Alan Arnold Griffith<\/h3>\n
Alan Arnold Griffith (1893-1963) by\u0142 bardzo znanym i szanowanym metalurgiem. Zajmowa\u0142 si\u0119 g\u0142\u00f3wnie technologi\u0105 metali oraz rozwija\u0142 podstawy teoretyczne silnik\u00f3w odrzutowych. By\u0142 tw\u00f3rc\u0105 spr\u0119\u017carki osiowej, projektuj\u0105c silniki turboodrzutowe, w tym pierwszy silnik Metropolitan Vickers-F.2, kt\u00f3ry by\u0142 wyposa\u017cony w spr\u0119\u017cark\u0119 osiow\u0105. Pierwsze uruchomienie silnika Metropolitan Vickers-F.2 nast\u0105pi\u0142o w 1941 roku i Alan Griffith mia\u0142 w nim ju\u017c niewielki udzia\u0142, bo ju\u017c w 1939 roku, przeni\u00f3s\u0142 si\u0119 do firmy Rolls Royce.<\/p>\n
Alan Arnold Griffith uko\u0144czy\u0142 uniwersytet w Liverpoolu i zosta\u0142 tam doktorantem. Od 1915 roku, pracowa\u0142 w Royal Aircraft Factory. Opracowa\u0142 kilka nowoczesnych metod badania wytrzyma\u0142o\u015bci materia\u0142\u00f3w. Odkry\u0142, \u017ce zanim metal ulegnie z\u0142amaniu pojawiaj\u0105 si\u0119 mikrop\u0119kni\u0119cia. Dzi\u0119ki temu mo\u017cna matematycznie obliczy\u0107, kiedy metal ulegnie ca\u0142kowitej destrukcji. Swoje prace przedstawi\u0142 w 1920 roku, w publikacji \u201eThe phenomenon of rupture and flow in solids\u201d (Zjawisko p\u0119kni\u0119\u0107 i pe\u0142zania w cia\u0142ach sta\u0142ych). Projektanci samolot\u00f3w natychmiast zrozumieli, dlaczego konstrukcja samolotu ulega zniszczeniu, mimo \u017ce zastosowano wi\u0119ksz\u0105 grubo\u015b\u0107 element\u00f3w w konstrukcji ni\u017c wymaga\u0142y dotychczasowe przepisy. Ta sytuacja przyczyni\u0142a si\u0119 do opracowania nowych metod wzmacniania metali poprzez likwidacje mikrop\u0119kni\u0119\u0107. Jedn\u0105 z metod by\u0142o polerowanie metalu, co wp\u0142yn\u0119\u0142o na niezamierzony efekt \u0142adnych i b\u0142yszcz\u0105cych samolot\u00f3w w 30-latach, np. Boeing 247.<\/p>\n
W 1926 roku, Alan Griffith opublikowa\u0142 teoretycznie aerodynamiczne aspekty konstrukcji turbiny. W pracy wykaza\u0142 b\u0142\u0119dy w konstrukcji \u0142opatek turbiny prowadz\u0105ce do usterek. Zaproponowa\u0142 nowy kszta\u0142t \u0142opatek o znacznie wi\u0119kszej sprawno\u015bci. W swojej pracy opisa\u0142 podstawy konstrukcji silnika turboodrzutowego wyposa\u017conego w spr\u0119\u017cark\u0119 osiow\u0105 i dwustopniow\u0105 turbin\u0119. Drugi stopie\u0144 mia\u0142 nap\u0119dza\u0107 \u015bmig\u0142o. W rzeczywisto\u015bci przedstawi\u0142 dwa typy silnik\u00f3w; turboodrzutowy i turbo\u015bmig\u0142owy. W wyniku tej publikacji Komitet Bada\u0144 Lotniczych w Anglii wyasygnowa\u0142 fundusze na badania eksperymentalne na ma\u0142\u0105 skal\u0119 silnika turboodrzutowego ze spr\u0119\u017carka osiow\u0105 i jednostopniow\u0105 turbin\u0105. Prace zako\u0144czono modelem w 1928 roku.<\/p>\n
Alan Griffith opracowa\u0142 tak\u017ce dwucz\u0119\u015bciow\u0105 spr\u0119\u017cark\u0119, gdzie jeden zestaw dysk\u00f3w z \u0142opatkami obraca\u0142 si\u0119 we wn\u0119trzu drugiego. Spr\u0119\u017c znacznie wzr\u00f3s\u0142, ale uk\u0142ad sta\u0142 si\u0119 bardzo skomplikowany.<\/p>\n
Od 1931 roku, prace bardzo si\u0119 \u015blimaczy\u0142y. Badania by\u0142y coraz kosztowniejsze, a przewidywane efekty bardzo odleg\u0142e. Dopiero w 1938 roku, Alan Griffith wszed\u0142 we wsp\u00f3\u0142prac\u0119 z producentem turbin parowych Metropolitan-Vickers (Metrovick), co pozwoli\u0142o na nabranie wi\u0119kszego tempa pracy. Jednak wsp\u00f3\u0142praca trwa\u0142a zaledwie rok. W wyniku dalszych prac w 1940 roku, firma Metropolitan-Vickers opracowa\u0142a silnik Metrovick F.2, uruchomiony 1941 roku, kt\u00f3ry latam 1943 roku, osi\u0105gn\u0105\u0142 ci\u0105g 2 150 lbf (9,56 kN) i mo\u017cna by\u0142o go zastosowa\u0107 w samolocie Gloster Meteor. O tym silniku b\u0119dzie jeszcze mowa.<\/p>\n
Alan Griffith tak\u017ce kr\u00f3tko wsp\u00f3\u0142pracowa\u0142 z Frank Whittle i musia\u0142 zweryfikowa\u0107 swoje pogl\u0105dy dotycz\u0105ce silnik\u00f3w turboodrzutowych. Niekt\u00f3rzy bardzo krytycznie oceniaj\u0105 postaw\u0119 Alan Griffith, kt\u00f3rej efektem by\u0142o oko\u0142o 10-letnie op\u00f3\u017anienie rozwoju odrzutowych nap\u0119d\u00f3w lotniczych w UK. Jednak podobny pogl\u0105d panowa\u0142 w niemczech w stosunku do rozwoju tamtejszych konstrukcji.<\/p>\n
Alan Griffith od 1939 roku, pracowa\u0142 w firmie Rolls Royce, z kt\u00f3rej w 1960 roku, przeszed\u0142 na emerytur\u0119. W Rolls Royce zajmowa\u0142 si\u0119 konstrukcjami turboodrzutowymi, kt\u00f3re doprowadzi\u0142a do powstania silnik\u00f3w rodziny Avon, a nast\u0119pnie silnikami dwuprzep\u0142ywowymi, wentylatorowymi i silnikami no\u015bnymi dla pionowego startu i l\u0105dowania (konstrukcje VTOL). Zmar\u0142 w 1963 roku.<\/p>\n
Jak dzia\u0142a silnik turboodrzutowy?<\/h3>\n
W przeciwie\u0144stwie do silnik\u00f3w rakietowych, strumieniowych i pulsacyjnych silnik turboodrzutowy osi\u0105ga moc, a w\u0142a\u015bciwie ci\u0105g, nawet gdy ten nie znajduje si\u0119 w ruchu. To umo\u017cliwia podobnie jak samolotom z nap\u0119dem \u015bmig\u0142owym ruszenie z postoju, ko\u0142owanie, rozbieg, start i l\u0105dowanie, a\u017c do zaparkowania.<\/p>\n
Poniewa\u017c silnik turboodrzutowy jest maszyn\u0105 ciepln\u0105, dlatego obowi\u0105zuj\u0105 go wszystkie zasady termodynamiki. Silnik rozpoczyna si\u0119 chwytem powietrza i kana\u0142em dolotowym powietrza. Jego d\u0142ugo\u015b\u0107 i \u015brednica jest r\u00f3\u017cna i zale\u017cna od parametr\u00f3w silnika turboodrzutowego oraz pr\u0119dko\u015bci osi\u0105ganych przez statek powietrzny. Chwyt powietrza znajduje si\u0119 zwykle w przedniej cz\u0119\u015bci kad\u0142uba lub na pocz\u0105tku gondoli silnikowej. Regu\u0142\u0105 jest jeden chwyt powietrza dla jednego silnika. Oczywi\u015bcie s\u0105 wyj\u0105tki od regu\u0142y. Kszta\u0142t chwytu powietrza zale\u017cy od wielu czynnik\u00f3w, ale generalnie od wielko\u015bci silnika (jego zapotrzebowania na powietrze) i od pr\u0119dko\u015bci z jak\u0105 porusza si\u0119 samolot.<\/p>\n
I wreszcie mamy sam silnik. Zawsze wlot do niego jest okr\u0105g\u0142y. Tutaj centralnie mog\u0105 by\u0107 zamontowane inne urz\u0105dzenia osprz\u0119tu silnika, jak na przyk\u0142ad pr\u0105do-rozrusznik. Swoje przy\u0142\u0105cza ma instalacja olejowa \u0142o\u017cysk wa\u0142u. Tutaj cz\u0119sto s\u0105 tak\u017ce kierownice aerodynamiczne strug powietrza, kt\u00f3re pod odpowiednim k\u0105tem kieruj\u0105 powietrze na pierwszy stopie\u0144 spr\u0119\u017carki osiowej. W klasycznym silniku Whittle ten wlot powietrza do spr\u0119\u017carki by\u0142 pier\u015bcieniowy (na obwodzie). Jest to spowodowane zastosowaniem dwustronnej spr\u0119\u017carki od\u015brodkowej. Efektem spr\u0119\u017cania jest wzrost ci\u015bnienia powietrza, a przy okazji wzrost temperatury i to znaczny. Mo\u017ce by\u0107 to wzrost od 20 stopni C do 300 stopni Celsjusza. Kompresja powietrza w spr\u0119\u017carce wywo\u0142uje wzrost jego temperatury, co nie jest korzystne dla uk\u0142adu termodynamicznego. By\u0107 mo\u017ce w przysz\u0142ych silnikach turboodrzutowych pojawia si\u0119 urz\u0105dzenie obni\u017caj\u0105ce temperatur\u0119 spr\u0119\u017conego powietrza, na wz\u00f3r intercooler-a.<\/p>\n
Spr\u0119\u017carka jest pierwsz\u0105 z trzech zasadniczych cz\u0119\u015bci silnika turboodrzutowego. Jej zadaniem jest kompresja powietrza zanim dostanie si\u0119 ono do komory spalania. Spr\u0119\u017canie ma na celu zwi\u0119kszenie ilo\u015bci powietrza, a dok\u0142adnie zwi\u0119kszenie ilo\u015bci utleniacza, kt\u00f3ry jest jednym z dw\u00f3ch podstawowych substrat\u00f3w procesu spalania. W konkretnym przypadku jest to tlen (O2), kt\u00f3rego w powietrzu mamy oko\u0142o 21 %.<\/p>\n
Spr\u0119\u017cone powietrze trafia do komory spalania. W klasycznym silniku Whittle jest 10-dzbanowych kom\u00f3r spalania. Taki uk\u0142ad mia\u0142 t\u0119 zalet\u0119, \u017ce dysponuj\u0105c materia\u0142ami mniej odpornymi na wysok\u0105 temperatur\u0119 mo\u017cna by\u0142o uzyska\u0107 d\u0142u\u017csz\u0105 \u017cywotno\u015b\u0107 komory spalania poprzez jej lepsze ch\u0142odzenie. W komorze spalania nast\u0119puje wtrysk paliwa, powstanie mieszanki i jej zap\u0142on. W silniku turboodrzutowym proces spalania mieszanki jest procesem ci\u0105g\u0142ym, nie jak w silniku t\u0142okowym. Paliwo utlenione jest ca\u0142kowicie. Nast\u0119puje gwa\u0142towny wzrost ci\u015bnienia i temperatury. Temperatura mo\u017ce by\u0107 od 850 stopni Celsjusza w starszych konstrukcjach, nawet do 2 000 stopni Celsjusza w nowoczesnych i eksperymentalnych konstrukcjach.<\/p>\n
