Turbofan

Turbofan, itişi egzoz gazıyla beraber, ön kısımdaki geniş fanla da sağlanan güvenilir ve bakımı kolay jet motoru tipidir. Ön kısmı büyük, arka kısmı koni şeklinde ve daha küçüktür. Genelde yolcu uçaklarında kullanılır.
Ön kısımdaki türbin vasıtasıyla emilen hava kompresör pervaneler tarafından yanma odasına alınır, burada yoğunlaştırılan hava aynı anda yakıt (bazı motorlarda bir miktar su karıştırılır) ile yakıldığında itme kuvveti oluşur. Buna roket ivmelenmesi de diyebiliriz. Oluşan bu itme gücü egzoz çıkışındaki türbinler vasıtasıyla dışarı gönderilir, tüm bu sistem aynı mile bağlı bir düzenektir.
"Turbofan" kelimesi "türbin" ve "fan" kelimelerinin birleşiminden oluşur: türbin, hava akışını sağlayan fanı çalıştırır.
Turbofan motorlar turbojet motorlara benzer, ancak motorun ön tarafında motordan geçen havanın kütle akışını artıran ve üretilen toplam itme gücünü artıran ek bir fan kademesi bulunur. Fan, motorun yanma süreci tarafından üretilen sıcak gazlar tarafından çalıştırılan türbin tarafından tahrik edilir.
Fan tarafından sağlanan artan hava akışı, motora daha fazla miktarda hava çekilmesine ve yanma işleminde kullanılmasına izin verdiği için motorun genel verimliliğini artırmaya yardımcı olur. Bu da yakıt tüketimi ve emisyonlarda azalmanın yanı sıra uçağın menzilinde ve yük kapasitesinde artışa yol açabilir.
Turbofan motorlar iki ana kategoriye ayrılabilir: düşük baypaslı motorlar ve yüksek baypaslı motorlar. Düşük baypaslı motorlarda fandan geçen hava kütlesi daha düşüktür ve toplam hava akışının daha yüksek bir oranı motor çekirdeğine yönlendirilir. Bu da daha yüksek jet hızları ve daha yüksek özgül itiş gücü sağlayarak bu motorları askeri uçaklarda ve yüksek hızlı ticari uçaklarda kullanım için uygun hale getirir.
Öte yandan, yüksek baypaslı motorlarda fandan geçen hava kütlesi daha yüksektir ve toplam hava akışının daha düşük bir oranı motor çekirdeğine yönlendirilir. Bu da daha düşük jet hızları ve daha düşük özgül itiş gücü, ancak daha yüksek bir genel verimlilikle sonuçlanır. Yüksek baypaslı motorlar, iyi bir itme gücü ve verimlilik dengesi sundukları için modern ticari uçaklarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Turbofan motorlar diğer uçak motoru türlerine göre daha yüksek verimlilik, daha düşük gürültü seviyeleri ve daha düşük emisyonlar gibi bir dizi avantaja sahiptir. Ayrıca, diğer jet motoru türlerine kıyasla daha az hareketli parçaya sahip oldukları için bakımları genellikle daha kolaydır.
Genel Prensipler
Bir turbofan motoru, motor içindeki havayı hızlandırmak için bir fan kullanan bir jet motoru türüdür. Fan, gazların motor boyunca genişlemesiyle çalışan bir türbin tarafından tahrik edilir. Fan ve türbin bir şaftla birbirine bağlıdır ve fan motorun ön tarafında, türbin ise arka tarafında yer alır.
Bypass oranı
Bir turbofan motorun bypass oranı, çekirdek motoru bypass eden havanın kütle akış hızının çekirdek motordan geçen havanın kütle akış hızına oranıdır. Yüksek bir bypass oranı, motora giren havanın daha büyük bir kısmının çekirdeği bypass ettiği anlamına gelirken, düşük bir bypass oranı havanın daha küçük bir kısmının çekirdeği bypass ettiği anlamına gelir.
Verimlilik
Turbofan motorlar, yakıttan daha fazla enerji elde etme kabiliyetleri nedeniyle genellikle turbojetler gibi diğer jet motoru türlerinden daha verimlidir. Bunun nedeni, baypas havasının çekirdek motordan gelen sıcak egzoz gazlarıyla karıştırılarak motorun genel verimliliğini artırmasıdır.
İtme gücü
İtiş gücü, bir hava aracını ileri doğru iten motor tarafından üretilen kuvvettir. Turbofan motorlar, fanın ve çekirdek motordan çıkan egzoz gazlarının etkisiyle itme kuvveti üretir. Bir turbofan motor tarafından üretilen itme gücü miktarı fanın boyutuna, dönme hızına ve çekirdek motorda yakılan hava ve yakıt miktarına bağlıdır.
Nozullar ve Gürültü
Bir turbofan motorun nozulu, motorun arkasında bulunan ve egzoz gazlarının dışarı atıldığı açıklıktır. Nozulun şekli motorun performansını ve gürültüsünü etkileyebilir. Turbofan motorlar, egzoz gazlarının gürültüsünü azaltmaya yardımcı olan bypass havasının varlığı nedeniyle genellikle diğer jet motoru türlerinden daha sessizdir. Bununla birlikte, bir turbofan motor tarafından üretilen gürültü, özellikle kalkışta ve yüksek hızlı uçuş sırasında hala önemli olabilir.
