Uçak Motoru Nedir? Nasıl Çalışır?

Birinci kuşak uçaklar, otomobil motorlarına benzeyen motorlarla çalışan pervaneli motorlardı. Hava ulaşımındaki en büyük gelişme 1952 yılında tepkili (turbojet) motorun kullanıma girmesiyle oldu. Pervaneli ve tepkili motorların kendilerine has üstünlükleri ve eksik yanları vardı.Her iki motorun üstün yanlarını tek bir motorda birleştirmeye yönelik çabalarda olmuştur. Bu yönde sağlanan gelişmelerden ikisi propjet motoru ve turbofan motoru olarak bilinir.

Günümüzde en yaygın olarak kullanılan uçak motoru turbofan (veya fanjet) motorudur. Bu motor türbine bağlı büyük bir fan (pervane), oldukça yüksek debide havayı, tepkili motoru çevreleyen bir kanalda akmaya zorlar. Hava fan kanallarından daha yüksek bir hızla çıkarak, motorun toplam tepkisini önemli bir oranda arttırır. Turbofan motoru, belirli bir güç için daha düşük hızla hareket eden daha fazla miktarda havanın, daha hızlı hareket eden daha az miktarda havadan daha büyük bir tepki oluşturma ilkesine dayanır. İlk ticari turbofan motoru 1955 yılında başarıyla denenmiştir.

Bir uçak üzerindeki turbofan motoru, daha düşük verimli bir turbojet motorundan, fanı örten tombul görünüşlü motor kaplamasıylakolayca ayırt edilebilir. Bir turbojet motorunda üretilen tepki, motordan ses hızının yaklaşık iki katında çıkan egzoz gazlarından kaynaklanır. Bir turbofan motorunda yüksek hızlı egzoz gazları, fandan geçen daha düşük hızlı havayla karışır ve böylece motor gürültüsü önemli ölçüde azaltılır.

Yeni soğutma teknikleriyle yanma odası çıkışındaki gaz sıcaklıkları 1500 °C’ın üzerine kadar yükselebilmiş, böylece ısıl verimde önemli artışlar sağlanmıştır. Bu sıcaklık, türbin kanat malzemesinin 100 °C üzerindedir. Turbofan motorları, birim yolcu ve mesafe başına daha az yakıtla 400′den fazla yolcuyu 10000 km uzaklığa 900 km/saat’ten daha yüksek hızlarda taşıyabilen yaklaşık 400000 kg kütleye sahip jumbojet gibi üstün teknoloji ürünü uçakların gelişmesine öncülük etmiştir.

Bir turbofan motorunda yanma odasının dışından geçen havanın kütlesel debisinin yanma odasından geçen havanın debisine oranına fan debi oranı (bypass ratio) denir. Yüksek fan debi oranına sahip ilk ticari motorlarda bu oran 5 değerindeydi. Bir turbofan motorunun fan debi oranının arttırılması üreteceği tepkiyi arttırır. Bu nedenle fanı örten motor kaplamasının kaldırılmasında yarar vardır. Bu şekilde elde edilen motor propjet motorudur. Turbofan ve propetjet motorunun farkı, fan debi oranlarından kaynaklanmaktadır. Turbofan motorunda bu oran 5 veya 6 iken, propjet motorlarda bu oran 100′e kadar çıkabilmektedir. Genel bir kural olarak pervaneli motorlar, jet motorlardan daha verimlidir. Fakat yüksek hızlarda ve seviyelerde verimi düştüğünden, düşük hız ve seviyelerle sınırlıdırlar, Eski tip propjet motorlarda (turboproplar) hız yaklaşık 0.62 Mach sayısı ( uçak hızının ses hızına oranı), yükseklik ise 9100 metre ile sınırlıydı. Yeni tip propjet motorlarda (propfan) ise hızın 0.82 Mach, yüksekliğinde 12000 metre olması beklenmektedir. Profan motoruyla çalışan orta boy ve mesafeli uçakların, turbofan motoruyla çalışan uçaklarla aynı hız ve aynı yükseklikte fakat daha az yakıtla uçmaları beklenmektedir.

Savaş uçaklarının motorlarında yapılan güncel bir düzenleme, türbinle lüle arasında bir art yakıcı (afterburner) bölümünün eklenmesidir. Kısa mesafe kalkışta veya savaş koşullarında olduğu gibi fazladan tepki durumu duyulduğunda, türbinden çıkan oksijence zengin yanma gazlarına yakıt püskürtülmesiyle yapılır. Fazladan sağlanan bu enerji sonucu egzoz gazları motoru daha yüksek bir hızla terk eder ve böylece daha büyük bir tepki sağlanır.

Ramjet motoru, içinde kompresör veya türbin bulunmayan uygun biçimli bir kanal olup, yüksek hızlı uçaklarda ve füzelerde kullanılır. Motordaki basınç artışı, motora çok yüksek hızla giren havanın bir engele çarpması ve yavaşlaması ile sağlanır. Bu nedenle ramjet motorun çalışabilmesi için önce dış bir kaynak yardımıyla yüksek bir hıza getirilmesi gerekir.

Ramjet motoru, 2 veya 3 Mach hızında uçan uçaklar için uygundur. Ramjet motorunda hava yaklaşık 0.2 Mach sayısına yavaşlatıldıktan sonra, içine yakıt püskürtülerek yakılır ve oluşan yanma sonucu gazlar bir lülede genişletilerek ivmelendirilir.

Bir scramjet motoru, aslında, havanın içinden süpersonik hızda (ses hızından yüksek bir hızda) aktığı bir ramjet motorudur. 6 Mach’ın üzerindeki hızlarda scramjet sistemine dönüşen ramjet motorları, 8 Mach’a kadar başarıyla denenmiştir.

Son olarak, bir roket, sıvı veya katı yakıtın, oksijenle yanma odasında reaksiyona sokulduğu motordur. Yüksek basınçlı yanma sonu gazları daha sonra bir lülede genişletir. Gazlar roketten çok yüksek hızlarda çıkarak tepki oluşturur ve roketi harekete geçirir.