Inicjacja zap\u0142onu nast\u0119puje pocz\u0105tkowo poprzez \u015bwiecie zap\u0142onowe. Po inicjacji zap\u0142onu ogie\u0144 podtrzymywany jest samoczynnie w spos\u00f3b ci\u0105g\u0142y. Komory spalania maj\u0105 r\u00f3\u017cn\u0105 budow\u0119. Pocz\u0105tkowo by\u0142y to rury \u017carowe, szybko zast\u0105pione przez komory spalania o kszta\u0142cie rurowo-dzbanowym.<\/p>\n
Spaliny maj\u0105 du\u017c\u0105 energi\u0119 i s\u0105 skierowane na trzeci element silnika turboodrzutowego, czyli na \u0142opatki turbiny. W ten spos\u00f3b cz\u0119\u015b\u0107 energii przekazuj\u0105 dla obrotu turbiny, kt\u00f3ry poprzez wa\u0142 wprawia w ruch spr\u0119\u017cark\u0119. Wyp\u0142ywaj\u0105ce spaliny, maj\u0105 jeszcze tak du\u017c\u0105 energi\u0119, \u017ce poprzez wyrzut z dyszy wylotowej silnika generuj\u0105 ci\u0105g, kt\u00f3ry wywo\u0142uje ruch post\u0119powy.<\/p>\n
Mo\u017cliwo\u015b\u0107 wygenerowania nadmiaru mocy w turbinie wynika z wysokich temperatur z procesu spalania. Im wy\u017csza jest temperatura spalin, tym wi\u0119ksza jest obj\u0119to\u015b\u0107 w\u0142a\u015bciwa, a wi\u0119c wi\u0119cej energii uzyska si\u0119 z jego rozpr\u0119\u017cenia. Gdyby temperatura spalin by\u0142a ni\u017csza to uzyska si\u0119 z nich mniej energii. Wniosek jest nast\u0119puj\u0105cy: Spr\u0119\u017canie powinno by\u0107 prowadzone przy jak najni\u017cszej temperaturze, natomiast rozpr\u0119\u017canie przy jak najwy\u017cszej temperaturze.<\/p>\n W silniku turboodrzutowym spaliny maj\u0105 jeszcze du\u017c\u0105 temperatur\u0119, a przez to energi\u0119. Dlatego kszta\u0142t i d\u0142ugo\u015b\u0107 rury wydechowej (wylotowej) i sama dysza wylotowa jest stosowanie opracowana i wykonana. Pojawiaj\u0105 si\u0119 tutaj dyfuzory i konfuzory, regulowane przekroje, dodatkowe wloty powietrza i upusty spalin. Stosunkowo szybko zauwa\u017cono, \u017ce spaliny posiadaj\u0105 jeszcze znaczny procent tlenu, dlatego zasadne okaza\u0142o si\u0119 zastosowanie dopalaczy.<\/p>\n W trakcie dalszych, wieloletnich analiz pracy silnik\u00f3w turboodrzutowych uda\u0142o si\u0119 sprecyzowa\u0107, \u017ce najwi\u0119kszy procentowy udzia\u0142 w wytworzenia ci\u0105gu ma spr\u0119\u017carka. Czym wi\u0119ksza jej sprawno\u015b\u0107 tym silnik turboodrzutowy jest lepszy.<\/p>\n Silnik turboodrzutowy pod wzgl\u0119dem mechanicznym jest stosunkowo prostym urz\u0105dzeniem. Mo\u017ce sk\u0142ada\u0107 si\u0119 zaledwie z jednego wa\u0142u (szpuli), uk\u0142adu podawania (wtrysku) paliwa oraz uk\u0142adu smarowania. Jednak wysokie wymagania, jakie stawia lotnictwo oraz praca w ekstremalnych zakresach temperatur, spowodowa\u0142o, \u017ce silniki lotnicze maj\u0105 bogate oprzyrz\u0105dowanie. S\u0105 uk\u0142ady gaszenia mo\u017cliwych po\u017car\u00f3w, odladzania chwyt\u00f3w powietrza, regulowania strumienia przep\u0142ywaj\u0105cego powietrza, pobierania cz\u0119\u015bci powietrza dla uk\u0142ad\u00f3w klimatyzacji i ogrzewania, instalacje u\u0142atwiaj\u0105ce kontrol\u0119 oraz urz\u0105dzenia pomiarowe i steruj\u0105ce.<\/p>\n Turbina w klasycznym silniku Whittle jest jednostopniowa. Obecnie turbiny maj\u0105 kilka stopni i maj\u0105 tych stopni nie mniej ni\u017c wa\u0142\u00f3w. W klasycznym silniki Whittle by\u0142 jeden wa\u0142, kt\u00f3ry na sztywno \u0142\u0105czy\u0142 turbin\u0119 ze spr\u0119\u017cark\u0105. Jaka jest pr\u0119dko\u015b\u0107 obrotowa turbiny, taka jest pr\u0119dko\u015b\u0107 obrotowa spr\u0119\u017carki. Obecne silniki, cho\u0107 do zasady dzia\u0142ania s\u0105 identyczne, to maj\u0105 dwa lub trzy wa\u0142y. Obecnie nie stosuje si\u0119 jeszcze uk\u0142ad\u00f3w czerto-wa\u0142owych. W uk\u0142adzie dwu-wa\u0142owym (dwu-szpulowym) schemat jest taki: pierwsze stopnie spr\u0119\u017carki osiowej s\u0105 po\u0142\u0105czone wa\u0142em wewn\u0119trznym z ostatnimi stopniami turbiny. Ostatnie stopnie spr\u0119\u017carki s\u0105 po\u0142\u0105czone wa\u0142em zewn\u0119trznym z pierwszymi stopnia turbiny.<\/p>\n Turbina pracuje w bardzo wysokich temperaturach rz\u0119du od 800 stopni C do 1 400 stopni C, a nawet obecnie 1 600 stopni Celsjusza. I tutaj by\u0142 podstawowy problem do rozwi\u0105zania przez pierwszych tw\u00f3rc\u00f3w silnik\u00f3w turboodrzutowych. Zreszt\u0105 jest to problem z kt\u00f3rym borykaj\u0105 si\u0119 konstruktorzy do chwili obecnej. Trwa\u0142o\u015b\u0107 turbiny decyduje o trwa\u0142o\u015bci ca\u0142ego silnika turboodrzutowego. Dlatego by\u0142a linia rozwojowa motorjet oraz silnik\u00f3w strumieniowych, kt\u00f3re nie maj\u0105 turbiny.<\/p>\n Ju\u017c w pierwszych latach pracy nad silnikami turboodrzutowymi konstruktorzy odkryli, \u017ce w spalinach jest doj\u015b\u0107 powietrza, aby spali\u0107 dodatkowe paliwo i uzyska\u0107 przyrost ci\u0105gu. Tak narodzi\u0142 si\u0119 dopalacz, kt\u00f3ry potrafi generowa\u0107 50-80 % dodatkowego ci\u0105gu. Dopalacz swoj\u0105 ide\u0105 nawi\u0105zuje do silnik\u00f3w strumieniowych. Dopalaczy nie stosuje si\u0119 w silnikach samolot\u00f3w komercyjnych, kt\u00f3re maj\u0105 pr\u0119dko\u015b\u0107 przelotowa podd\u017awi\u0119kow\u0105. Wynika to ze znacznego wzrostu zu\u017cycia paliwa przy jednocze\u015bnie niewielkich, specyficznych efektach ich u\u017cycia.<\/p>\n Uk\u0142ad turbina-spr\u0119\u017carka jest taki, \u017ce tylko oko\u0142o 10-20 % energii jest wykorzystana do nap\u0119du spr\u0119\u017carki. Reszta jest wykorzystana do nap\u0119du \u015bmig\u0142a (silnik turbo\u015bmig\u0142owy) lub energii odrzutu. W turbo-si\u0142owniach okr\u0119towych moc przekazywana jest na \u015bruby okr\u0119towe. W turbo-elektrowniach moc przekazywana jest na generator energii elektrycznej. W silniku turboodrzutowym spaliny s\u0105 kierowane do dyszy wylotowej, kt\u00f3ra mo\u017ce mie\u0107 sta\u0142y przekr\u00f3j lub regulowany. W pierwszym przypadku s\u0105 to dysze wylotowe silnik\u00f3w samolot\u00f3w komercyjnych, gdzie warunki pracy s\u0105 niemal sta\u0142e. Dysze regulowane stosuje si\u0119 w samolotach bojowych, gdzie zmiany parametr\u00f3w pracy silnik\u00f3w s\u0105 bardzo dynamiczne. W ostatnich 20-latach opracowano tak\u017ce dysze wylotowe z wektorowanym ci\u0105giem, kt\u00f3ry zwi\u0119kszy\u0142 manewrowo\u015b\u0107 samolot\u00f3w bojowych.<\/p>\n Uk\u0142ad turbina-spr\u0119\u017carka d\u0105\u017cy do swoistej r\u00f3wnowagi. Im wy\u017csza temperatura spalin w komorze spalania, tym wi\u0119ksza obj\u0119to\u015b\u0107 w\u0142a\u015bciwa (dla tego samego ci\u015bnienia), a tym samym mo\u017cemy uzyska\u0107 wi\u0119cej energii z jego rozpr\u0119\u017cenia i si\u0142y odrzutu lub bardziej spr\u0119\u017cy\u0107 powietrze w spr\u0119\u017carce i uzyska\u0107 wi\u0119cej powietrza w komorze spalania. Ograniczeniem jest temperatura jak\u0105 wytrzymaj\u0105 materia\u0142y z kt\u00f3rych zrobiony jest silniki. W nowoczesnych silnikach stosuje si\u0119 (kolejno\u015b\u0107 wed\u0142ug obj\u0119to\u015bci): nikiel, tytan, stal, kompozyty i aluminium. Najwy\u017csze temperatury w silniku turboodrzutowym powstaj\u0105 w komorze spalania (pier\u015bcieniowej lub starego typu dzbanowej, rurowej, puszkowej) i na pierwszych stopniach turbiny. Jedne i drugie podzespo\u0142y wykonuje si\u0119 ze wysoko-wytrzyma\u0142ych termicznie materia\u0142\u00f3w oraz stosuje si\u0119 ch\u0142odzenie powietrzem pobieranym ze spr\u0119\u017carki. We wn\u0119trzu \u0142opatek turbiny wykonuje si\u0119 wewn\u0119trzny kana\u0142 przez kt\u00f3ry przep\u0142ywa powietrze odbieraj\u0105c nadmiar ciep\u0142a od wewn\u0105trz poprzez konwersj\u0119 wymuszon\u0105. To rozwi\u0105zanie powoduje, \u017ce \u0142opatka mo\u017ce pracowa\u0107 w wy\u017cszej temperaturze ni\u017c materia\u0142 z kt\u00f3rej jest wykonana. \u0141opatki ch\u0142odzone powietrzem stosuje si\u0119 dla silnik\u00f3w w kt\u00f3rych temperatura na pierwszym stopniu turbiny przekracza 1\u00a0000 stopni C. Powietrze wyp\u0142ywaj\u0105ce z poszczeg\u00f3lnych \u0142opatek tworzy dodatkow\u0105 warstw\u0119 powietrza oddzielaj\u0105c\u0105 gor\u0105ce spaliny od \u015bciany \u0142opatki. Najlepsze technologie ch\u0142odzenia \u0142opatek umo\u017cliwiaj\u0105 uzyskiwanie temperatury spalin przed turbin\u0105 rz\u0119du 1\u00a0430 stopni C. Poniewa\u017c ch\u0142odzone \u0142opatki turbiny s\u0105 drogie, wi\u0119c nie s\u0105 one zawsze stosowane w konstrukcjach nowych silnik\u00f3w. Tylko nieliczni producenci na \u015bwicie produkuj\u0105 tego typu \u0142opatki. Tutaj niemal zawsze dzia\u0142a rachunek; koszt-efekt.