Majoritatea aeronavelor sunt propulsate de o anumită formă de motor cu reacție care respiră aer. Aceste sisteme de motoare aspiră aer care este comprimat, ars și expulzat pentru a produce împingere. Împingerea poate proveni de la gazele de eșapament de înaltă presiune sau de la paletele rotitoare ale turbinei care antrenează componente externe.
Cele mai comune modele de motoare de aeronave sunt turbinele cu gaz. Motoarele cu turbină cu gaz aspiră aerul care este amestecat cu combustibil și aprins pentru a produce gaz fierbinte, în expansiune. Energia gazului în expansiune este folosită pentru a acționa o turbină – o roată de aripioare sau palete care se învârte în jurul unui ax pentru a acționa componentele motorului, cum ar fi elicele și ventilatoarele. Există diferite tipuri de motoare cu turbină cu gaz utilizate în aeronavele moderne, toate fiind acționate prin rotirea paletelor și arderea aerului.
Turbofan:
Motoarele turbofan sunt cele mai comune pentru avioanele comerciale de linie, deoarece oferă o împingere substanțială și un randament ridicat al combustibilului. Aceste motoare sunt ușor de identificat prin ventilatorul mare din partea din față, folosit pentru a aspira volume masive de aer.
Afirmație amuzantă: În timpul decolării, un motor tipic de avion de linie poate aspira peste o tonă de aer pe secundă.
O parte din acest aer aspirat este canalizat în miezul motorului pentru ardere, în timp ce o parte este deviat în jurul camerei de ardere pentru a fi expulzat direct de la duză.
Tipuri de motoare Turbofan
Motoarele Turbofan pot fi clasificate în două variante în funcție de raportul de aer ocolit.
- Motoarele turbofan cu by-pass ridicat deviază cea mai mare parte a aerului în jurul camerei de ardere pentru a fi expulzat direct din ajutaj ca gaz de evacuare care produce împingere.
- Motorurile turbofan cu trecere joasă (low-bypass) canalizează mai mult aer de admisie prin diferitele etaje ale motorului, producând o mai mare forță de împingere prin ardere, dar consumând și mai mult combustibil.
Turbojet:
Motoarele turbojet sunt o variantă anterioară fără ventilatorul frontal mare. Acestea au fost primele turbine cu gaz pentru aviație. Turboreactoarele aspiră aerul direct în compresor, iar tot aerul cald trece prin etajele de combustie și turbină înainte de a ieși prin duza de propulsie. Motoarele turboreactoare au un design relativ simplu și compact, dar nu dispun de avantajele legate de eficiența combustibilului și de reducerea zgomotului pe care le oferă o turbosuflantă cu trecere înaltă.
Funcție amuzantă: Motoarele turboreactoare au propulsat Concorde – un avion de pasageri supersonic, între timp scos din uz, care era capabil să zboare cu o viteză de două ori mai mare decât cea a sunetului.
Turbopropulsor:
Un motor cu turbopropulsie este în esență un turboreactor cu o elice atașată. Aerul de admisie trece printr-un compresor și o cameră de combustie, apoi gazul ars este folosit pentru a acționa o turbină rotativă. Arborele turbinei este conectat la o elice în afara motorului, care se învârte pentru a crea o forță de împingere care propulsează avionul înainte. Puterea elicei și puterea de împingere a acestui motor cu reacție sunt echilibrate pentru o performanță optimă. Turbopropulsoarele oferă o viteză aerodinamică limitată, dar sunt foarte eficiente – ceea ce le face populare în cazul avioanelor comerciale și private mai mici.
Funcție amuzantă: Cea mai mare aeronavă cu turbopropulsie din lume, Antonov An-22, este propulsată de patru perechi de elice contra-rotative care se rotesc în direcții opuse pentru a echilibra cuplul.
Turboshaft:
Motoarele cu turboreactoare sunt asemănătoare turbopropulsoarelor în sensul că fluxul de aer este exploatat pentru a acționa o turbină rotativă pentru a produce energie. Principala diferență este că un turbopropulsor rotește direct elicea pentru a produce împingere, în timp ce turboreactorul acționează de obicei o transmisie care, la rândul ei, alimentează aeronava. Motoarele cu arbore turbo sunt cele mai frecvente la elicoptere, unde arborele turbinei se conectează la o transmisie care alimentează rotoarele elicopterului. Turboreactoarele sunt, de asemenea, utilizate în mod obișnuit la tancuri, trenuri și nave.
Ramjet și Scramjet
Ramjeturile sunt motoare cu combustie care respiră aer, dar diferă de turbinele cu gaz deoarece nu au palete rotative sau părți mobile. Ramjeturile funcționează pe baza acelorași principii de compresie, combustie și evacuare, dar se bazează exclusiv pe mișcarea înainte a aeronavei pentru a comprima aerul care intră. Ramjeturile sunt ineficiente la viteze mici, dar pot accelera aeronavele până la niveluri supersonice, ceea ce le face populare pentru avioanele de vânătoare și rachete.
Scramjeturile funcționează pe principii similare, dar ating viteze și mai mari prin arderea aerului supersonic în interiorul miezului motorului. NASA a utilizat un scramjet pentru a accelera o aeronavă fără pilot la aproape 7.000 de mile pe oră – un record mondial la o viteză de zece ori mai mare decât cea a sunetului.
Îmbunătățirea componentelor critice
Motoarele de avion sunt printre cele mai sofisticate sisteme create vreodată. Aceste minuni moderne ale motoarelor cu reacție valorifică energia din aer pentru a ridica sarcini masive, a străpunge stratosfera și a depăși viteza sunetului. Pe lângă faptul că sunt complexe și puternice, motoarele cu reacție sunt excepțional de fiabile – transportând zilnic milioane de pasageri în siguranță la destinație.
Laser peening joacă un rol critic în performanța și fiabilitatea motoarelor pentru diferite tipuri de motoare de avioane, permițând inginerilor să împingă limitele, asigurând în același timp o siguranță maximă. Toate motoarele cu turbină cu gaz sunt susceptibile la oboseală metalică sau la fisurarea sub tensiune în paletele care se rotesc rapid. Dacă o singură lamă cedează în timpul funcționării motorului, aceasta poate deteriora sau dezactiva întregul sistem, punând în pericol aeronava, pasagerii și echipajul. Oboseala metalelor a jucat un rol mortal în mai multe dezastre aviatice de profil înalt, iar defectarea paletelor a contribuit la multe situații înfricoșătoare – cum ar fi acest zbor AirAsia din iunie 2017 care a suportat zguduiri violente după ce o paletă de ventilator s-a rupt în largul coastei Australiei.
Din fericire, peeningul cu laser oferă o îmbunătățire superioară a metalelor care diminuează foarte mult riscul de defectare a componentelor. Peeningul cu laser inhibă fisurarea prin oboseală și încetinește în mod semnificativ propagarea fisurilor, producând componente mai sigure, mai robuste și cu o durată de viață mai lungă.
Vezi cum peeningul cu laser a prevenit deteriorarea paletelor de motor în aeronave pentru Forțele Aeriene. Acest lucru le-a economisit o sumă estimată la 1 miliard de dolari atunci când este calculată pentru toate motoarele din flota Forțelor Aeriene.
Vezi STUDIU DE CAZ
Solicitați o ofertă gratuită astăzi