Jetmotorer

En jetmotor er en gasturbine, hvor tilført brændstof kontinuert afbrændes med komprimeret luft i et forbrændingskammer – i modsætning til en forbrændingsmotor, hvor brændstoffet afbrændes på skift i forskellige cylindre. De første gasturbiner var radiale turbiner, hvor man bruger forbrændingsenergien til at dreje en aksel, svarende til en turbine drevet af vand.

Vandturbine

En jetmotor er en aksial gasturbine, hvor gassen bevæger sig parallelt med omdrejningsaksen. Her er det ikke drejningsmomenter man direkte udnytter, men derimod gasflowet gennem turbinen og ud af turbinen.

For at få en kraftig forbrænding af det tilførte brændstof komprimeres den indsugede luft af en kompressor, som drives af en turbine placeret i udstødningsgassen. De første jetmotorer var turbojets, hvor al den luft, der suges ind i motoren, passerer gennem forbrændingskammeret.

TurboJet

Turbojet-motoren er relativt simpel, men har forholdsvis lav effektivitet og støjer meget fordi udstødningsgassen forlader motoren med meget høj hastighed. Til passagerfly blev den derfor hurtigt erstattet af turbofan-motoren.

I en turbofan ledes en del af den indsugede luft uden om forbrændingskammeret. Den forreste ventilatorvinge (fan) på kompressoren har derfor større diameter end selve turbinen.

TurboFan

I stedet for at sende en smal stråle af forbrændingsgas bagud med høj hastighed, sendes en tyk stråle af en blanding af forbrændingsgas og luft bagud med lavere hastighed, hvilket giver det samme tryk. Jo højere bypass ratio, jo højere effektivitet – og nok så vigtigt nu om dage jo lavere støj.

Effektivitet af forskellige turbinemotorer vs. flyets hastighed

Jo større tryk i forbrændingskammeret, jo større effektivitet. Kompressoren skal derfor rotere hurtigt, hvilket giver problemer for den store ventilatorvinge foran i motoren. Kompressoren opdeles derfor normalt i en lavtrykskompressor og en højtrykskompresser med hver sin turbine, som sidder på koncentriske aksler og løber med forskellige omdrejningshastigheder.

Selv om lavtrykskompressoren sidder på sin egen aksel, skal den rotere hurtigt for at levere tryk nok til højtrykskompressoren. Jo større den forreste store ventilatorvinge er, jo større hastighed har spidserne på ventilatorvingen, og ved store bypass ratioer nærmer spidsernes hastighed sig lydens hastighed, hvilket ikke dur. Derfor må hastigheden sættes ned, hvilket forringer motorens effektivitet.

Alternativt må omløbshastigheden på den store ventilationsvinge sættes ned i forhold til lavtrykskompressoren. Det oplagte er at bruge tre koncentriske aksler, og det er hvad RR har brugt i deres motorer.

RR triple-spool motor

Det komplicerer den mekaniske opbygning af motoren, og en alternativ metode er at indsætte et gear mellem den forreste ventilatorvinge og resten af lavtrykskompressoren.

Geared TurboFan (GTF), gearet er placeret ved [2]

I P&W’s geared turbofan (GTF) roterer den forreste ventilatorvinge kun med op til ca. 3300 omdrejninger pr. minut (rpm), hvorimod lavtrykskompressoren roterer med op til 10.000 rpm. Lavtrykskompressoren i efm’s LEAP, der er en anelse mindre og ikke har et gear, kun kan klare lidt under 4000 rpm. GTF’en har derfor et højere kompressionsforhold.

Det er ikke nyt at bruge et gear i en gasturbine. Motorerne på et større propelfly er også gasturbiner (turboprops – i modsætning til stempelmotorerne på flyene fra 2. verdenskrig), og her sidder der også et gear foran på motoren.

TurboProp

Belastningen på gearet i en turboprop er langt mindre end i en turbojet, da propellen drejer meget langsommere end ventilatoren i en geared turbofan. Først for få år siden har det været muligt at fremstille et holdbart planetgear til en turbofan.

Det nyeste inden for jetmotorer er et ikke helt nyt idé: Propfan, også kaldet open rotor engine eller unducted fan.

En open rotor motor med ventilatoren placeret bagerst

Det er lidt en mellemting mellem en turbofan og en turboprop, da ventilatoren sidder uden afskærmningen som en propel (”unducted”), men omdrejningshastigheden er meget højere, så luften sendes bagud med højere hastighed, hvorved motoren kan drive et fly frem med højere hastighed end et propelfly, om end ikke lige så hurtigt som en normal turbofan kan. Der er mange praktiske problemer som skal overvindes før en propfan kan tages i brug i praksis.