Chciałbym przybliżyć wam zasadę działania tak zwanych potocznie silników odrzutowych, czyli właściwie silników turbowentylatorowych. Są to silniki, jakie na co dzień można spotkać w samolotach pasażerskich, takich jak np. Boeing 737 będący jednym z najpopularniejszych samolotów pasażerskich na świecie.
Schemat umieszczony powyżej jest teoretycznym przekrojem przez silnik turbowentylatorowy. Aby lepiej zobrazować zasadę jego działania, przygotowałem schemat blokowy takiego silnika:
Tłumaczenie oznaczeń (skrótów) widocznych na schemacie:
In - (Inlet) wlot powietrza
F - (Fan) wentylator (element jaki widać z zewnątrz silnika w całym jego przekroju patrząc od strony wlotu do silnika)
LPC - (Low Pressure Compressor) - sprężarka niskiego ciśnienia
HPC - (High Pressure Compressor) - sprężarka wysokiego ciśnienia
CC - (Combustion Chamber) - komora spalania
HPT - (High Pressure Turbine) - turbina wysokiego ciśnienia
LPT - (Low Pressure Turbine) - turbina niskiego ciśnienia
N - (Nozzle) - dysza
Ex - (Exhaust) - spaliny
Silnik turbowentylatorowy jest silnikiem dwuprzepływowym, co oznacza, że tylko część powietrza jakie przez niego przepływa, bierze udział w procesie spalania. Jest to dobrze widoczne na schematach powyżej. Zaraz za wentylatorem następuje rozdział przepływów na:
- wewnętrzny, który po sprężeniu przepływa przez komorę spalania
- zewnętrzny, który nie bierze udziału w spalaniu - przepływ ten może być włączony do spalin a dopiero później wymieszane gazy kierowane są na dyszę (tak jest to realizowane w silnikach stosowanych w samolotach wojskowych, np. w myśliwcach), bądź, tak jak jest to stosowane w samolotach pasażerskich, w około połowie długości silnika, jego płaszcz zewnętrzy się kończy, a powietrze jest oddawane do otoczenia. Im wyższy jest stopień dwuprzepływowości (czyli im większy jest udział powietrza płynącego kanałem zewnętrznym), tym niższe jest zużycie paliwa. Współczesne silniki stosowane w nowoczesnych samolotach, mają stopień dwuprzepływowości na poziomie nawet 20!
Idąc dalej, silnik przedstawiony na schematach jest dwuwałowy. Oznacza to, że w jego konstrukcji poprowadzone są dwa wały, jeden w drugim. Wał wewnętrzny łączy ze sobą turbinę niskiego ciśnienia ze sprężarką niskiego ciśnienia i wentylatorem. Wał zewnętrzny łączy turbinę wysokiego ciśnienia ze sprężarką wysokiego ciśnienia. Wały względem siebie są łożyskowane, więc ich prędkości obrotowe są różne i te różnice mogą zmieniać się w czasie - poza łożyskowaniem nie ma między wałami żadnej przekładni mechanicznej - są one niezależne od siebie.
Powietrze płynące przepływem wewnętrznym, po przejściu przez wentylator trafia w kolejności na sprężarkę niskiego ciśnienia, następnie na sprężarkę wysokiego ciśnienia. Niekiedy między oboma sprężarkami stosuje się intercooler w celu schłodzenia powietrza (zmniejszenia jego gęstości), co poprawia sprawność sprężania. Po przejściu przez obie sprężarki powietrze jest transportowane do komory spalania, gdzie dostarczane jest paliwo, czyli kerozyna (nafta). Proces spalania jest stabilizowany w taki sposób, aby nie następowało zdmuchnięcie płomienia, oraz aby sam płomień nie dotykał ścianek komory spalania - komora wzdłuż swojej długości jest wyposażona w wiele drobnych otworków, którymi doprowadzane jest powietrze ze sprężarki - powietrze to tworzy warstwę przyścienną izolującą płomień od ścianki komory spalania.
Po spaleniu paliwa, gazy pod dużym ciśnieniem przepływają do turbin. Turbiny odbierają część energii aby móc napędzić sprężarki oraz wentylator. Pierwszą turbiną w kolejności jest turbina wysokiego ciśnienia, która podobnie jak komora spalania, również jest chłodzona powietrzem ze sprężarki - łopatki turbiny wysokiego ciśnienia są wyposażone w drobne otworki, a powietrze jest transportowane od środka samych łopatek. Chłodzenie jest niezbędne, aby łopatki nie uległy spaleniu lub stopieniu. Następnie gazy przepływają do sprężarki niskiego ciśnienia, po przejściu przez którą trafiają do dyszy wylotowej.
Finalnie ciąg silnika zależy od masy powietrza przepływającego przez silnik, przyrostu prędkości przepływu oraz różnic ciśnień na wlocie i wylocie z silnika pomnożonych przez pola powierzchni dyszy i oraz dla powietrza nie biorącego udziału w spalaniu, pola przekroju kanału zewnętrznego przepływu.