<\/p>\n Kolejnym sposobem jest stosowanie pow\u0142ok ceramicznych, kt\u00f3re tak\u017ce wytrzymuj\u0105 wy\u017csze temperatury ni\u017c stopy metali.<\/p>\n W silnikach turboodrzutowych, turbo-wentylatorowych i turbo\u015bmig\u0142owych tylko oko\u0142o 25 % powietrza jest u\u017cywany do bezpo\u015bredniej reakcji spalania w p\u0142omieniu palnik\u00f3w. Reszta powietrza s\u0142u\u017cy do ch\u0142odzenia \u015bcian wk\u0142ad\u00f3w puszek p\u0142omieniowych (lub kom\u00f3r pier\u015bcieniowych), centrowania p\u0142omienia w komorze spalania (ewentualnie w dopalaczu), spalania dodatkowego paliwa w dopalaczu, ch\u0142odzenia ca\u0142ego silnika (komory dopalacza, dyszy wylotowej). Wp\u0142ywa to na znaczny wzrost wytrzyma\u0142o\u015bci silnik\u00f3w i ich \u017cywotno\u015bci. Dodatkow\u0105 cech\u0105 s\u0105 mniejsze wibracje i mniejsza emisja cieplna.<\/p>\n Warto w tym miejscu napisa\u0107 jeszcze par\u0119 zda\u0144 o sile odrzutu strumienia spalin z dyszy wylotowej. Testy przeprowadzone na bardzo popularnym silniku Pratt & Whitney JT3D (TF33-PW), kt\u00f3ry zasila\u0142 mi\u0119dzy innymi samoloty komercyjne Boeing 707, a jego ci\u0105g wynosi (w dzisiejszych realiach) zaledwie 93,4 kN. Silnik ten potrafi zdmuchn\u0105\u0107 ustawiony za nim w odleg\u0142o\u015bci 25 m samoch\u00f3d osobowy o masie oko\u0142o 1 000 kg i odrzuci\u0107 go, roluj\u0105c po ziemi na odleg\u0142o\u015b\u0107 oko\u0142o 80 m. Z kolei, z frontu silnik ten potrafi wci\u0105gn\u0105\u0107 doros\u0142ego cz\u0142owieka z odleg\u0142o\u015bci 3 m. A co dopiero potrafi zrobi\u0107 silnik General Electric GE90-115B, kt\u00f3ry w 2002 roku ustanowi\u0142 \u015bwiatowy rekord ci\u0105gu, wynikiem 127 900 lbf (568,93 kN), czyli sze\u015b\u0107 razy tyle co silnik Pratt & Whitney JT3D (TF33-PW).<\/p>\n Silnik turboodrzutowy jest faktycznie maszyn\u0105 ciepln\u0105 i dlatego w pe\u0142ni obowi\u0105zuj\u0105 go zasady termodynamiki. Prac\u0119 silnika turboodrzutowego przedstawia wykres, kt\u00f3ry nazywamy obiegiem Braytona-Joule’a. Wykres przedstawia zale\u017cno\u015b\u0107 temperatury [t] i entropii w\u0142a\u015bciwej [s] (termodynamiczna funkcja stanu).<\/p>\n Entropia (s)\u2013 zgodnie z druga zasad\u0105 termodynamiki, je\u017celi uk\u0142ad termodynamiczny przechodzi od jednego stanu r\u00f3wnowagi do drugiego, bez udzia\u0142u czynnik\u00f3w zewn\u0119trznych (a wi\u0119c spontanicznie), to jego entropia zawsze ro\u015bnie. Wi\u0119c entropia jest funkcj\u0105 stanu, okre\u015blaj\u0105c kierunek przebiegu proces\u00f3w spontanicznych (samorzutnych).<\/p>\n W silniku turboodrzutowym wyst\u0119puj\u0105 cztery przemiany. Z pierwszej zasady termodynamiki wynika dla obiegu termodynamicznego, \u017ce pole zamkni\u0119te krzywymi tworz\u0105cymi obieg reprezentuje prac\u0119 obiegu. W cz\u0119\u015bci 1-2 nast\u0119puje spr\u0119\u017canie adiabatyczne, czyli bez starta i jest jednocze\u015bnie przemian\u0105 iznetropow\u0105. W cz\u0119\u015bci 2-3 mamy przemian\u0119 izobaryczn\u0105 polegaj\u0105c\u0105 na dostarczeniu ciep\u0142a, kt\u00f3re jest zrealizowano poprzez spalanie paliwa w obecno\u015bci utleniacza. W cz\u0119\u015bci 3-4 nast\u0119puje rozpr\u0119\u017canie adiabatyczne, bez strat, czyli odwracalne i jednocze\u015bnie izentropowe. W cz\u0119\u015bci 4-1 mamy do czynienia z ch\u0142odzeniem adiabatycznym w silniku turboodrzutowym realizowane poprzez wydalenie czynnika gor\u0105cego na zewn\u0105trz, do otoczenia i jednocze\u015bnie zassanie kolejne porcji zimnego powietrza z otoczenia.<\/p>\n W rzeczywisto\u015bci w uk\u0142adzie wyst\u0119puj\u0105 straty i dlatego wykres w cz\u0119\u015bci 1-2 oraz 3-4 r\u00f3\u017cni si\u0119 od teoretycznego. Pole powierzchni tak powsta\u0142ej figury jest sprawno\u015bci\u0105 uk\u0142adu. Czym pole powierzchni jest wi\u0119ksze tym uk\u0142ad jest bardziej sprawny. Maksymalna temperatura w punkcie \u201e3\u201d w rzeczywistym silniku turboodrzutowym jest ograniczona mo\u017cliwo\u015bci\u0105 wytrzymania wysokich temperatur przez turbin\u0119. W zw\u0142aszcza jej pierwszych stopni, kt\u00f3re powinny by\u0107 \u017caroodporne i \u017carowytrzyma\u0142e oraz ch\u0142odzone. Punk \u201e1\u201d na wykresie powinien by\u0107 jak najni\u017cej, czyli temperatura zewn\u0119trzna powietrza powinna by\u0107 jak najni\u017csza. To t\u0142umaczy dlaczego silniki turboodrzutowe w gor\u0105cych klimatach s\u0105 nieznacznie s\u0142absze. Z kolei konstruktorzy silnik\u00f3w lotniczych testy wykonuj\u0105 w godzinach wczesno-porannych, kiedy temperatura powietrza jest najni\u017csza. Tak zawsze czynili Szwedzi.<\/p>\n Straty w silniku turboodrzutowym wyst\u0119puj\u0105 z powodu tarcia wewn\u0119trznego uk\u0142adu powstaj\u0105cych przy spr\u0119\u017caniu i rozpr\u0119\u017caniu oraz w procesie ogrzewania i ch\u0142odzenia czynnika. Do tego dochodz\u0105 straty powsta\u0142e w wyniku turbulencji przep\u0142ywu powietrza. Straty powstaj\u0105 tak\u017ce w wyniku pobierania cz\u0119\u015bci powietrza ze spr\u0119\u017carki do uk\u0142ad\u00f3w ogrzewania i odladzania. Straty promieniowania cz\u0119\u015bci energii cieplnej poprzez promieniowanie korpusu silnika do otoczenia. Straty promieniowania podczerwonego. Straty powsta\u0142e w wyniku nieca\u0142kowitego i niezupe\u0142nego spalenia paliwa.<\/p>\n Oko\u0142o 60 % mocy produkowanej przez silnik turboodrzutowy jest wykorzystywany do nap\u0119du spr\u0119\u017carki.<\/p>\n Poniewa\u017c dla danego strumienia masy przep\u0142ywaj\u0105cego czynnika przez silnik turboodrzutowy, jednostkow\u0105 moc\u0105 wewn\u0119trzna maszyny odpowiada spadkowi i przyrostowi entalpii (energii) uk\u0142adu. Dlatego te\u017c uk\u0142ad pracy opisuje uk\u0142ad h-s (entalpia w\u0142a\u015bciwa – entropia w\u0142a\u015bciwa).<\/p>\n Sprawno\u015b\u0107 jest jednym z podstawowych parametr\u00f3w charakteryzuj\u0105ce maszyny cieplne. Dla silnik\u00f3w turboodrzutowych wewn\u0119trzna moc jednostkowa jest definiowana jako stosunek mocy wewn\u0119trznej do strumienia masy powietrza na wlocie do spr\u0119\u017carki. Jak w ka\u017cdym silniku cieplnym sprawno\u015b\u0107 uk\u0142adu mo\u017cna podnie\u015b\u0107 podnosz\u0105c temperatur\u0119 maksymaln\u0105, na wej\u015bciu na \u0142opatki turbiny i obni\u017caj\u0105c temperatur\u0119 minimaln\u0105, czyli temperatur\u0119 na wej\u015bciu do komory spalania. Dla silnika turboodrzutowego obni\u017cenie dolnej temperatury jest niezwykle trudne, bo mamy tutaj do czynienia z \u201equasi-ch\u0142odzeniem\u201d.<\/p>\n Sprawdzonym sposobem podnoszenie sprawno\u015bci silnika turboodrzutowego jest podniesienie temperatury maksymalnej. Dla danej temperatury spalin na wlocie do turbiny istnieje pewien spr\u0119\u017c, przy kt\u00f3rym krzywe sprawno\u015bci osi\u0105gaj\u0105 maksimum. Dalszy spr\u0119\u017c powoduje ich spadek. Maksima te wyst\u0119puj\u0105 r\u00f3wnie\u017c na krzywych mocy jednostkowej. Niestety, maksima te na krzywych sprawno\u015bci i mocy jednostkowej nie pokrywaj\u0105 si\u0119. Co ciekawe, czym wy\u017csza temperatura tym wi\u0119ksza r\u00f3\u017cnica mi\u0119dzy tymi maksymami. Co to oznacza? Nie jest wi\u0119c mo\u017cliwe zaprojektowanie prostego uk\u0142adu turbiny lotniczej, kt\u00f3rej spr\u0119\u017c by\u0142by optymalny zar\u00f3wno ze wzgl\u0119du na maksimum sprawno\u015bci jak i maksimum mocy jednostkowej. To t\u0142umaczy dlaczego konstruktorzy silnik\u00f3w lotniczych zacz\u0119li stosowa\u0107 takie rozwi\u0105zania jak: ruchome kierownice aerodynamiczne mi\u0119dzy stopniami spr\u0119\u017carki, upusty w spr\u0119\u017carkach, jak i uk\u0142ady dwu-wa\u0142owe i tr\u00f3j-wa\u0142owe.<\/p>\n Trzy du\u017ce koncerny produkuj\u0105ce silnik lotnicze (Rolls Royce, Pratt Whitney i General Electric) osi\u0105gn\u0119li ju\u017c sprawno\u015b\u0107 rz\u0119du oko\u0142o 85 %. Teraz walcz\u0105 o utrzymanie tej sprawno\u015bci przy zmniejszaniu jednostkowego zu\u017cycia paliwa, bo ten parametr przek\u0142ada si\u0119 na zyski finansowe. Z kolei dalsze podnoszenie sprawno\u015bci uk\u0142ad\u00f3w jest mo\u017cliwe poprzez ich rozbudow\u0119, a to nie zawsze mo\u017ce by\u0107 ekonomicznie korzystne.