Jetmotor

Från Wikipedia
Hoppa till: navigering, sök
Jetmotor

En jetmotor (förr även kallad reaktionsmotor eller reamotor) är en motor som accelererar en gas- eller vätskeström bakåt för att ge en framåtriktad kraft eller för att driva en propeller via en turbinaxel. Den korrekta svenska tekniska beteckningen är turbojetmotor, vilket skapar en del förväxlingar eftersom turbojet-engine på engelska betyder det man på svenska kallar enkelströmsmotor.

Jetmotorer används i flygplan, helikoptrar och raketer. Jetmotorer som används i flygplan och helikoptrar drivs på flygfotogen (kerosin).

De två största tillverkarna av jetmotorer idag är General Electric (13,2 miljarder USD intäkter 2006[1]) och Rolls-Royce plc (7,4 miljarder GBP 2006.[2]). Även Kusnetzov, Motor Sich, Pratt&Whitney (United Technologies) och SNECMA tillverkar jetmotorer.

Princip[redigera | redigera wikitext]

Även om en modern jetmotor är tekniskt mycket avancerad, bygger grundtekniken på en väsentligt enklare princip än vad t.ex. kolvmotorer gör. Ett koniskt rör med en större diameter fram, och mindre diameter bak, försedd med en ständigt brinnande men reglerbar låga (brännkammare) är det enda som behövs i grundprincipen.

Delen där brännkammaren (lågan) är placerad måste ha en viss erforderlig diameter för lågan att kunna brinna. Med den större diametern i ena änden och den mindre i den andra, kommer luft sugas in mot lågan den lättaste vägen, d.v.s. från den ände med störst diameter (insuget). Avgaserna från förbränningen pressas då ut genom rörets andra ända (med den mindre diametern, utblåset). Eftersom avgaserna efter förbränning är av ungefär samma volym, sker utblåsningen med en högre hastighet än vid insuget p.g.a. den mindre diametern. På så vis uppkommer en gasströmning som ger upphov till en viss dragkraft. Genom att placera en axel rakt genom motorn, där en turbin som utnyttjar avgasfödet i bakre ändan, så kan denna kraft utnyttjas av insugsfläktar i andra änden. Detta ökar verkningsgraden genom att "suga in" extra luft, varpå mer bränsle kan förbrännas. Fotogen är det lämpligaste bränslet för brinnande lågor och därmed också för jetmotorer. Bensin har förvisso högre energiinnehåll än fotogen, men med bensin som bränsle skulle jetmotorns förbränningslåga vara mycket svårkontrollerad.

Ett exempel på varför kolvmotorer är principiellt mer komplicerade än jetmotorer, är att förutom det faktum att kolvarna måste utföra en upp-och-ned-gående rörelse i sina cylindrar, bl.a. att bränslet efter blandning med luft (via antingen förgasare eller en mycket finfördelad s.k. direktinsprutning), måste antändas med av tändstift skapade gnistor, vilka får bensin-luft-blandninen att explodera (snarare än brinna). Dessa små men kontinuerliga och tidsmässigt mycket täta tändande gnistor måste genereras i precis rätt ögonblick. I dieselmotorer är det bränsleinsprutningen som ska ske i rätt ögonblick. Oavsett bränsle måste emellertid kolvarna vara kopplade till en mekaniskt komplicerad vevaxel, och i fall med fyrtaktsmotorer även en kamaxel vilken under sin rotation reglerar de ventiler som styr både insug av och utblås. För att kunna nyttja kolvmotorernans kraft krävs även en mekanisk kraftöverföring (transmission) från vevaxeln till drivhjul eller propeller med eller utan mellanliggande växellådor och kardanaxel. Jetmotorer kräver däremot ingen mekanisk kraftöverföring för att t.ex. driva ett flygplan.

Historia[redigera | redigera wikitext]

Schematisk bild av en turbinjetmotor.

Redan i mitten av 1930-talet provflög Caproni-fabriken i Italien ett plan med en jetmotor. Denna motor hade en kompressor som drevs av en konventionell kolvmotor. Ungefär samtidigt höll man på även i andra länder med att utveckla jetmotorer. I Sverige tillverkade Bofors på 1930-talet, enligt anvisningar från professor Alf Lysholm, en fungerade jetmotor. På grund av de höga temperaturerna blev tillförlitligheten så låg att man lade ner projektet. I Tyskland tillverkades ett Heinkel-plan som drevs av en turbinmotor och flögs för första gången 1939. I Storbritannien utvecklade engelsmannen Frank Whittle en jetmotor som provflögs 1941. Det första jetdrivna trafikflygplanet var De Havilland DH 106 Comet som togs i bruk i början av 1950-talet.

