustowości, jeśli chodzi o oszczędność paliwa i redukcję hałasu.
Fajny fakt: Silniki turboodrzutowe napędzały Concorde’a – wycofany już naddźwiękowy odrzutowiec pasażerski, który był w stanie latać z prędkością dwukrotnie większą od prędkości dźwięku.
Turboprop:
Silnik turbośmigłowy to w zasadzie turboodrzutowiec z dołączonym śmigłem. Powietrze wlotowe przechodzi przez sprężarkę i komorę spalania, a następnie spalony gaz jest używany do napędzania obracającej się turbiny. Wał turbiny jest połączony ze śmigłem znajdującym się na zewnątrz silnika, które obracając się wytwarza ciąg, który napędza samolot do przodu. Moc śmigła i siła ciągu tego silnika odrzutowego są zrównoważone dla uzyskania optymalnych osiągów. Turbośmigła zapewniają ograniczoną prędkość lotu, ale są bardzo wydajne – co czyni je popularnymi w mniejszych samolotach komercyjnych i prywatnych.
Fajny fakt: Największy na świecie samolot turbośmigłowy, Antonow An-22, jest napędzany przez cztery pary przeciwbieżnych śmigieł, które obracają się w przeciwnych kierunkach, aby zrównoważyć moment obrotowy.
Wał turbośmigłowy:
Silniki turbośmigłowe są jak turbośmigłowe w tym, że strumień powietrza jest zaprzęgnięty do napędzania obracającej się turbiny w celu wytworzenia mocy. Główną różnicą jest to, że turbośmigło bezpośrednio obraca śmigło do produkcji ciągu, podczas gdy turboshaft zazwyczaj napędza przekładnię, która z kolei zasila samolot. Silniki z wałem turbospalinowym są najczęściej spotykane w helikopterach, gdzie wał turbiny łączy się z przekładnią, która napędza wirniki helikoptera. Turboshafts are also commonly used in tanks, trains, and ships.
Ramjet and Scramjet
Ramjets are airbreathing combustion engines, but differ from gas turbines because they have no rotating blades or moving parts. Ramjety działają na tych samych zasadach sprężania, spalania i wydechu, ale polegają wyłącznie na ruchu samolotu do przodu w celu sprężenia napływającego powietrza. Ramjety są nieefektywne przy niskich prędkościach, ale mogą przyspieszać samoloty do poziomów naddźwiękowych, co czyni je popularnymi w myśliwcach i rakietach.
Scramjety działają na podobnych zasadach, ale osiągają jeszcze większe prędkości poprzez spalanie naddźwiękowego powietrza w rdzeniu silnika. NASA wykorzystała scramjet do rozpędzenia samolotu bezzałogowego do prędkości prawie 7000 mil na godzinę – rekord świata przy dziesięciokrotnej prędkości dźwięku.
Wzmocnienie komponentów krytycznych
Silniki lotnicze należą do najbardziej wyrafinowanych systemów, jakie kiedykolwiek stworzono. Te nowoczesne cudowne silniki odrzutowe wykorzystują energię z powietrza do podnoszenia ogromnych ciężarów, przebijania stratosfery i przekraczania prędkości dźwięku. Oprócz złożoności i mocy, silniki odrzutowe są wyjątkowo niezawodne – każdego dnia bezpiecznie dowożą miliony pasażerów do celu.
Kulkowanie laserowe odgrywa krytyczną rolę w wydajności silnika i niezawodności dla różnych typów silników lotniczych, pozwalając inżynierom na przekraczanie granic przy jednoczesnym zapewnieniu maksymalnego bezpieczeństwa. Wszystkie gazowe silniki turbinowe są podatne na zmęczenie metalu lub pęknięcia naprężeniowe w szybko obracających się łopatkach. Jeśli pojedyncza łopatka zawiedzie podczas pracy silnika, może to spowodować uszkodzenie lub wyłączenie całego systemu, narażając samolot, pasażerów i załogę na niebezpieczeństwo. Zmęczenie metalu odegrało śmiertelną rolę w kilku głośnych katastrofach lotniczych, a awaria łopatki przyczyniła się do wielu przerażających sytuacji – jak ten lot AirAsia w czerwcu 2017 r., który zniósł gwałtowne wstrząsy po złamaniu łopatki wentylatora u wybrzeży Australii.
Na szczęście kulkowanie laserowe zapewnia doskonałe wzmocnienie metalu, które znacznie zmniejsza ryzyko awarii komponentu. Kulkowanie laserowe hamuje pękanie zmęczeniowe i znacznie spowalnia propagację pęknięć, dając bezpieczniejsze, bardziej wytrzymałe komponenty o dłuższej żywotności.
Zobacz jak kulkowanie laserowe zapobiegło uszkodzeniu łopatek silnika w samolocie dla Sił Powietrznych. Pozwoliło to zaoszczędzić szacunkowo 1 miliard dolarów w przeliczeniu na wszystkie silniki we flocie Sił Powietrznych.
WIDOK STUDIUM PRZYPADKU
Zażądaj bezpłatnej wyceny już dziś
.