<\/p>\n W silnikach turboodrzutowych spotykamy dwa typy spr\u0119\u017carek. Spr\u0119\u017carki od\u015brodkowe (promieniowe) i spr\u0119\u017carki osiowe. Te pierwsze wnosi\u0142y du\u017cy w k\u0142ad w rozw\u00f3j turbin gazowych, ale obecnie w lotnictwie s\u0105 wyj\u0105tkami. Stosuje si\u0119 je w uk\u0142adach kombinowanych dla nap\u0119du turbo\u015bmig\u0142owego i turbin \u015bmig\u0142owc\u00f3w. Te drugie stanowi\u0105 podstaw\u0119 silnik\u00f3w turboodrzutowych i s\u0105 wci\u0105\u017c rozwijane.<\/p>\n Prawdopodobnie pierwsz\u0105 u\u017cytkow\u0105 spr\u0119\u017cark\u0119 od\u015brodkow\u0105 zbudowa\u0142 i zastosowa\u0142 u\u017cytkowo Willis Carrier w USA. By\u0142a ona wykorzystana w uk\u0142adzie wentylacji i klimatyzacji w biurze firmy Carrier w New Jersey. Od 1924 roku, spr\u0119\u017carki tego typu s\u0105 produkowane seryjnie dla instalacji ch\u0142odniczych. Najpierw w USA.<\/p>\n Spr\u0119\u017carka od\u015brodkowa inaczej jest nazywana spr\u0119\u017cark\u0105 promieniow\u0105. Charakteryzuje si\u0119 promieniowym przep\u0142ywem powietrza. Powietrze od obracaj\u0105cego si\u0119 wirnika jest zasysane do \u015brodka i promieniowo odrzucane na zewn\u0105trz wirnika na skutek dzia\u0142ania si\u0142y od\u015brodkowej. (Tak samo dzieje si\u0119 w zwyk\u0142ej wirnikowej pompie wodnej). Ruch powietrza w kierunku promieniowym skutkuje wzrostem ci\u015bnienia jak i generowaniem energii kinetycznej. Kompresja takiej spr\u0119\u017carki lotniczej wynosi oko\u0142o 3:1, co w por\u00f3wnaniu do 1-stopniowej spr\u0119\u017carki osiowej jest warto\u015bci\u0105 znacznie wy\u017csz\u0105. W tym drugim przypadki kompresja mo\u017ce wynie\u015b\u0107 max 1,2:1 (przy silniku kt\u00f3ry nie przemieszcza si\u0119).<\/p>\n Teoretycznie mo\u017cna by\u0142o zbudowa\u0107 uk\u0142ad silnika turboodrzutowego z kilkoma stopniami spr\u0119\u017carki od\u015brodkowej na wsp\u00f3lnym wale. Jednak takiego wariantu nie praktykowano. Chocia\u017c w uk\u0142adzie 2-stopniowej spr\u0119\u017carki od\u015brodkowej \u0142atwo mo\u017cna by\u0142oby zastosowa\u0107 uk\u0142ad ch\u0142odzenia. Takie uk\u0142ady s\u0105 stosowane w przemy\u015ble petrochemicznym, gazowniczym, itp. Zbudowano natomiast i szeroko wykorzystywano spr\u0119\u017cark\u0119 od\u015brodkow\u0105 dwustronn\u0105 (np. silnik PZL Lis-1).<\/p>\n Spr\u0119\u017carki od\u015brodkowe charakteryzuj\u0105 si\u0119 wysok\u0105 sprawno\u015bci\u0105 energetyczn\u0105. Niezale\u017cnie od ich wielko\u015bci i zakresu pracy. Sprawno\u015b\u0107 ta jest w zakresie 70-80 %. Ta wysoka sprawno\u015b\u0107 jest wynikiem niewielkich strat zwi\u0105zanych z tarciem i turbulencj\u0105.<\/p>\n Wirnik lotniczej spr\u0119\u017carki od\u015brodkowej ma budow\u0119 otwart\u0105. Wirnik jest wykonany zwykle ze stopu specjalnej stali nierdzewnej lub aluminium. Oparty jest zwykle na \u0142o\u017cysku wa\u0142eczkowym smarowanym i ch\u0142odzonym olejem. Uszczelnienia mi\u0119dzy wa\u0142em a obudow\u0105 spr\u0119\u017carki s\u0105 stosowane w kilku odmianach: labiryntowe, pier\u015bcieniowe i hydrostatyczne. \u015arednica wirnika wynosi od 0,50 m do 1,0 m. Wirnik ma od 18 do 40 \u0142opatek. Zwykle 28 lub 32 \u0142opatki. Zdecydowana wi\u0119kszo\u015b\u0107 wirnik\u00f3w obraca si\u0119 w lewo (przeciwnie do ruchu wskaz\u00f3wek zegara) patrz\u0105c na silnik turboodrzutowy w kierunku lotu.<\/p>\n Opis do zdj\u0119cia: Spr\u0119\u017carka od\u015brodkowa (promieniowa). Ma ona 14-\u0142opatek pe\u0142nych i 14-\u0142opatek po\u0142\u00f3wkowych. Kierunek obrot\u00f3w w lewo, przeciwnie do wskaz\u00f3wek zegara.<\/p>\n Spr\u0119\u017carki od\u015brodkowe s\u0105 nadal wykorzystywane. G\u0142\u00f3wnie przy silnikach o mniejszych nat\u0119\u017ceniach przep\u0142ywu powietrza, poniewa\u017c s\u0105 w stanie lepiej je obs\u0142u\u017cy\u0107 ni\u017c spr\u0119\u017carki osiowe. Poza tym spr\u0119\u017carka od\u015brodkowa (promieniowa) jest mniej podatna na zjawisko pompa\u017cu.<\/p>\n Nie mo\u017cna powiedzie\u0107, \u017ce spr\u0119\u017carka osiowa jest lepsza od od\u015brodkowej, albo na odwr\u00f3t. Du\u017co zale\u017cy do masy i ilo\u015bci przep\u0142ywaj\u0105cego powietrza. Dla obecnych silnik\u00f3w turboodrzutowych spr\u0119\u017carka osiowa jest typowa. Przep\u0142yw powietrza przez ni\u0105 jest osiowy, a pr\u0119dko\u015b\u0107 promieniowa jest niezwykle ma\u0142a i jest pomijalna.<\/p>\n Budowa spr\u0119\u017carki osiowej w stosunku do spr\u0119\u017carki od\u015brodkowej wydaje si\u0119 prostsza, ale w rzeczywisto\u015bci jest bardziej skomplikowana. Powietrze nap\u0142ywaj\u0105ce do spr\u0119\u017carki najpierw natrafia na kierownice aerodynamiczne, czasami nazywane kierownicami wst\u0119pnymi. Zadaniem tych kierownic jest wst\u0119pne zawirowanie powietrza oraz likwidacja szkodliwego zawirowania powsta\u0142ego w chwycie powietrza. Powietrze trafia na pierwszy wieniec \u0142opatek, tak zwany 1-stopie\u0144 spr\u0119\u017carki. Wieniec \u0142opatek przymocowany jest trwale do tarczy, kt\u00f3ra osadzona jest na wale silnika i obraca si\u0119 zwykle w lew\u0105 stron\u0119 (przeciwnie do wskaz\u00f3wek zegara) patrz\u0105c w kierunku lotu. Spr\u0119\u017carka ma od trzech nawet do 17-stopni spr\u0119\u017carki. Typowe s\u0105 liczby 7 i 9-stopni. Pierwszy stopie\u0144 spr\u0119\u017carki przyspiesza powietrze, kt\u00f3re za pierwszym wie\u0144cem \u0142opatek trafia na kierownic\u0119 zawirnikow\u0105. Kierownica zawirnikowa ponownie koryguje kierunek przep\u0142ywu powietrza. Kierownica zawirnikowa sk\u0142ada si\u0119 z \u0142opatek na sta\u0142e przymocowanych do zewn\u0119trznej konstrukcji silnika. Wieniec tych \u0142opatek nie obraca si\u0119, dlatego u\u017cywa si\u0119 tak\u017ce okre\u015blenie \u0142opatki stojana. Bywaj\u0105 konstrukcje w kt\u00f3rych mo\u017cna zmienia\u0107 k\u0105t zaklinowania tych \u0142opatek. B\u0119dzie o tym jeszcze mowa. Dalej jest 2-stopie\u0144 spr\u0119\u017carki z kolejnym wie\u0144cem \u0142opatek i kolejne kierownice aerodynamiczne zawirnikowe. I tak kolejne stopnie. Ka\u017cdy kolejny stopie\u0144 ma nieco mniejsz\u0105 \u015brednic\u0119 i d\u0142ugo\u015b\u0107 \u0142opatek. Za ostatnim stopniem zwykle nie ma kierownic aerodynamicznych. W czasie przep\u0142ywu powietrza przez spr\u0119\u017cark\u0119 osiow\u0105 energia kinetyczna cz\u0119\u015bciowo zamienia si\u0119 na energi\u0119 potencjaln\u0105.<\/p>\n Po wyj\u015bciu powietrza ze spr\u0119\u017carki jest dyfuzor w kt\u00f3rym nast\u0119puje dalsza zmiana energii kinetycznej w potencjaln\u0105. Cz\u0119\u015b\u0107 spr\u0119\u017carek osiowych nie posiada wst\u0119pnych kierownic aerodynamicznych.<\/p>\n Spr\u0119\u017carki osiowe na jednym stopniu mog\u0105 osi\u0105ga\u0107 kompresj\u0119 do 1,3:1 dla pr\u0119dko\u015bci podd\u017awi\u0119kowych oraz do 2,5:1 dla pr\u0119dko\u015bci nadd\u017awi\u0119kowych. Ta r\u00f3\u017cnica wynika z faktu ruchu post\u0119powego silnika, co naturalnie wywo\u0142uj spr\u0119\u017cenie powietrza w chwycie powietrza i w kanale powietrznym. Z kolei zastosowanie kilku lub kilkunastu stopni spr\u0119\u017carki powoduje kompresj\u0119 powietrza rz\u0119du 20:1 i wi\u0119cej (dla silnika nie b\u0119d\u0105cego w ruchu post\u0119powym).<\/p>\n Najnowocze\u015bniejsze silniki turbo-wentylatorowe maj\u0105 ogromne przep\u0142ywy i kompresj\u0119 powietrza rz\u0119du 30:1 w trakcie lotu. Aby uzyska\u0107 stabilny przep\u0142yw powietrza przez spr\u0119\u017cark\u0119 osiow\u0105, a jednocze\u015bnie efektywny wzrost ci\u015bnienia stosuje si\u0119 kilka stopni spr\u0119\u017cania. Dzi\u0119ki temu rozci\u0105ga si\u0119 wzrost ci\u015bnienia i w czasie i w przestrzeni (na d\u0142ugo\u015bci). Ka\u017cdy stopie\u0144 spr\u0119\u017carki sk\u0142ad si\u0119 z szeregu \u0142opatek trwale przymocowanych do wiruj\u0105cej tarczy oraz z szeregu nieruchomych kierownic (\u0142opatek) przymocowanych do wewn\u0119trznej obudowy silnika zwanych stojanem. Ka\u017cdy stopie\u0144 mo\u017ce mie\u0107 30-100 wiruj\u0105cych \u0142opatek i 30-100 kierownic. Mi\u0119dzy wlotem powietrza do silnika, a komor\u0105 spalania mo\u017ce by\u0107 nawet 20-stopni. Rol\u0105 \u0142opatek jest przyspieszenie zassanego powietrza w celu zwi\u0119kszenia energii kinetycznej powietrza. Powietrze jest systematycznie hamowane i w konsekwencji wzrasta jego ci\u015bnienie. Kolejne stopnie spr\u0119\u017carki utrzymuj\u0105 przep\u0142yw powietrza na sta\u0142ym poziomie, ale poniewa\u017c zmniejsza si\u0119 \u015bwiat\u0142o kolejnych stopni to wzrasta g\u0119sto\u015b\u0107, ci\u015bnienie i temperatura powietrza. Jednym s\u0142owem, na pocz\u0105tki spr\u0119\u017carki \u015bwiat\u0142o jest du\u017ce (przekr\u00f3j poprzeczny przez kt\u00f3re przep\u0142ywa powietrze) a na ko\u0144cu znacznie mniejsze. Jest to zrealizowane albo poprzez zw\u0119\u017canie si\u0119 obudowy silnika, albo przez zwi\u0119kszanie \u015brednicy kolejnych tarcz (dysk\u00f3w), czyli zwi\u0119ksza si\u0119 wewn\u0119trzny sto\u017cek. Albo poprzez oba rozwi\u0105zania jednocze\u015bnie. Zatem spr\u0119\u017carka zw\u0119\u017ca si\u0119 w d\u00f3\u0142 od wlotu do wylotu.