Det finns flera olika typer av jetmotorer; turbojet, turbofläkt, turboprop, propfan och ramjet-motor. Principen för dem är dock ungefär densamma, men den sistnämnda skiljer sig från de övriga genom att den inte innehåller turbiner och används vanligtvis för mycket höga hastigheter, normalt Mach 2-4 för att driva robotvapen. De jetmotorer som används på moderna jetflygplan är turboprop och turbofläkt.

Motortyper[redigera | redigera wikitext]

Ramjetmotor[redigera | redigera wikitext]

Huvudartikel: Ramjet

En ramjetmotor (ramm-jetmotor) är den enklaste typen av jetmotor och saknar rörliga delar. Förbränningskammaren är utformad som ett venturirör eller som ett rör i vars centrum man placerat en strömlinjeformad förträngning, rammen. Det är förträngningen som åstadkommer den nödvändiga kompressionen och brännkammaren måste hela tiden matas med en kraftig luftström. Ramjetmotorn kräver därför en ganska hög hastighet (ca 500 km/h eller mer) för att över huvud taget fungera och måste därför kompletteras med någon annan form av motor som driver upp farten innan den kan startas. Ramjetmotorer har använts bland annat på den engelska luftvärnsroboten Bloodhound.

Ramjet börjar bli vanlig på flygburna robotvapen, som har tillräckligt hög hastighet när de avfyras (samma som flygplanet) för att ramjeten ska fungera. Fördelen med ramjet jämfört med raketmotor är att ramjeten inte behöver bära med sig syre och därför kan ta en större bränslemängd, alternativt nå samma räckvidd med lägre vikt. (Turbojetmotorer är för dyra och komplicerade för mindre robotvapen.)

Scramjet är en förkortning för supersonic combustion ramjet. Det innebär att luftströmmen genom brännkammaren har överljudshastighet, vilket normalt inte är fallet i en ramjet. Det gör motorn användbar vid extremt höga hastigheter. De extrema temperaturerna ställer dock höga krav på konstruktionen.

Pulsjetmotor[redigera | redigera wikitext]

En pulsjetmotor är en intermittent luftströmsmotor med en stor mängd små backventiler framför brännkammarens inlopp. Bränslet sprutas kontinuerligt in i brännkammaren men förbränningen sker stötvis med hjälp av en pulsad gnista. När gnistan antänder drivmedelsblandningen stänger sig backventilerna och förbränningsgaserna strömmar ut bakåt. När trycket sjunker öppnar sig ventilerna och ny luft strömmar in i kammaren så att cykeln kan upprepas. (Denna motortyp är mest känd för att den användes på den tyska roboten V1. Genom en mycket omsorgsfull utformning av inlopp, brännkammare och utlopp kan man även bygga pulsjetmotorer som fungerar utan ventiler. Pulsjetmotorn uppfanns av svensken Martin Wiberg (1826-1905).

Enkelströmsmotor[redigera | redigera wikitext]

Enkelströmsmotor är ursprunget till de moderna jetmotorerna. I motorns centrum går en axel. På dess främre del finns fläktblad som komprimerar luften och pressar in den i brännkamrarna, som sitter i en cirkel kring axeln. Motorer med flera koncentriska axlar förekommer, fördelen är då att man kan ha olika varvtal på kompressorns inre och yttre delar. Kompressorbladen kan vara utformade antingen som en radialkompressor, som på de Havilland Ghost, som satt i J 29 flygande tunnan, eller som en axialkompressor, som på de flesta andra jetmotortyper. All luft som leds in i motorn går genom brännkamrarna. Principen är att luft sugs in i motorn, komprimeras och pressas via en "diffusor" in till brännkammaren, där flygfotogen sprutas in via munstycken varvid gasblandningen antänds med tändstift. Därvid bildas kontinuerligt en kraftig ström av förbränningsgaser bakåt. På brännkamrarnas utloppssida sitter en enkel turbin på axeln (På tvåaxliga motorer två), vilken tar tillvara en liten del av energin i förbränningsgaserna till att direkt driva kompressorn. Huvuddelen av gasernas energi blir dock rörelseenergi i den gasström som driver planet framåt. Med tiden fann man att det var fördelaktigt både med avseende på buller och verkningsgrad att låta en del av luftströmmen passera förbi brännkamrarna och återblandas med förbränningsgaserna i utloppet, vilket ledde till utvecklingen av dubbelströmsmotorn. Enkelströmsmotorn var den överlägset vanligaste under jetflygets första årtionden, men redan under 60-talet började den ersättas av dubbelströmsmotorn. Överljudsplanet Concorde var ett av de sista passagerarflygplan i reguljär trafik som drevs med enkelströmsmotorer.

