Turbofan motoru, ağırlıklı olarak orta ve büyük boyutta uçaklar tarafından kullanılan bir tür gaz türbini motorudur. Eğer daha önce ticari bir uçak görmüşseniz, Bypass Turbofan Motorunu görme şansınız yüksek demektir (bu makalenin ilerleyen bölümlerinde bypass oranına değinilecektir).

Turbofan motorları genellikle benzer büyüklükteki pistonlu motorlara (otomobillerde kullanılanlar gibi) nazaran ağırlık oranına göre daha iyi bir itme gücü sağlar, bu nedenle ağırlık oranına ilişkin ürettiği itme gücü daha az verimli olan pistonlu motorları büyük uçaklarda göremezsiniz. Turbofan motorlarının kullanılmasının bir diğer nedeni ise pistonlu motor muadillerine göre çok daha güvenilir olmasıdır. Bir Turbofan motorundaki tüm yapılar, pistonlu motorlardakinin aksine aynı yönde hareket eder.

Turbofan Motorların Dayandığı Prensipler

Turbofan motorunda kullanılan en temel bilimsel ilke Newton'un 1. hareket yasasıdır.

             "Eğer bir cisim hareketsiz olarak duruyor veya sabit bir hızda gidiyorsa, dışardan bir kuvvet uygulanıncaya kadar hareketsiz olarak kalmaya veya sabit hızda gitmeye devam edecek, bir kuvvet uygulandığında ise, cisim, o kuvvetin yönünde hızlanacaktır"

Newton'un 1. Yasasına göre matematiksel ifade şöyle olur:

Prensibe göre: Motora giren hava motor vasıtasıyla hızlandırılır ve daha sonra dışarı atılır, motorun hızlandırılmış havası, prensip olarak bir pervane ile aynı olup çok daha fazla paladan oluşan fanı çalıştırmak için kullanılır. Çalıştırılmış fan ve hızlanmış egzoz gazlarının birleşimi ileri bir itmeye sebep olur. Bu itme, uçağın ileriye hareketini sağlayan şeydir.

Turbofan motorların aşamaları

Turbofan motorda dört ana aşama bulunur; Havanın girişi (Emme), Sıkıştırma, Yanma ve Egzoz. Bu dört aşamanın her biri, en nihayetinde itme üretmek için birlikte çalışırlar.

Dört aşamanın her biri, nihai olarak itme kuvveti üretmek için birlikte çalışıyor.

Giriş Aşaması

Turbofan motorunun giriş aşaması motorun kompresörünü soğuk hava ile besler. Bazı hava motorun içine doğru giderken bazı hava motorun dış tarafından geçer, işte bu havanın motora girmemesi bypaslanması şeklinde söylenir. Giren hava ile atılan havanın oranı genellikle bypass (atlama) oranı olarak adlandırılır.

Motor dışından geçen hava akımı kütlesinin jet motoruna giren hava akımı kütlesinden çok daha büyük olması özelliği ile çoğu büyük uçakta yüksek bypasslı Turbofan motorları bulunur.

Yüksek bypass Oranı

Yüksek bypass oranının iki önemli avantajı daha düşük yakıt tüketimi ve daha düşük gürültülü üretim sağlamasıdır.  Bu iki avantaj, hava yolu yöneticilerinin daha az verimli olan düşük bypass motorlarından ziyade yüksek Bypass motorları daha çok tercih edip satın almalarını sağlar.

Görüntü: The Worlds of David Darling

[Diyagramda gösterildiği gibi büyük bir hava kütlesinin merkez etrafından geçişi]

Düşük-bypass Oranı

Yüksek bypass oranlarının en büyük dezavantajı, ses altı hızlarda (ses hızından daha yavaş) uçmaya sınırlanmış olmasıdır.

Görüntü: The Worlds of David Darling

[Diyagramda görüldüğü gibi merkezden daha az hava geçiyor.]