<\/p>\n W celu zredukowania liczby stopni, czyli obni\u017cenia masy silnika i zbudowania go bardziej zwartym stosuje si\u0119 wzory matematyczne, z kt\u00f3rych wylicza si\u0119 spr\u0119\u017cenie na ka\u017cdym stopniu. Najistotniejszymi parametrami dla tych wzor\u00f3w jest ci\u015bnienie pocz\u0105tkowe, \u015brednica wlotu i pr\u0119dko\u015b\u0107 obrotowa wa\u0142u (szpuli). Generalnie jest tak, \u017ce aby zwi\u0119kszy\u0107 spr\u0119\u017canie mo\u017cna zwi\u0119kszy\u0107 pr\u0119dko\u015b\u0107 obrotow\u0105 wa\u0142u silnika. Jednak nie mo\u017cna tego czyni\u0107 w niesko\u0144czono\u015b\u0107. Przy pewnej pr\u0119dko\u015bci obrotowej spr\u0119\u017carki powietrze traci pewn\u0105 swoj\u0105 \u201eplastyczno\u015b\u0107\u201d i pojawia si\u0119 zaburzenie, kt\u00f3re potrafi zniszczy\u0107 \u0142opatki. W takiej sytuacji pr\u0119dko\u015b\u0107 obrotowa pierwszego-stopnia jest g\u00f3rn\u0105 granic\u0105. Dla drugiego-stopnia ta warto\u015b\u0107 by\u0142aby ju\u017c wi\u0119ksza, ale nie mo\u017cna tej warto\u015bci podnie\u015b\u0107 z uwagi na pierwszy-stopie\u0144. To t\u0142umaczy dlaczego warto budowa\u0107 silniki turboodrzutowe dwu-wa\u0142owe i tr\u00f3j-wa\u0142owe.<\/p>\n Sytuacja si\u0119 nieco komplikuje w silnikach wentylatorowych, bo wentylator nie mo\u017ce si\u0119 kr\u0119ci\u0107 z pr\u0119dko\u015bci\u0105 tak du\u017c\u0105 jak pierwszy-stopie\u0144 spr\u0119\u017carki. Stosuje si\u0119 dwa rozwi\u0105zania. Pierwsze stosowane przez firm\u0119 Rolls Royce. W ich silnikach s\u0105 trzy wa\u0142y. Wentylator obraca si\u0119 z pr\u0119dko\u015bci\u0105 trzeciego-wa\u0142u, kt\u00f3ry opr\u00f3cz wentylatora posiada tylko ostatnie stopnie turbiny. W silnikach General Electric oraz Pratt & Whitney matematycznie zoptymalizowano pr\u0119dko\u015b\u0107 obrotow\u0105 szpuli niskiego ci\u015bnienia i dobrano stosownie wentylator. Jest jeszcze trzeci spos\u00f3b. Na wale niskiego ci\u015bnienia zastosowano przek\u0142adni\u0119 planetarn\u0105, kt\u00f3ra odpowiednio redukuje obroty wentylatora. Ten uk\u0142ad nazywa si\u0119 Geared turbofan. W ten spos\u00f3b, we wszystkich przypadkach wentylator o wielkiej \u015brednicy kr\u0119ci si\u0119 z mniejsz\u0105, optymaln\u0105 pr\u0119dko\u015bci\u0105, a kr\u00f3tkie \u0142opatki spr\u0119\u017carki z wi\u0119ksz\u0105 pr\u0119dko\u015bci\u0105.<\/p>\n Je\u015bli jestem ju\u017c przy du\u017cym wentylatorze to z uwagi na jego wielko\u015b\u0107 musi on by\u0107 zaprojektowany pod bardzo rygorystyczne warunki pracy, zw\u0142aszcza napr\u0119\u017ce\u0144. Przez silnik turbo-wentylatory na przyk\u0142ad Rolls Royce Trent w ci\u0105gu 1 sekundy przechodzi oko\u0142o 1 000 kg powietrza. Du\u017ca \u015brednica wentylatora dzia\u0142a jak jedno-stopniowy kompresor. Poza tym cz\u0119sto jest on uszkadzany poprzez ptaki, o czym za\u0142oga mo\u017ce nawet nie wiedzie\u0107. Z uwagi na podzia\u0142 powietrza na obw\u00f3d wewn\u0119trzny, skierowany do \u015brodka (rdzenia) silnika (15 % masy powietrza) i obw\u00f3d zewn\u0119trzny (85 % masy powietrza) \u0142opata wentylatora jest u podstawy o oko\u0142o 35 % w\u0119\u017csza w stosunku do jej wierzcho\u0142ka. Poza tym, mimo \u017ce, samolot komercyjny leci z pr\u0119dko\u015bci\u0105 Ma 0,83-0,85 to na \u0142opatach wentylatora dochodzi do powstawania nadd\u017awi\u0119kowych fal uderzeniowych. Fale uderzeniowe zmniejszaj\u0105 sprawno\u015b\u0107 \u0142opaty wentylatora. Ponadto, te fale uderzeniowe mog\u0105 powodowa\u0107 niepo\u017c\u0105dane drgania \u0142opat, kt\u00f3re dodatkowo zmniejszaj\u0105 sprawno\u015b\u0107 spr\u0119\u017carki i zwi\u0119kszaj\u0105 szum. Dlatego konstruktorzy opracowuj\u0105 coraz bardziej skomplikowane kszta\u0142ty \u0142opat. Ze wzgl\u0119du na wydajno\u015b\u0107 i redukcj\u0119 ha\u0142asu pr\u0119dko\u015b\u0107 ko\u0144c\u00f3wek \u0142opat wentylatora jest ograniczona do Ma 1,6 co jest uznane za g\u00f3rn\u0105 granic\u0119.<\/p>\n Pr\u0119dko\u015b\u0107 przep\u0142ywu powietrza przez spr\u0119\u017cark\u0119 jest niezwykle istotna. Najgorsze warunki pod tym wzgl\u0119dem panuj\u0105 na pierwszych stopniach spr\u0119\u017carki. Dlatego lepsze parametry maj\u0105 silniki dwu-wa\u0142owe (dwie-szpule), bo drugi wa\u0142 mo\u017ce obraca\u0107 si\u0119 z wi\u0119ksz\u0105 pr\u0119dko\u015bci\u0105. R\u00f3wnie\u017c w samolotach bojowych istotne jest odpowiednie przygotowanie powietrza w kanale dolotowym, zanim powietrze zostanie zassane do silnika. W samolotach o ni\u017cszej pr\u0119dko\u015bci maksymalnej stosuje si\u0119 elementy konstrukcyjne, kt\u00f3re opr\u00f3cz porz\u0105dkowania strug powietrza s\u0142u\u017c\u0105 jako os\u0142ony instalacji silnikowych. Dalej znajduj\u0105 si\u0119 ruchome kierownice aerodynamiczne, kt\u00f3rych \u0142opatki odpowiednio nakierowuj\u0105 powietrze na pierwszy wieniec \u0142opatek pierwszego-stopnia spr\u0119\u017carki.<\/p>\n \u0141opatki stopni turbiny, jak i \u0142opatki stojana (kierownicy) maj\u0105 profil zbli\u017cony do profilu skrzyd\u0142a. Dlatego wyst\u0119puj\u0105 na nim te same zjawiska co na skrzydle samolotu, tylko w mniejszej skali. Dlatego w pewnych warunkach mo\u017ce doj\u015b\u0107 do zerwania strugi powietrza z \u0142opatki i wywo\u0142a to niestateczn\u0105 prac\u0105. Kiedy w USA dla silnika General Electric J79 opracowano ruchome \u0142opatki stojana osi\u0105gni\u0119to niespodzianie dobre wyniki. Niemal w ka\u017cdych warunkach pracy spr\u0119\u017carka potrafi\u0142a pracowa\u0107 stabilnie i wydajnie.<\/p>\n Jak \u0142atwo zauwa\u017cy\u0107, ka\u017cda \u0142opatka w spr\u0119\u017carce osiowej jest skr\u0119cona. U podstawy ma ma\u0142y k\u0105t natarcia. U wierzcho\u0142ka ma du\u017cy k\u0105t natarcia. Dlaczego tak jest? Si\u0142y od\u015brodkowe dzia\u0142aj\u0105ce na przep\u0142yw powietrza s\u0105 zr\u00f3wnowa\u017cone przez powietrze pod wy\u017cszym ci\u015bnieniem u wierzcho\u0142ka \u0142opatki. W\u0142a\u015bnie w celu uzyskania tego wi\u0119kszego ci\u015bnienia u g\u00f3ry \u0142opatki jest ona skr\u0119cona.<\/p>\n \u0141opatki spr\u0119\u017carki s\u0105 bardzo lekkie. Wykonuje si\u0119 je zwykle z aluminium lub tytanu. Ich trwa\u0142e zamocowanie do tarczy (dysku) jest na sw\u00f3j spos\u00f3b stosunkowo lu\u017ane. Przy tr\u0105ceniu ich palcem b\u0119d\u0105 brz\u0119cza\u0142y. Przy niewielkiej silne nacisku \u0142opatki uginaj\u0105 si\u0119, ale po zwolnieniu si\u0142y wracaj\u0105 do swojego poprzedniego kszta\u0142tu. Podczas pracy \u0142opatki usztywniaj\u0105 si\u0119 dzi\u0119ki sile od\u015brodkowej.<\/p>\n W lotnictwie sporadycznie stosowany jest tak\u017ce uk\u0142ad mieszany. Spr\u0119\u017carka osiowa w ostatnim stopniu ma spr\u0119\u017cark\u0119 od\u015brodkow\u0105. Taka konstrukcja ma kilka zalet. Mi\u0119dzy innymi, wi\u0119ksza kompresja przy mniejszej masie silnika. Mniejsza wra\u017cliwo\u015b\u0107 na pompa\u017c. Mniejsza d\u0142ugo\u015b\u0107 silnika, a jednocze\u015bnie wa\u0142u. Dzi\u0119ki temu \u0142atwiej jest podeprze\u0107 wa\u0142 na dw\u00f3ch \u0142o\u017cyskach, bo drgania konstrukcji b\u0119d\u0105 mniejsze.