" Κινητήρες Αεροσκαφών "

Γενικά, τα αεροσκάφη χρησιμοποιούν αεριοστρόβιλο για να κινηθούν τόσο στον αέρα όσο και στο έδαφος. Τα βασικά του μέρη είναι: ο συμπιεστής, ο θάλαμος καύσης, ο στρόβιλος και τέλος το ακροφύσιο εξαγωγής.

Άν με συντομία εξηγούσαμε την όλη λειτουργία, θα λέγαμε ότι: ο αέρας απο την εισαγωγή εισέρχεται στον συμπιεστή, εκεί συμπιέζεται και οδηγείται με μεγάλη ταχύτητα στο θάλαμο καύσης όπου με κατανάλωση καυσίμου και ύπαρξη σπινθήρα δημιουργείται καύση. Τα καυσαέρια οδηγούνται στο στρόβιλο, τον περιστρέφουν με αρκετή ταχύτητα και εξέρχονται απο το κινητήρα απο το ακροφύσιο εξόδου με μεγάλη ταχύτητα. Να σημειωθεί ότι η ταχύτητα εξόδου του αέρα είναι πολύ μεγαλύτερη από τη ταχύτητα εισόδου και αυτή είναι η αιτία δημιουργίας της ώσης (thrust). Στην αεροπορική βιομηχανία χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι αεριοστροβίλων και αυτό διότι για κάθε χρήση υπάρχει και ο κατάλληλος. Οι τύποι αυτοί είναι οι εξής:

    1.   Turbojet (στροβιλοαντιδραστήρας)

     Στον συγκεκριμένο τύπο κινητήρα, όλη η ποσότητα του αέρα που εισέρχεται συμπιέζεται και οδηγείται σε καύση. Ο κινητήρας αυτός αποτελεί τη ‘παλιά γενιά’ των κινητήρων και μπορεί να έχει αυξημένη απόδοση αλλά μειονεκτεί στη κατανάλωση καυσίμου, στον θόρυβο και στη μικρή απόδοση σε ταχύτητες κάτω των 750 km/h. Εξαιτίας λοιπόν του γεγονότος οτι αποδίδουν τη μέγιστη ισχύ σε υψηλές ταχύτητες, οι κινητήρες αυτοί βρίσκουν χρήση κυρίως σε μαχητικά αεροσκάφη υψηλών επιδόσεων.

   2.    Turbofan (στροβιλοανεμιστήρας)

     Στον κινητήρα αυτόν ένα μέρος του αέρα, που εισέρχεται απο την εισαγωγή, μεταβαίνει στη διαδικασία της καύσης (θερμό ρεύμα αέρα) ενώ το υπόλοιπο (ψυχρό ρεύμα αέρα) αφού συμπιεστεί ελάχιστα μέσω του fan, περνά μέσα απο το fan case και εκτονώνεται πίσω απο την εξαγωγή παράγωντας έτσι αρκετή ώση. Μπορεί να φαίνεται παράξενο, αλλά ανάλογα με το μέγεθος του fan case ή αλλιώς με το βαθμό παράκαμψης*, η ώση που μπορεί να παραχθεί απο μία βαθμίδα fan αντιστοιχεί στο 75 με 80 % της συνολικής ώσης που απαιτείται και το υπόλοιπο 20 με 25 % να προέρχεται απο τον κινητήρα. Άρα επιτυγχάνεται υψηλή απόδοση με μικρή κατανάλωση καυσίμου. Ένα ακόμη πλεονέκτημα είναι οτι οι turbofan κινητήρες  μπορούν να αποδώσουν το μέγιστο της ώσης σε χαμηλές ταχύτητες (σημείωση: μόνο όταν έχουν υψηλό σημείο παράκαμψης). Έτσι, οι κινητήρες υψηλού βαθμού παράκαμψης χρησιμοποιούνται σε εμπορικά αεροσκάφη ενώ οι χαμηλού σε μαχητικά γιατί μοιάζουν με τους turbojet. Ακόμη, ο ανεμιστήρας (fan) μπορεί να βρίσκεται είτε στο εμπρός είτε στο πίσω μέρος του κινητήρα. Γενικά οι turbofan θεωρούνται ως οι ποιο κατάλληλοι για μεγάλα αεροσκάφη.

   *Βαθμός/Λόγος παράκαμψης (bypass ratio): είναι ο λόγος του ψυχρού ρεύματος αέρα προς το θερμό ρεύμα αέρα και είναι χαρακτηριστικό γνώρισμα του turbofan.

3. Turboprop (στροβιλοελικοφόρος)

Ουσιαστικά ο κινητήρας αυτός είναι ένας turbojet με μία επιπλέον τουρμπίνα η οποία οδηγεί την προπέλα (propeller). Έχει χρήση αποκλειστικά σε αεροσκάφη χαμηλών ταχυτήτων και χαμηλού ύψους πλεύσης (< 30.000 πόδια). Σε ορισμένους turboprop χρησιμοποιείται ξεχωριστός στρόβιλος για την κίνηση του έλικα και ονομάζεται ελεύθερος στρόβιλος (free/power turbine). Στη περίπτωση μη ύπαρξης ξεχωριστού στροβίλου, το 90% της ενέργειας των καυσαερίων κινεί τον έλικα ενώ το 10% παρέχεται υπο μορφή ώσης. Το βασικό πλεονέκτημα των κινητήρων αυτών είναι οτι έχουν τη καλύτερη ειδική κατανάλωση καυσίμου απο όλους τους αεριοστροβίλους. Επίσης, για τα χαμηλά ύψη πτήσης και τις χαμηλές ταχύτητες που αναφέρθηκαν πριν, έχουν ικανοποιητικές αποδόσεις τόσο στην απογείωση όσο και στην άνοδο, εξαιτίας της μεγάλης ώσης που παράγουν. Αντιθέτως, μειονεκτούν στην δύσκολη κατασκευή τους, στην απαιτητική και πολλές φορές με ύπαρξη προβλημάτων συντήρησή τους και τέλος στο αυξημένο βάρος τους.

   4.    Turboshaft (αξονοστρόβιλος)

 

Μοιάζει με τον turboprop και αυτό γιατί παρέχει ισχύ σχεδόν αποκλειστικά στον άξονά του με συνέπεια την ελάχιστη παραγωγή ώσης. Για παράδειγμα αν σε έναν turboprop ο ελέυθερος στρόβιλος δε συνδέεται με έλικα αλλά με τον άξονα του στροφείου ενός ελικοπτέρου τότε έχουμε τον αξονοστρόβιλο. Επίσης, ο turboshaft χρησιμεύει και ως APU, δηλαδή ως εναλλακτικό μέσο παροχής ισχύος.  

Βιβλιογραφία: 1) "Εργαστήριο Στροβιλοκινητήρων Σημειώσεις", Τμήμα Τεχνολογίας Αεροσκαφών ΤΕΙ Στερεάς Ελλάδας