Sıkıştırma Aşaması

Motorun sıkıştırma aşaması, her türlü gaz türbini motorunun verimi için oldukça önemli bir konudur. Sıkıştırma aşaması, havanın yanma aşamasında ateşlenebilmesi için doğru basınç ve sıcaklıkta olmasını sağlar. Kompresör sabit bıçaklardan (statör bıçakları olarak da bilinir) ve tahrik bıçaklarından (rotor bıçakları olarak da bilinir) oluşur; döner ve sabit bıçakların kombinasyonu, havanın yüksek basınca maruz kalarak daha yüksek termal enerjiye sahip olmasına neden olur.

Sıcak basınçlı hava daha sonra yanma odasına akar.

Yanma Aşaması

Odadaki yapılarla birlikte yanma aşaması, hava-yakıt karışımını oluşturmaktan ve yakılmasından sorumludur. Yanma odası, yakıtın ateşlenerek yüksek sıcaklık ve basınçlı havada yakılmasını sağlayan yakıt enjektör sisteminden oluşur. Hava yakıt karışımı yanarken hızla genişleyerek (hacmi artar) arka taraftaki egzoz aşamasına geçmeye zorlanır. Genişleyen gazlar ile ortaya çıkan muazzam enerji, yanma türbinine bağlı koaksiyal şaft vasıtasıyla dönme enerjisine çevrilir.

Egzoz Aşaması

Egzoz aşamasında meydana gelen itme gücü, açık bir şekilde Newton'un 3. Kanununa dayanmaktadır.

" Bir cisme etki eden kuvvete eşit ve ters yönde bir tepki oluşur."

Matematiksel ifadesi: F1 = -F2’dir.

Egzoz gazları, motorun arka tarafından yüksek hızda çıkar, bu egzoz gazlarının reaksiyon kuvveti ise egzozun ters yönünde olup itki kuvveti olarak tanımlanır.

Turbofan Motor Mekaniği

Bu enerji değişimi ile çalışan büyük fan yüksek bypasslı Turbofan motorlarda pervaneye benzer şekilde davranır. Yanma türbini aşamasında genleşen gazlar, şaftı çalıştırarak büyük fanların dönmesini sağlar. Büyük fan havayı, yakıtla tutuşarak yanmasına neden olacak doğru basınç ve sıcaklığa gelmesini sağlayan bypass ve sıkıştırma odasına havayı yönlendirir.

Ancak, turbofan motoru, hava yakıt karışımını yakmak için sıcak ve sıkıştırılmış havaya ihtiyaç duyuyor ve sıkıştırma aşamasında görev alan fanları çalıştırmak için sonradan yanmalı türbinleri çalıştırmamız gerekiyorsa, belki şunu soruyor olabilirsiniz: Bir turbofan motoru nasıl başlatılır?

Turbofan motoru nasıl başlatılır?

Fanın bıçakları, yanma döngüsünü başlatmak için dönme enerjisine ihtiyaç duyar; bu nedenle, mühendisler, Hava Türbin Marş motoru adı verilen yüksek basınçlı bir giriş ağzı tasarlamıştır. Hava türbini marşı motorun yanına takılır.

Hava türbin marş motoru, aşağıda gösterilen start arabasıyla çalıştırılan küçük basınçlı bir türbindir. Start ​​arabası, debriyaj vasıtasıyla motor miline bağlı olan hava türbin marşına basınçlı hava gönderir. Böylelikle, hava türbin marş motorunu döndürülerek, motora giren havanın sıkıştığı motor kompresörünün dönmesine neden olur. Hava türbin marş motoru, motorun ondan bağımsız şekilde rölantide çalışmasına kadar şaftı döndürmeye devam eder.

Start Arabası

Hava Türbin Marş Motoru

Sonuç

Mühendisler ve teknisyenler, 21. yüzyılın Turbofan motorlarını geliştirmek için daima yeni yollar bulmaya devam etmektedir. Artık bir Turbofan motorunun nasıl çalıştığına dair giriş niteliğinde bir anlama ve bakış açısına sahip olduğunuza göre, onu bir akranınıza veya aile üyesine açıklamayı deneyin. Açıklamanızı anlayabiliyorsa, o zaman turbofan motorunun temellerini biliyorsunuz demektir. Eğer anlamadıysa kendinize bir iyilik yaparak bu makaleyi tekrar okumanızı öneririz.