<\/p>\n Konstrukcje takie s\u0105 nadal rozwijane. Tak konstruowane s\u0105 silniki turbo-\u015bmig\u0142owe dla samolot\u00f3w i \u015bmig\u0142owc\u00f3w (helikopter\u00f3w). Ale tak\u017ce dla samolot\u00f3w o nap\u0119dzie turboodrzutowym. Dobrym przyk\u0142adem jest silnik Honeywell \/ ITEC F.124 oraz jego wersja z dopalaczem F.125. Silnik zosta\u0142 opracowany w 70-latach jako Honeywell TFE731. Jego pierwsze uruchomienie nast\u0105pi\u0142o w 1979 roku. By\u0142 projektowany dla tajwa\u0144skiego my\u015bliwca AIDC F-CK. Silnik ten sta\u0142 si\u0119 nap\u0119dem takich maszyn jak T-45 Jastrz\u0105b i Sepecat Jaguar, a obecnie nap\u0119dza Aero L-159 Alca i Alenia Aermacchi M-346. Silnik budowany jest w kilkunastu wariantach. Opr\u00f3cz maszyn szkolno-bojowych nap\u0119dza samoloty dyspozycyjne.<\/p>\n Silnik jest dwuprzep\u0142ywowy, dwu-wa\u0142owy. Na spr\u0119\u017carce wysokiego ci\u015bnienia ma 4-stopnie spr\u0119\u017carki osiowej i 1-stopie\u0144 spr\u0119\u017carki promieniowej. Silnik ten zosta\u0142 tak\u017ce zbudowany w uk\u0142adzie Geared turbofan, czyli z przek\u0142adnia mi\u0119dzy wa\u0142em, a wentylatorem. B\u0119dzie o tym jeszcze mowa w kolejnych rozdzia\u0142ach.<\/p>\n W podobnym uk\u0142adzie powsta\u0142 niewielki silniki turboodrzutowy produkowany przez firm\u0119 Williams. Najbardziej znanym jest model Williams FJ33.<\/p>\n Na to pytanie dali\u015bmy ju\u017c cz\u0119\u015bciowo odpowied\u017a w rozdzia\u0142ach po\u015bwi\u0119conych turbodo\u0142adowaniu silnik\u00f3w t\u0142okowych. Chodzi\u0142o o \u017caroodporno\u015b\u0107 i \u017carowytrzyma\u0142o\u015b\u0107. \u017barowytrzyma\u0142o\u015b\u0107 jest to odporno\u015b\u0107 metali i ich stop\u00f3w na odkszta\u0142cenia pod wp\u0142ywem obci\u0105\u017ce\u0144 oraz wysokiej temperatury. Mog\u0105 by\u0107 to oddzia\u0142ywaniu kr\u00f3tko lub d\u0142ugo-czasowe. \u017baroodporno\u015b\u0107 jest to zdolno\u015b\u0107 materia\u0142u do przeciwstawienia si\u0119 korozji gazowej w podwy\u017cszonych temperaturach. W celu zwi\u0119kszenia \u017caroodporno\u015bci stali stosuje si\u0119 dodatki stopowe takie jak: nikiel, chrom, krzem, aluminium i inne. W 30-latach XX wieku, zwyk\u0142a stal wytrzymywa\u0142a d\u0142ugotrwa\u0142e oddzia\u0142ywanie przeci\u0105\u017ce\u0144 i temperatury, kt\u00f3rej zakres nie przekracza\u0142 400 stopni C.<\/p>\n Prace konstruktor\u00f3w sz\u0142y w dw\u00f3ch kierunkach. Pierwszym by\u0142o ch\u0142odzenie kom\u00f3r spalania. Drugim ch\u0142odzenie turbiny. Ch\u0142odzenie komory spalania pierwszy zrealizowa\u0142 Frank Whitlle, poprzez zbudowanie puszki p\u0142omeniowej w kt\u00f3rej zastosowano zawr\u00f3t przep\u0142ywu powietrza. Spr\u0119\u017cone powietrze przep\u0142ywa w puszce przy \u015bciankach ch\u0142odz\u0105c wewn\u0119trzn\u0105 komor\u0119 spalania. Dopiero na ko\u0144cu puszki powietrze wpada do wewn\u0119trznej komory spalania gdzie podawane i zapalane jest paliwo. P\u00f3\u017aniej rozwini\u0119to inne systemy ch\u0142odzenia kom\u00f3r spalania paliwa.<\/p>\n Ch\u0142odzenie \u0142opatek turbiny ju\u017c stosowano w czasach drugiej wojny \u015bwiatowej. Klasycznym ju\u017c rozwi\u0105zaniem jest przep\u0142yw ch\u0142odnego powietrza we wn\u0119trzu \u0142opatki turbiny. Powietrze do ch\u0142odzenia jest pobierane z pierwszych stopni spr\u0119\u017carki silnika, aby na podstawie r\u00f3\u017cnicy cienie\u0144 wymusi\u0107 okre\u015blony kierunek ruchu i pr\u0119dko\u015b\u0107 przep\u0142ywu. Powietrze wp\u0142ywa do wszystkich \u0142opatek od strony tarczy (dysku) w kierunku na zewn\u0105trz. Na ko\u0144cu \u0142opatki jest otw\u00f3r, przez kt\u00f3ry to powietrze wyp\u0142ywa\u0142o. Tworzy\u0142o ono dodatkowy film powietrzny na wewn\u0119trznych \u015bcianach dyszy wylotowej. Lepszym rozwi\u0105zaniem okaza\u0142o si\u0119 wyp\u0142ywanie powietrza na zewn\u0105trz \u0142opatki przez liczne otwory, kt\u00f3rych u\u0142o\u017cenie jest starannie dobrane. Powietrze to tworzy dodatkowy film na \u0142opatce.<\/p>\n Ch\u0142odzenie \u0142opatek stosuje si\u0119 od temperatury 1 000 stopni C. Pozwala to na utrzymywanie temperatury gaz\u00f3w przed turbin\u0105 na poziomie 1 400 \u2013 1550 stopni C. Nie wszyscy producenci silnik\u00f3w stosuj\u0105 ch\u0142odzenie \u0142opatek, bo koszty budowy takich silnika s\u0105 du\u017ce. Je\u015bli nie wymaga tego konstrukcja statku powietrznego to stosuje si\u0119 silniki bez tego typu rozwi\u0105za\u0144, dlatego, \u017ce takie silniki s\u0105 ta\u0144sze.<\/p>\n Komora spalania to drugi zasadniczy element silnika turboodrzutowego. Od wytrzyma\u0142o\u015bci termicznej komory spalania zale\u017cy \u017cywotno\u015b\u0107 silnika turboodrzutowego. W historii silnik\u00f3w turbinowych opracowano wiele konstrukcji tego elementu silnika. Mo\u017cemy wymieni\u0107 komory spalania dzbanowe o przep\u0142ywie jednostronnym lub z ze zmiennym kierunkiem kierunkiem przep\u0142ywu. S\u0105 tak\u017ce komory spalania rurowe, rurowo-pier\u015bcieniowe i pier\u015bcieniowe.<\/p>\n Komora spalania, niezale\u017cnie od uk\u0142adu w jakim zosta\u0142a wykonana sk\u0142ada si\u0119 z kilku zasadniczych cz\u0119\u015bci. Pierwsz\u0105 jest obudowa. Mo\u017ce ona by\u0107 pojedyncza i mie\u0107 kszta\u0142t cylindra, albo sk\u0142ada\u0107 si\u0119 z kilku puszek lub dzbank\u00f3w. Przez ca\u0142y przekr\u00f3j komory spalania przep\u0142ywa powietrze dostarczone tutaj ze spr\u0119\u017carki. Ale nie ca\u0142e to powietrze uczestniczy w procesie spalania. Wi\u0119kszo\u015b\u0107 tego powietrza jest wykorzystane do ch\u0142odzenia element\u00f3w komory spalania.<\/p>\n Samo spalanie paliwa odbywa si\u0119 we wk\u0142adzie komory spalania (rura \u017carowa, ang. combustion liner), kt\u00f3rego kszta\u0142t jest bardzo skomplikowany. Wk\u0142ad posiada liczne otwory i szczeliny, przez kt\u00f3re do wn\u0119trza dostaje si\u0119 powietrze celem ch\u0142odzenia. Wk\u0142ad jest najbardziej gor\u0105cym elementem silnika. We wn\u0119trzu wk\u0142adu zamontowana jest dysza paliwowa. W pier\u015bcieniowej komorze spalania tych dysz jest kilkana\u015bcie.<\/p>\n Dysze paliwowe maj\u0105 bardzo r\u00f3\u017cne konstrukcje. Mog\u0105 przypomina\u0107 sitak z kilkoma otworami lub rozpylacze. Wok\u00f3\u0142 dyszy paliwowej, we wk\u0142adzie s\u0105 rozmieszczone otwory dla powietrza w taki spos\u00f3b, aby to powietrze zosta\u0142o odpowiednio zawirowanie i spowodowa\u0142o jak najlepsze, ca\u0142kowite spalanie paliwa.<\/p>\n W rejonie dyszy paliwowej mo\u017ce znajdowa\u0107 si\u0119 \u015bwieca zap\u0142onowa. Nie jest konieczne, aby \u015bwieca zap\u0142onowa by\u0142a w ka\u017cdej puszce, je\u015bli komora spalania sk\u0142ad si\u0119 z puszek \u017carowych, a nie jest pier\u015bcieniowa. Poniewa\u017c puszki s\u0105 po\u0142\u0105czone ogie\u0144 z jednej puszki przeniesie si\u0119 do s\u0105siedniej. To po\u0142\u0105czenie mi\u0119dzy puszkami ogniowymi spe\u0142nia jeszcze jedn\u0105 wa\u017cn\u0105 rol\u0119; wyr\u00f3wnuje ewentualne r\u00f3\u017cnice ci\u015bnie\u0144 mi\u0119dzy poszczeg\u00f3lnymi puszkami.<\/p>\n Pomiar temperatury przy pomocy termopary wykonuje si\u0119 ju\u017c poza turbin\u0105, ale z test\u00f3w jakie przeprowadzono w badaniach prototyp\u00f3w wiadomo, jaka temperatura jest bezpo\u015brednio przed \u0142opatkami turbiny.<\/p>\n Turbina to trzeci zasadniczy element silnika turboodrzutowego. Tutaj energia wytworzona w chemicznym procesie spania (utlenienia) paliwa zostaje zamieniona w energi\u0119 kinetyczn\u0105 obracaj\u0105c turbin\u0119. Ale w klasycznym silniku turboodrzutowym tylko cz\u0119\u015b\u0107 tej energii jest przekazywana na wa\u0142 turbiny. Zdecydowana wi\u0119kszo\u015b\u0107 stanowi si\u0142\u0119 odrzutu, kt\u00f3ra daje ruch post\u0119powy. Nieco inaczej jest w silnikach turbo-wentylatorowych. Tutaj wi\u0119kszo\u015b\u0107 energii jest przekazywana na wentylator. Z kolei w stacjonarnych turbinach gazowych wi\u0119kszo\u015b\u0107 energii przekazywana na przyk\u0142ad na generatory energii elektrycznej lub \u015bruby okr\u0119towe.<\/p>\n Turbina mo\u017ce by\u0107 jedno-stopniowa lub wielostopniowa. Stopie\u0144 turbiny sk\u0142ada si\u0119 z tarczy (dysku) do kt\u00f3rego jest przymocowanych oko\u0142o 100 \u0142opatek. Wieniec \u0142opatek mo\u017ce by\u0107 opasany, co wzmacnia konstrukcj\u0119. Tarcza z \u0142opatkami jest okre\u015blana jako stopie\u0144 (etap) turbiny.<\/p>\n Po przej\u015bciu przez turbin\u0119 spaliny opuszczaj\u0105 silnik poprzez dysz\u0119 wylotow\u0105 i s\u0105 otaczane przez powietrze zewn\u0119trznego, zimnego przep\u0142ywu. W ten spos\u00f3b zmniejsza si\u0119 tak\u017ce ha\u0142as.