Gaz türbinli motorlar
Gaz türbini, yanma ile açığa çıkan ısı enerjisini mekanik enerjiye çevirmeye yarayan bir makinedir.
Bir gaz türbini basit olarak 5 bölümden oluşur:
- Hava Alığı (Air Inlet): Havanın motora girişinin olduğu bölüm. Uçağın hızına (ses üstü/ses altı) göre farklı geometrilere sahiptir.
- Kompresör (Compressor): Havayı sıkıştırarak sıcaklığını ve basıncını yükseltip yanma odasına gönderen sistem.
- Yanma Odası (Compustion Chamber): Sıcaklığı ve basıncı yüksek sıkışmış havayı 40:1’lik hava yakıt karışımı oranında (modern by-pass motorlar) yakarak türbinlere yönlediren sistem.
- Türbin (Turbine): Havanın hızını azaltarak basıncını yükselterek egzoz lülesine yönlendirir ve yüksek basınçlı hava yüksek itki gücü yaratır.
- Nozzle (Egzoz): Sabit ve hareketli tipleri vardır. Uçak türüne göre türbin çıkışındaki havayı düzenlemek ve yönlendirmeyi sağlayan sistemdir.
Emiş ucundan emilen hava, kompresör tarafından basıncı artırıldıktan sonra, yanma odasında, içine yakıt püskürtülmek suretiyle yakılır. Yanma sonucu yüksek basınç ve sıcaklığa (entalpiye) kavuşan hava, türbin kanatlarına çarparak türbini döndürür.
Uçak motoru olarak kullanılan gaz türbinlerinde türbin yalnızca kompresörü çalıştıracak kadar enerji üretir ve yüksek enerjili hava (ve yanma sonucu açığa çıkan diğer gazlar) türbinden büyük bir basınç ve hızla atmosfere çıkarak uçak için gereken itme etkisini oluşturur.
Üretilen enerji diğer uygulamalarda bir şaftı çevirmek için de kullanılır. Bu tip gaz türbinlerinde türbin bıçakları çok daha fazla sayıdadır ve türbine aktarılan kinetik enerji kompresörü çalıştırmak için gereken enerjiden çok daha fazladır. Türbinin şaftı döndürmesi ile elektrik enerjisi üretilebilir ya da tren, gemi, hatta bazı otobüs ve tanklar hareket ettirilebilir.
Uçak motorları içten yanmalı motorlara göre düşük verimli olsa da güç/ağırlık ve güç/hacim oranları bilinen motorların en yükseği olduğu için tercih edilirler.
Gaz türbinleri için kullanılan yakıt önemli değildir önemli olan yanma odasında yüksek basınçlı havayı elde edebilmektir. Uçak yakıtı olarak motorin tercih edilmez çünkü motorin, düşük sıcaklıklarda parafin kristallerinin oluşumu nedeniyle saydamlığını ve akışkanlığını kaybeder. Bunun yerine kerosen gibi soğukta akışkanlığını yitirmeyen petrol ürünleri tercih edilir. Gaz türbinlerinin verimini artırmak için tekrar ısıtma (reheat), eşanjör (heat exchanger) vb. kimi yöntemler kullanılabilir. Ayrıca havadan daha iyi termo-mekanik özellikleri bulunan kimi gazlar enerji üretim tesislerinde türbinleri çevirmek için kullanılabilirler.
Temel olarak dört tip gaz türbinli motor bulunmaktadır. Bunlar:
- Turbojet
- Turbofan (By-Pass)
- Turboprop
- Turboşaft
Örnek olarak tamamen hız ve manevra ihtiyaçlarına sahip savaş uçaklarında turbojet motorlar kullanılır ve bu motorlarda yakıt sarfiyatı büyük bir önem arz etmez. Fakat yolcu uçaklarında hız ve düşük yakıt tüketiminin bir arada sağlanması gerektiğinde turbofan motorlar tercih edilir.
(Thrust) = M . a formülde göründüğü üzere güç (thrust) elde etmek için ya büyük kütleli havaya ya da ivmeli havaya ihtiyaç duyarız.
Turbojetlerden geçen havanın ivmesi (a) by-pass turbofan motorlara nazaran yüksek, turbofan motorlarda ise motora alınan havanın kütlesi turbojet motorundan daha fazladır. Denklemdeki her iki değişkene bağlı olarak motorlar thrust kuvveti üretir.
Turboprop motorlar elde edilen enerjinin ayrı bir türbinin döndürülmesi ve bu türbinden sağlanan gücün de bir şaft vasıtasıyla pervaneye iletilmesiyle oluşan sistemdir. Yani pervanenin arkasında çalışan bir turbojet motorundan elde ettiği güçle pervanevi çeviren motor türüdür. Düşük hızlarda yüksek verimlidir. Geri kalan enerji egzozdan atılırken küçük bir miktarda itki elde edilebilir. Bu sebeple nakliye uçaklarında kullanılmaktadır.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||