Turbojet Motoru Çalışma Prensibi: Jet Motorlarının Atası ve Süpersonik Hızlar

Pistonlu motorlu ve pervaneli uçaklarda arzu edilen yüksek hızlara ve irtifalara ulaşılamaması bilim adamlarını daha yüksek performanslı motorlar geliştirmeye itmiştir. Bu itiş sonucunda 1930’lu yıllarda İngiliz Frank Whittle ve Alman Hans von Ohain birbirlerinden bağımsız olarak çalışır jet motoru prototipleri geliştirmişlerdir. 1935’te  ilk jet motorlu uçağı  (jet uçağı) Hans von Ohain geliştirmiştir. Günümüze kadar birçok jet motoru çeşidi geliştirilmiştir. Bunlardan bazıları; turbojet, turbofan, turboprop, turboşaft ve ramjettir. Bu yazımızda jet motorlarının atası olan turbojet motorları inceleyelim.

Turbo, Latincede “yüksek hızda dönen” demektir. Jet ise Latincede “fırlamak” anlamına gelir. Genellikle süpersonik hızların gerektiği askeri uçaklarda ve kruz füzelerinde tercih edilmektedir. Turbojet motorlar, gaz türbinli motorlar sınıfındadır. Gaz türbinli motorlar, atmosferden aldığı havayı sıkıştırıp yakıtla yakan ve bunun sonucunda ortaya çıkan gazları hızla dışarı püskürterek ters yönde itme gücü oluşturan çağımızın mucize makinalarıdır. Newton’un 3. Yasası uyarınca yüksek hızda gazları geriye iterken kendisi ters yönde bir kuvvet oluşturur.

Motorun İç Yapısı

Hava Girişi (Fan)

Motora çok miktarda hava alınmasını sağlar. Fanın çoğu kanadı titanyum metalinden yapılmıştır. Daha sonra bu havayı hızlandırır ve iki parçaya böler.

Kompresör

Kompresör, çok sayıda kanatlı fanlardan oluşur ve bu fanlar bir motor miline bağlıdır. Motor mili üzerine sıralı halde dizilen disklerin ince dış kenarlarına açılı olarak yerleştirilen “pal” adı verilen titanyum parçalar, gelen hava akışını hızlandırır ve aynı zamanda sıkıştırarak hacmi küçülmüş, sıcaklığı artmış bir şekilde yanma odasına gönderir.

Yanma Odası

Yüksek basınçta ısıtılmış hava, enjektörden püskürtülen yakıtla karışır. Yanma gerçekleştiği zaman ısıtılmış ve genleşmiş karışıma bağlı olarak hızlı bir şekilde hava akışı meydana gelir. Motor devri, yanma odasına giden yakıt miktarına bağlıdır. Yanma odaları, ısıya dayanıklı malzemelerden yapılmaktadır.

Türbin

Yanma odasında yanan sıcak ve basınçlı gaz, türbine gider. Türbinler, diğer döner parçalar (öndeki fanın dönmesi, kompresörün dönmesi vb.) için gücün üretildiği yerdir.

Nozzle

Türbinden gelen sıcak gaz, egzoz borusuna girdikten sonra bu kısımdan dışarıya çıkar. Bu parça, gerçekte uçak için itme kuvveti üreten motor bileşenidir. 

Motorun Çalışma Prensibi

Jet motorlarda pistonlar olmadığı için içerideki havayı sıkıştıracak bir mekanizma yoktur. Motorun önünde bulunan büyük fan içeriye çok miktarda hava alınmasını sağlar. Fanın içeriye aldığı çok miktardaki hava içeride ikiye ayrılmaktadır. Yaklaşık %80’lik kısmı yan odalardan geçerken kalan diğer hava ise asıl yanma odasına gönderilmektedir. Asıl yanma odasına ilerleyen hava önce kompresörden geçer. Kompresördeki türbinler vasıtasıyla aşama aşama sıkıştırılmaktadır. Yaklaşık 27 kat sıkıştırılmış olur. Sıkıştırılan bu hava sadece sıkıştırıldığı için 450°C’ye kadar ısınmış olur. Sıkıştırılarak ısınmış olan yüksek basınçtaki bu hava enjektörlerden püskürtülen yakıtla birlikte yanma odasına gönderilmektedir. Hava-yakıt karışımı yanmaya başlar. Bu yanmadan sonra yaklaşık 1700°C civarına çıkar. Arkasından yanmış olan bu hava-yakıt karışımı türbinlere gönderilerek türbinleri çevirmektedir. Türbinlerden geçen hava-yakıt karışımının enerjisinin bir kısmı kullanıldığı için basıncı ve sıcaklığı da bir miktar düşer. Bu karışım egzoz kısmından atılmaktadır. Uçağın ilerlemesini sağlayan olay yüksek basınçlı ve sıcak havanın egzozdan atılmasıdır.

Yan odalardan geçen hava (%80) arkaya doğru itilmektedir. Yan odalar uçak sabit hızda giderken yakıt ekonomisi sağlamak için kullanılmaktadır. Arkaya doğru itilen hava herhangi bir yanmaya uğramadan egzoz kısmına doğru atılmaktadır. Motorun daralan kısmı havanın hızlanmasını sağlar.  Egzoz kısmına doğru gelen hava egzoz gazlarının üzerine gelir. Bu sayede motor biraz daha sessiz çalışır. 

Turbojet motorlarda yakıt olarak “kerosen (türevli gaz yağı)” adı verilen yakıt kullanılmaktadır. Kerosenin yakıt olarak kullanılma sebebi ise uçaklar yukarıda iken çok düşük sıcaklıklar altında çalıştığı için kerosenin bu düşük sıcaklıklarda dahi akışkan kalmasıdır. 

Kaynakça:

1. www.turkair.org
2. www.havauzay.org
3. www.bilimsehri.com