<\/p>\n Turbiny s\u0105 wykonywane z materia\u0142\u00f3w, kt\u00f3re wytrzymuj\u0105 wysokie temperatury. Zwyk\u0142a stal wytrzymuje stale temperatur\u0119 do oko\u0142o 1 100 stopni C. Nikiel wytrzymuje temperatur\u0119 rz\u0119du 1 700 stopni C. \u0141opatki ceramiczne (pokryte warstw\u0105 ceramiki lub ca\u0142e wykonane z ceramiki) wytrzymuj\u0105 temperatur\u0119 2 000 stopni C.<\/p>\n Ale opr\u00f3cz temperatury jest jeszcze jeden problem – napr\u0119\u017cenia. Napr\u0119\u017cenia w \u0142opatce wynikaj\u0105 z ruchu obrotowego ca\u0142ego stopnia turbiny. Wa\u0142 turbiny (szpula) wiruje z pr\u0119dko\u015bci\u0105 oko\u0142o 10\u00a0000 obr\/min. Czym \u0142opatka jest ci\u0119\u017csza tym si\u0142a od\u015brodkowa jest wi\u0119ksza. Wysoka temperatura uplastycznia materia\u0142 i dochodzi do tego zjawisko pe\u0142zania materia\u0142u. \u0141opatka mo\u017ce si\u0119 odkszta\u0142ci\u0107 i jej sprawno\u015b\u0107 drastycznie spada. Zniekszta\u0142cenie mo\u017ce wyst\u0105pi\u0107 w postaci nadtopienia kraw\u0119dzi natarcia \u0142opatki lub ubytku fragmentu \u0142opatki. Najbardziej odporny na zjawisko pe\u0142zania jest nikiel i tytan.<\/p>\n W zasadzie nie wyst\u0119puje taka awaria jak wyrwanie \u0142opatki z turbiny. \u0141opatka w turbinie jest osadzona zamkiem typu choinka (jode\u0142ka), kt\u00f3ry to zamek opracowano podczas prac nad silnikiem Frank Whittle W.1. Jednak zdarzaj\u0105 si\u0119 inne awarie, jak na przyk\u0142ad rozerwanie tarczy (dysku) stopnia turbiny. Tarcza stopnia turbiny ma znaczn\u0105 mas\u0119. Jest wykonana ze stali lub innych stop\u00f3w z dodatkiem niklu, tytanu itp. Jej temperatura pracy wynosi oko\u0142o 400 – 1 000 stopni C. Powsta\u0142e mikrop\u0119kni\u0119cia mog\u0105 na wskutek zm\u0119czenia materia\u0142owego doprowadzi\u0107 do wspomnianej awarii. Rozerwanie tarczy (dysku) ma zwykle katastrofalne skutki.<\/p>\n Na wskutek gwa\u0142townego rozpr\u0119\u017cania gaz\u00f3w ich temperatura gwa\u0142townie spada. Ostatnie stopnie turbiny, mimo, \u017ce s\u0105 wi\u0119kszej \u015brednicy pracuj\u0105 w mniejszym stresie. S\u0105 mniej nara\u017cone na temperatury ponad 200 stopni C, wi\u0119c zjawisko pe\u0142zania jest tu znacznie mniejsze i mo\u017cna stosowa\u0107 stal bez dodatku niklu.<\/p>\n Zasygnalizuj\u0119 jeszcze, kwesti\u0119 in\u017cynierii materia\u0142owej. Ten sam metal mo\u017ce by\u0107 utworzony jako polikrystaliczny (zdecydowana wi\u0119kszo\u015b\u0107 przypadk\u00f3w) jak i monokrystaliczny, co ma du\u017ce znaczenie dla wytrzyma\u0142o\u015bci materia\u0142owej.<\/p>\n W mniejszych silnikach turboodrzutowych stopnie turbiny s\u0105 wykonane w ca\u0142o\u015bci z jednego kawa\u0142ka stali. To znaczy \u0142opatki turbiny i ich tarcza s\u0105 jednorodne. W takich wersjach \u0142opatki od zewn\u0105trz s\u0105 integralnie opasane (obanda\u017cowane). Relatywnie waga takiego elementu jest mniejsza ni\u017c gdyby by\u0142a wykonana tak\u0105 technologi\u0105 jak w du\u017cych silnikach turbo-wentylatorowych.<\/p>\n Wtrysk wody do silnik\u00f3w turboodrzutowych. Jaki to mia\u0142o sens? Powy\u017cej jest napisane, \u017ce wa\u017cne jest aby temperatura spr\u0119\u017conego powietrza w spr\u0119\u017carce silnika turboodrzutowego by\u0142a jak najni\u017csza. Poza tym zimne powietrze jest \u0142atwiej spr\u0119\u017cy\u0107 ni\u017c gor\u0105ce. Potrzeba do tego mniejszej pracy. (Chodzi o prac\u0119 w uj\u0119ciu fizyki, czyli si\u0142a razy przesuniecie r\u00f3wna si\u0119 praca). Obni\u017cenie tej temperatury mo\u017cna zrealizowa\u0107 poprzez jego nawil\u017cenie. Do nawil\u017cenia powietrza doskonale nadaje si\u0119 woda. Ma ona du\u017ce ciep\u0142o parowania, a jednocze\u015bnie jest nietoksyczna, nieszkodliwa i stosunkowo tania.<\/p>\n Wtrysk wody m\u00f3g\u0142by nast\u0119powa\u0107 ju\u017c na wlocie do spr\u0119\u017carki. W\u00f3wczas wpada\u0142aby do silnika w formie rozdrobnionych kropli i mia\u0142aby w\u00f3wczas oddzia\u0142ywanie erozyjne (korozyjne) na metalowe elementy w rejonie spr\u0119\u017carki. Korzystniejszy jest wtrysk wody za pierwszymi stopnia spr\u0119\u017carki. Tak zwany wtrysk mi\u0119dzy-stopniowy. W\u00f3wczas powietrze jest ju\u017c cz\u0119\u015bciowo spr\u0119\u017cone, ma wy\u017csz\u0105 temperatur\u0119. W takich warunkach wstrzykni\u0119ta woda znacznie szybciej odparuje, przechodz\u0105c w stan pary i ch\u0142odz\u0105c powietrze. W dalszej cz\u0119\u015bci spr\u0119\u017carki du\u017co szybciej powstanie jednorodna mieszanina powietrzna (gazowa).<\/p>\n Jednocze\u015bnie wzrasta masa medium przep\u0142ywaj\u0105cego przez silnik. Poprzez nawil\u017canie powietrza uzyskuje si\u0119 obni\u017cenie \u015bredniej temperatury spr\u0119\u017canego czynnika. Spada moc pobierana przez spr\u0119\u017cark\u0119 do wykonania pracy spr\u0119\u017cania. W efekcie wzrasta ci\u0105g i sprawno\u015b\u0107 uk\u0142adu. Ubocznym skutkiem jest mniejsza emisja tlenk\u00f3w azotu. Wynika ona z ni\u017cszych maksymalnych temperatur spalania w komorze silnika turboodrzutowych spowodowanych obecno\u015bci\u0105 pary wodnej w powietrzu.<\/p>\n Jednak samolot ma dodatkow\u0105 instalacj\u0119 wtrysku wody, dodatkowe zbiorniki wody i osprz\u0119t. To oczywi\u015bcie zwi\u0119ksza mas\u0119 statku powietrznego.<\/p>\n Wad\u0105 tego rozwi\u0105zania jest cz\u0119\u015bciowe gaszenie p\u0142omienia w komorze spalania, bo nie ma mo\u017cliwo\u015bci ch\u0142odzenia turbiny bez spadku temperatury p\u0142omienia. W efekcie cz\u0119\u015b\u0107 niespalonego paliwa opuszcza silnik i spaliny zostawiaj\u0105 charakterystyczny szlak czarnego dymu. Silnik turboodrzutowy po prostu bardzo kopci.<\/p>\n Korzystanie z wtrysku wody w silnikach turboodrzutowych w 50-latach zosta\u0142o ograniczone tylko do samolot\u00f3w wojskowych, nie licz\u0105c wyj\u0105tk\u00f3w. Takim wyj\u0105tkiem by\u0142 na przyk\u0142ad komercyjny doskona\u0142y samolot Convair CV-880, kt\u00f3ry do nap\u0119du u\u017cywa\u0142 silnik\u00f3w General Electric CJ-805-3, czyli cywilnej wersji silnik\u00f3w General Electric J79. Samolot zabiera 5\u00a0000 lb (funt\u00f3w) wody, czyli 2 267,96 kg lub litr\u00f3w.<\/p>\n Wiele zdj\u0119\u0107 startuj\u0105cych bombowc\u00f3w B-52 lub cystern KC-135 ukazuje wyra\u017any czarny dym wydobywaj\u0105cy si\u0119 z dysz silnik\u00f3w. Jest to widomy dow\u00f3d na u\u017cywanie wtrysku wody przez te silniki podczas startu. G\u0142\u00f3wnym powodem by\u0142o u\u017cywanie tych maszyn z kr\u00f3tkich pas\u00f3w startowych. Na pocz\u0105tku eksploatacji B-52 wtrysk wody by\u0142 uznawany za element procedury podczas startu. Problem znik\u0142 po wymianie silnik\u00f3w na mocniejsze, kt\u00f3re nie by\u0142y wcze\u015bniej dost\u0119pne.<\/p>\n Wtrysk wody stosowano tak\u017ce w komercyjnych samolotach brytyjskich BAC One-Eleven z dwuprzep\u0142ywowymi silnikami Rolls-Royce Spey. W dniu 6 wrze\u015bnia 1971 roku dosz\u0142o jednak do tragedii. Do zbiornik\u00f3w zamiast wody zatankowano paliwo. Podczas startu z lotniska w Hamburgu oba silniki zgas\u0142y, bo przegrza\u0142y si\u0119 z powodu nadmiernej ilo\u015bci spalanego paliwa. Piloci podj\u0119li pr\u00f3b\u0119 awaryjnego l\u0105dowania na autostradzie. Dosz\u0142o do zderzenia z mostem i obci\u0119cia obu skrzyde\u0142. Zgin\u0119\u0142y 22 osoby ze 121 b\u0119d\u0105cych na pok\u0142adzie.<\/p>\n Obecnie nie znamy przypadku gdzie stosuje si\u0119 dodatkowy wtrysk wody.<\/p>\n Dopalacz stosowany jest w silnikach turboodrzutowych tylko w zastosowaniach wojskowych, a odk\u0142adnie w samolotach bojowych. Dopalacz daje dodatkowy, zwykle chwilowy, wzrost ci\u0105gu silnika turboodrzutowego, pozwalaj\u0105cy na znaczne zwi\u0119kszenie pr\u0119dko\u015bci maksymalnej statku powietrznego. Realizowanie tego procesu polega na wtrysku do spalin i spaleniu dodatkowej porcji paliwa, kt\u00f3re jeszcze nie opu\u015bci\u0142y dyszy wylotowej silnika. W spalinach jest jeszcze doj\u015b\u0107 tlenu, aby proces spalania zosta\u0142 zrealizowany.<\/p>\n Z technologicznego punktu widzenia dopalanie to jest nic innego jak przegrzew wt\u00f3rny, rozpr\u0119\u017conych cz\u0119\u015bciowo spalin. Uzyskuje si\u0119 zar\u00f3wno wzrost sprawno\u015bci jak i wzrost mocy jednostkowej. Spalenie dodatkowej porcji paliwa ponownie ogrzewa medium, podnosz\u0105c jego temperatur\u0119 do stosunkowo wysokich warto\u015bci.