På engelska kallas enkelströmsmotorn turbojet, varför denna beteckning ibland används som ett svenskt ord. Detta skapar problem eftersom det skapar förväxlingar. Försvaret använder turbojetmotor som beteckning för alla både enkelströms- och dubbelströmsmotor.

Dubbelströmsmotor[redigera | redigera wikitext]

Detta avsnitt är en sammanfattning av Dubbelströmsmotor

Dubbelströmsmotorn kännetecknas av sin främsta och bredaste del, fläkten, genom vilken all luft passerar. Själva fläkten kan jämföras med, och är i princip en propeller, med den skillnaden att den har fler blad som är kortare och därför kan drivas med högre rotationshastighet. Samtidigt kan spetsarnas hastighet i förhållande till luften hållas innanför begränsningen som ljudvallen innebär. Dessutom är fläkten omgiven av ett rör som eliminerar virvelbildningar på ytterspetsarna av bladen. Den höga rotationshastigheten ökar risken för skadlig resonans i systemet, men resonansen reduceras av ett udda antal fläktblad. Totalt sett har dubbelströmsmotorn en lägre ljudnivå än den konventionella propellern i förhållande till effekten.

En del av luften sugs in i en "kärnmotor", i princip identisk med en enkelströmsmotor, medan resten av luften strömmar bakåt i en ringformad kanal utanför denna. Motorerna har ofta ljuddämpande material (till exempel med bikakestruktur) i väggarna på denna luftkanal som dämpar ljudet bakåt och utåt.

Motorn startas ofta med ett hjälpaggregat alternativt av en annan motors serviceluft som varvar upp den tills kompressionen räcker till kontinuerlig drift.

Dessa motorer har ofta två oberoende axlar, den ena inuti den andra, där den inre kopplar ihop fläkten med lågtrycksturbinen och den yttre kopplar ihop kompressorn med högtrycksturbinen. Detta höjer effektiviteten, då varje del kan rotera med sin individuella optimala hastighet. (Rolls-Royce-motorer kan t.o.m ha tre axlar.)

Slutligen strömmar gaserna ut genom utloppet, ofta via en "mixer" vars uppgift är att blanda den inre strömmen av het luft med den kalla luften som endast passerat fläkten. Då det mesta av det starka motorljudet kommer från den heta expanderande gasen på väg ut kan man avsevärt minska bullret genom att dels göra den heta andelen mindre, dels genom att omge och blanda den väl med kall luft.

Tändstiften på motorn används endast vid start utom när en störning i förbränningen kan inträffa på grund av regn eller snö när motorn går på lågt varv. Denna risk föreligger särskilt vid landning. Under normal drift klarar sig motorn utan hjälp av tändstiften.

Maximal dragkraft används pga bränsleförbrukningen normalt endast vid starten; vid flygning på marschhöjd är ett vanligt effektuttag runt 75%.

Dubbelströmsmotor heter på engelska turbofan, vilket ofta, men felaktigt, översätts till turbofläktmotor.

Propfan[redigera | redigera wikitext]

Propfan kan sägas vara ett mellanting mellan turboprop och turbofläktmotorn. Det är en turbojetmotor med ett extra turbinsteg som driver två eller flera motriktat roterande mångbladiga fläktpropellrar som sitter på utsidan av motorgondolen. Dessa är oftast nedväxlade i förhållande till turbinaxelvarvtalet. Propfan kombinerar relativt hög hastighet och låg bränsleförbrukning, men har ändå inte fått något genomslag, främst på grund av bullerproblem.

Turbopropmotorer[redigera | redigera wikitext]

Dessa fungerar på samma sätt som enkelströmsmotor, men en betydligt större del av energin tas via turbinen ut på en axel som driver en propeller, vilken ger den huvudsakliga drivkraften. Turbopropmotorer är jämförelsevis bränslesnåla, men de är långsammare än både enkel- och dubbelströmsmotorer.

Gasturbiner[redigera | redigera wikitext]

Gasturbiner, ibland även kallade turboshaft eller försvenskat turboaxelmotorer, kan beskrivas som en turbojetmotor med ett extra turbinsteg som ger effekt ut på en axel istället för att ge effekt ut i form av dragkraft. Turboaxelmotorn ger ingen dragkraft alls i form av jetstråle. Istället tas all effekt ut på axeln för att driva en växellåda eller liknande. Dessa motorer används i de flesta helikoptrar men används också i båtar, stridsvagnar, nödkraftsaggregat och kraftverk.

Historiskt utvecklades denna först. Norrmannen Ægidius Elling patenterade principen redan 1884.

Källor[redigera | redigera wikitext]

  1. ^ GE årsredovisning 2006
  2. ^ Rolls-Royce årsredovisning 2006

Se även[redigera | redigera wikitext]

Externa länkar[redigera | redigera wikitext]