Gaz türbinli motorlar, günümüz hava araçlarında (savaş ve yolcu uçakları, helikopterler) kullanılan yanma ile açığa çıkan ısı enerjisini mekanik enerjiye çeviren, Brayton çevrimine göre çalışan motor tipleridir. Havanın emilip sıkıştırılması ve bu havanın yakıt ile yakılması sonucu ortaya çıkan çok yüksek basınç ve sıcaklıktaki havanın enerjisinin türbinler vasıtasıyla mekanik güce dönüştürmesi ile çevrimi tamamlayan makinalardır.
Genel olarak motor 5 bölümden oluşur :
- Hava Alığı (Air Inlet)
- Kompresör (Compressor)
- Yanma Odası (Combustion Chamber)
- Türbin (Turbine)
- Nozul Kademesi (Nozzle)
Brayton Çevrimi
Brayton çevrimi Amerikalı mühendis George Brayton’un 1872 yılında patentini aldığı zamanda iki zamanlı kerosen yakan pistonlu motorunda kullanılmak üzere ortaya çıktı. Gaz türbinlerindeki üç komponentler sırasıyla gaz kompresörü, yanma odası ve genleşme türbininden oluşur. Hava alınır, kompresöre girer ve basınçlandırılır. Basınçlı hava yakıt ile yakılır ve yakılan hava türbin kademelerinde genişler, mekanik enerji sağlar.
Temelde aynı prensiplere (emme, sıkıştırma, yakma, egzoz) sahip gaz türbinli motorlar, kullanılacak uçak tipine, ihtiyaçlara (daha fazla yük veya sürat) göre seçilir.
Jet Motorunu Oluşturan Bölümler
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.
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.
Ülkemizinde kullanıcısı olduğu Airbus A400M Turboprop motorlara sahiptir.
Turboşaft motorlarda ise enerjinin tamamı serbest bir türbin vasıtasıyla şaft gücüne dönüştürülmektedir. Genellikle helikopterlerde ve APU’larda kullanılabilir.
Turbofan / By-pass Motorlar
Turbofan motorlarda, turboprop motorlara (pervane, fan blade bulundurması) göre farklı olarak türbin kademesi bulunur. Bu kademe motorun giriş bölgesi olan fanı bir şaft yardımıyla tahrik eder. Turbofan motorlarda türbin yalnızca kompresörü çalıştıracak kadar enerjiyi üretir. Asıl thrust kuvveti (itki) yüksek enerjiye sahip hava ve yanma sonucu açığa çıkan diğer gazların türbini büyük bir basınç ve hızla nozzle bölümünden terk edip atmosfere çıkarak oluşturduğu itki ile elde edilir.
Fan ile emilerek motor içerisine alınan havanın bir kısmı fandan geçtikten sonra core (çekirdek) kısmının etrafından geçerek motorun (core) içine girmez. Bu hava akışından elde edilen thrust’a cold thrust adı verilir. Cold trust, F=M.a formülünde açıklarken güç (thrust) elde etmek için ya büyük kütleli havaya ya da ivmeli havaya ihtiyaç duyarız cümlesindeki büyük kütleli havadan sağlanan thrust kuvvetidir. Core içerisinden geçen hava hot thrust, ivmeli havadır. Cold ve hot thrustların oranı motorun by-pass oranını belirler. Low ve high by-pass motorlar vardır. By-pass oranı 0.2:1 ile 1:1 arasındaki motorlar düşük by-pass oranlı turbofan motorlar olarak tanımlanır. Bu, core enginedan geçen havanın %20-100 arasındaki hava miktarının motorun içine girmeden thrust üretmesi anlamına gelmekte ve başka bir deyişle, motora alınan toplam hava miktarının %16-50 arasının motorun içine girmemesidir. Motor by-pass oranı 5:1 ve üzeri değerlerdeki motorlar high by-pass oranlı motorlar olarak tanımlanırlar.
Uçuş hızı arttıkça itki artar. Aynı zamanda hız arttıkça yakıt tüketimi de düşer. Gürültü seviyeleri diğer tiplere göre %10-%20 civarında daha düşüktür. Soğuk hava koşullarında daha verimlidirler.
İlk olarak 1960’lı yıllarda geliştirilmiş bu motorlar ilk kez B747, Lockeheed L-1011 Tristar ve McDonalds Douglas DC-10 tip uçaklarda kullanılmıştır.
Simülasyon olarak ;
Low By-pass/High By- pass
Motor Tiplerinin Karşılaştırmalı Performans Grafikleri
Gaz Türbinli Motorlar Dizini 19.11.2016 1.Dizin Yukarıda Sunulmuştur.
- Gaz Türbinli Motor Nedir?
- Nasıl Çalışırlar?
- Thrust nedir, nasıl oluşur?
- Kaç bölümden oluşurlar ve bu bölümlerin görevleri nelerdir?
- Kaç tip gaz türbinli motor vardır?
- Bu motorların özellikleri nelerdir?
- By-pass motorunun özellikleri nelerdir?
- Farklı tiplerdeki gaz türbin motorlarının kıyaslaması.
- Hava alık tipleri (Air Inlet Types)
- Kompresör Tipleri (Compressor Types)
- Kompresör Hava Akış Tipleri (Compressor Air Flow Types)
- Yanma Odası Tipleri (Combustion Chamber Types)
- Türbin Tipleri (Turbine Types)
- Egzoz Lülesi Tipleri (Nozzle Types)
Yakın zaman içerisinde 2. Bölüm ile devam edeceğim. Her türlü soru, görüş ve önerilerinizi yorum kısmından belirtebilirsiniz.