<\/p>\n Silnik turboodrzutowy jest silnikiem o \u015bredniej sprawno\u015bci. Natomiast jego sprawno\u015b\u0107 ro\u015bnie wraz ze wzrostem wysoko\u015bci lotu. Przeciwnie ni\u017c silnika t\u0142okowego. Ma du\u017ce zu\u017cycie energii (paliwa), ale potrafi wytworzy\u0107 tak\u0105 si\u0142\u0119 jakiej nie wytworzy klasyczny silnik spalinowy-t\u0142okowy ze \u015bmig\u0142em. Wymagania stawiane silnikom turboodrzutowym, stosowanie najnowocze\u015bniejszych materia\u0142\u00f3w i technologii, powoduj\u0105 \u017ce, silnik jest niezwykle drogi w budowie, ale jednocze\u015bnie stosunkowo prosty technicznie i nie skomplikowany w obs\u0142udze. Pocz\u0105tkowo jego \u017cywotno\u015b\u0107 by\u0142a kr\u00f3tka (50 godzin mi\u0119dzy naprawami). Jednak obecnie, przy prawid\u0142owej eksploatacji jego \u017cywotno\u015b\u0107 si\u0119ga kilkunastu lat, a nawet s\u0105 silniki u\u017cytkowane, kt\u00f3re maj\u0105 ponad 30 lat. Silniki budowane ju\u017c w 80-latach okazuj\u0105 si\u0119 bardziej trwa\u0142e ni\u017c p\u0142atowce, kt\u00f3re nap\u0119dza\u0142y. Kiedy samolot trafia na sk\u0142ad, pierwszym elementem kt\u00f3ry zostanie z niego odzyskani i sprzedany jest silnik. Dotyczy to zw\u0142aszcza silnik\u00f3w popularnych modeli samolot\u00f3w komercyjnych. Producenci silnik\u00f3w mog\u0105 nie mie\u0107 ju\u017c w ofercie nowo produkowanego silnika starszego modelu, ale maj\u0105 w produkcji jeszcze poszczeg\u00f3lne elementy szpuli i inne podzespo\u0142y osprz\u0119tu. Zwykle tym procederem zajmuj\u0105 si\u0119 zak\u0142ady odlewnicze, podwykonawcy gigant\u00f3w silnikowych.<\/p>\n Sprawno\u015b\u0107, a za tym ci\u0105g zespo\u0142u nap\u0119dowego samolotu wyposa\u017conego w silnik (silniki) turboodrzutowy zale\u017cy od bardzo wielu czynnik\u00f3w. Podstawowe s\u0105 sprawno\u015b\u0107 spr\u0119\u017carki i sprawno\u015b\u0107 turbiny. Do tego dochodz\u0105 warunki zewn\u0119trzne; ci\u015bnienie nap\u0142ywaj\u0105cego powietrza, uk\u0142ad dynamiczny w kanale dolotowym, warunki pracy dyszy wylotowej. Uk\u0142ad generuje tak\u017ce straty innego rodzaju: promieniowanie cieplne (emisja temperatury z silnika do otoczenia poprzez korpus), strata w promieniowaniu podczerwonym, strata niezupe\u0142nego i nieca\u0142kowitego spalenia paliwa, straty opor\u00f3w toczenia na \u0142o\u017cyskach wa\u0142\u00f3w, straty na ch\u0142odzenie, straty na pob\u00f3r energii przez osprz\u0119t silnika (np. pr\u0105do-rozruszniki, pompy olejowe).<\/p>\n Dla silnika turboodrzutowego nie stosuje si\u0119 okre\u015blenia mocy (KM, kW) lecz si\u0142a ci\u0105gu (kN, kG, lbf, inne). Przeliczenie ci\u0105gu na moc nie jest takie proste, bo nie ma zwyk\u0142ego matematycznego r\u00f3wnania i jest to obliczane dla konkretnego przypadku. Si\u0142a ci\u0105gu jest najwa\u017cniejszym parametrem dla nap\u0119du turboodrzutowego i turbo-wentylatorowego. Si\u0142a ci\u0105gu w skr\u00f3cie nazywana ci\u0105giem jest si\u0142\u0105 b\u0119d\u0105c\u0105 wynikiem dzia\u0142ania silnika turboodrzutowego. Jest to si\u0142a reakcji powsta\u0142ej zgodnie z III zasad\u0105 dynamiki w wyniku oddzia\u0142ywania uk\u0142adu nap\u0119dowego statku lataj\u0105cego z innymi cia\u0142ami (spalinami oraz powietrzem przep\u0142ywaj\u0105cym przez silnik). Gdyby na samolot dzia\u0142a\u0142a tylko si\u0142a wywo\u0142ana prac\u0105 silnika turboodrzutowego to ci\u0105g wywo\u0142a przyspieszenie statku powietrznego, a jej warto\u015b\u0107 okre\u015bla II zasada dynamiki Newtona. Warto\u015b\u0107 si\u0142y ci\u0105gu jest liczbowo r\u00f3wna oddzia\u0142ywaniu silnika na otoczenie, ale zwroty tych si\u0142 s\u0105 przeciwne.<\/p>\n Sprawno\u015b\u0107 oraz wewn\u0119trzna moc jednostkowa turbiny s\u0105 obecnie na wysokim poziomie i przekroczy\u0142y ju\u017c 90 %. Najbogatsze o\u015brodki do\u015bwiadczalne pracuj\u0105 nad osi\u0105gni\u0119ciem kolejnych procent\u00f3w. Dalsze podnoszenie tych parament\u00f3w jest mo\u017cliwe poprzez rozbudow\u0119 uk\u0142ad\u00f3w, ale to poci\u0105ga za sob\u0105 komplikacj\u0119 konstrukcji.<\/p>\n Jednym ze sposob\u00f3w podniesienia sprawno\u015bci silnika turboodrzutowego mog\u0142oby by\u0107 zastosowanie rekuperatora. Poprzez zawr\u00f3t cz\u0119\u015bci spalin do rekuperatora umieszczonego mi\u0119dzy ostatnim stopniem spr\u0119\u017carki a komor\u0105 spalania, nast\u0105pi\u0142oby podniesienie temperatur powietrza przed wej\u015bciem do komory spalania. W efekcie potrzeba by\u0142oby mniej paliwa do osi\u0105gni\u0119cia maksymalnej temperatury przed turbin\u0105. Silnik by\u0142by oszcz\u0119dniejszy. Rekuperator w silniku lotniczym by\u0142y stosunkowo du\u017cy, co utrudnia jego zabudow\u0119.<\/p>\n Innym sposobem by\u0142oby zastosowanie intercoolera, czyli ch\u0142odnicy spr\u0119\u017conego powietrza, umieszczonej mi\u0119dzy pierwszym zestawem stopni spr\u0119\u017cania, a drugim. Idealnie nadawa\u0142by si\u0119 do tego silnik dwu-wa\u0142owy (dwu szpulowy). By\u0142oby to ch\u0142odzenie mi\u0119dzy-stopniowe. W efekcie mo\u017cna spr\u0119\u017cy\u0107 wi\u0119cej powietrza. Ale przed turbin\u0105 b\u0119dzie ni\u017csza temperatura, wi\u0119c trzeba spali\u0107 wi\u0119cej paliwa. Dlatego dla silnika lotniczego jest to nieop\u0142acalne, cho\u0107 og\u00f3lna sprawno\u015b\u0107 by wzros\u0142a.<\/p>\n Kolejnym sposobem to zastosowanie rekuperatora i intercoolera jednocze\u015bnie. I takie rozwi\u0105zania jest stosowane w energetyce. W lotnictwie jeszcze nie. Silnik taki by\u0142by bardzo skomplikowany. Mia\u0142by dodatkow\u0105 mas\u0119. By\u0142by dro\u017cszy w zakupie i remontach.<\/p>\n Ciekawym rozwi\u0105zaniem mo\u017ce by\u0107 silnik turboodrzutowy w kt\u00f3rym zastosowano dwie komory spalania. Dzi\u0119ki temu paliwo mo\u017cna spala\u0107 w ni\u017cszej temperaturze, ale w d\u0142u\u017cszym czasie, co zwi\u0119ksza sprawno\u015b\u0107 turbiny.<\/p>\n Opracowa\u0142 Karol Placha Hetman<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Alan Arnold Griffith (1893-1963) by\u0142 bardzo znanym i szanowanym metalurgiem. Zajmowa\u0142 si\u0119 g\u0142\u00f3wnie technologi\u0105 metali oraz rozwija\u0142 podstawy teoretyczne silnik\u00f3w odrzutowych. By\u0142 tw\u00f3rc\u0105 spr\u0119\u017carki osiowej, projektuj\u0105c silniki turboodrzutowe, w tym pierwszy silnik Metropolitan Vickers-F.2, kt\u00f3ry by\u0142 wyposa\u017cony w spr\u0119\u017cark\u0119 osiow\u0105. Pierwsze uruchomienie silnika Metropolitan Vickers-F.2 nast\u0105pi\u0142o w 1941 roku i Alan Griffith mia\u0142 w nim ju\u017c niewielki udzia\u0142, bo ju\u017c w 1939 roku, przeni\u00f3s\u0142 si\u0119 do firmy Rolls Royce.<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[15],"tags":[],"class_list":["post-461","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-artykuly"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/polot.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/461","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/polot.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/polot.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/polot.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/polot.net\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=461"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/polot.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/461\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":1912,"href":"https:\/\/polot.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/461\/revisions\/1912"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/polot.net\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=461"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/polot.net\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=461"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/polot.net\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=461"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}Troch\u0119 teorii.<\/h3>\n
Obieg termiczny.<\/h3>\n
Spr\u0119\u017carka<\/h3>\n
Spr\u0119\u017carka od\u015brodkowa.<\/h3>\n
Spr\u0119\u017carka osiowa.<\/h3>\n
Spr\u0119\u017carka o uk\u0142adzie mieszanym.<\/h3>\n
Jakie by\u0142y problemy pionier\u00f3w silnik\u00f3w turboodrzutowych?<\/h3>\n
Komora spalania.<\/h3>\n
Turbina.<\/h3>\n
Wtrysk wody do silnik\u00f3w turboodrzutowych.<\/h3>\n
Dopalacz.<\/h3>\n
Wady i zalety silnika turboodrzutowego.<\/h3>\n
Przysz\u0142o\u015b\u0107 silnik\u00f3w turboodrzutowych.<\/h3>\n