Tarihi
Turbofan motorunun geçmişi, Daimler-Benz'deki Alman mühendislerin konsepti denemeye başladığı 1940'lı yılların başlarına kadar uzanmaktadır. 109-007 olarak bilinen ilk prototipleri 1943 yılında bir test yatağında çalıştırıldı, ancak o dönemde teknolojinin zorlukları ve sınırlamaları nedeniyle geliştirilmesinden vazgeçildi. İngilizler 1943 yılında Metrovick F.3 turbofan'ın testlerini de gerçekleştirmişlerdir; bu turbofan Metrovick F.2 turbojet şeklinde bir gaz jeneratörü ve iki eş eksenli kontra dönen fanı tahrik eden kontra dönen düşük basınçlı türbin sisteminden oluşan bir arka fan modülü kullanmıştır.
1950'ler ve 1960'lar boyunca, malzemelerdeki gelişmeler ve Bristol Olympus ve Pratt & Whitney JT3C gibi motorlarda ikiz kompresörlerin kullanılmaya başlanması, motorların toplam basınç oranını ve termodinamik verimliliğini arttırmıştır. Bununla birlikte, bu ilk motorlar, yüksek özgül itme kuvveti ve süpersonik uçuş için daha uygun olan yüksek hızlı egzozları nedeniyle hala nispeten düşük itme verimliliğine sahipti.
İtiş verimliliğini artırmak amacıyla mühendisler, egzoz hızını uçağınkine daha yakın bir değere düşüren düşük baypaslı turbofan motorlar geliştirmeye başladılar. Dünyanın ilk üretim turbofanı olan Rolls-Royce Conway'in bypass oranı 0,3 iken, Pratt & Whitney JT8D ve Rolls-Royce Spey gibi 1960'ların sivil turbofan motorlarının bypass oranları 1'e yakındı. 1962'de tanıtılan Tupolev Tu-124, Soloviev D-20'yi kullanan turbofan motorlarla çalışan ilk Sovyet uçağıydı.
İlk arka fanlı turbofan motor olan General Electric CJ805-23'ü, bypass oranı 2.0 olan General Electric CF700 izledi. CF700, Rockwell Sabreliner 75/80 ve Dassault Falcon 20'de kullanıldı ve Federal Havacılık İdaresi (FAA) tarafından onaylanan ilk küçük turbofan oldu. Ayrıca Project Apollo programında astronotların eğitimi için Lunar Landing Research Vehicle'da da kullanılmıştır.
Genel olarak turbofan, yüksek itiş gücü ve yakıt verimliliği kombinasyonu sayesinde modern uçaklarda kullanılan baskın jet motoru türü haline gelmiştir. Son birkaç on yılda bir dizi şirket ve mühendis tarafından geliştirilmiş ve rafine edilmiştir ve teknoloji ilerledikçe gelişmeye devam etmektedir.
Yaygın tipler
Düşük baypaslı turbofan
Düşük baypaslı turbofanlar en temel turbofan motor türüdür ve baypas hava akışının çekirdek hava akışına oranının düşük olmasıyla karakterize edilir. Bu, nispeten az miktarda havanın motor çekirdeğinin etrafına yönlendirildiği ve havanın büyük kısmının itiş gücü sağlamak için motordan geçtiği anlamına gelir.
Düşük baypaslı turbofanlar tipik olarak bölgesel jetler gibi daha küçük uçaklarda kullanılır ve yüksek itme/ağırlık oranları ve yüksek hızlarda iyi yakıt verimlilikleri ile bilinirler.
Art yanmalı turbofan
Artırılmış turbofanlar olarak da bilinen art yakıcılı turbofanlar, art yakıcı içeren bir turbofan motor türüdür. Art yakıcı, itiş gücünü artırmak için egzoz akımına ilave yakıt enjekte eden motorun bir bölümüdür.
Art yakıcılı turbofanlar tipik olarak askeri uçaklarda kullanılır; burada art yakıcı tarafından sağlanan ilave itme gücü yüksek hızlı manevra ve süpersonik uçuş için faydalıdır.
Yüksek baypaslı turbofan
Yüksek baypaslı turbofanlar ticari uçaklarda kullanılan en yaygın turbofan motor türüdür ve baypas hava akışının çekirdek hava akışına oranının yüksek olmasıyla karakterize edilir. Bu, büyük miktarda havanın motor çekirdeğinin etrafına yönlendirildiği ve itiş gücü sağlamak için sadece küçük bir miktarın motordan geçtiği anlamına gelir.
Yüksek baypaslı turbofanlar iyi yakıt verimliliği ve düşük gürültü seviyeleri ile bilinir, bu da onları ticari uçaklarda kullanım için ideal hale getirir.
Üreticiler
Üretimde olan birkaç büyük ticari turbofan üreticisi vardır:
General Electric
Pratt & Whitney
Rolls-Royce
Safran
MTU Aero Engines
Üretimdeki ticari turbofanlar
Şu anda üretimde olan ticari turbofanlardan bazıları şunlardır:
General Electric CFM56: Boeing 737 ve Airbus A320 dahil olmak üzere çeşitli ticari uçaklara güç sağlayan yaygın olarak kullanılan bir turbofan.
Pratt & Whitney PW1000G: Airbus A320neo ve diğer uçaklara güç veren yüksek verimli bir turbofan.
Rolls-Royce Trent 1000: Boeing 787 Dreamliner ve diğer uçaklarda kullanılan bir turbofan.
Safran LEAP: Airbus A320neo ve diğer uçaklarda kullanılan bir turbofan.
MTU Aero Engines V2500: Airbus A320 ve diğer uçaklarda kullanılan bir turbofan.