Articles

Suihkumoottorit

kaikki suihkumoottorit ovat reaktiomoottoreita, jotka tuottavat työntövoiman päästämällä nestesuihkun taaksepäin suhteellisen suurella nopeudella. Tämän suihkukoneen luomiseen tarvittavat voimat Moottorin sisäpuolella antavat voimakkaan työntövoiman moottoriin, joka työntää venettä eteenpäin.

suihkumoottorit valmistavat suihkunsa ajoaineesta, joka varastoidaan moottoriin kiinnitettyihin säiliöihin (kuten ”raketissa”) sekä kanavamoottoreihin (joita käytetään yleisesti lentokoneissa) imemällä ulkoista nestettä (hyvin tyypillisesti ilmaa) ja karkottamalla sitä suuremmalla nopeudella.

Propelling nozzleEdit

pääartikkeli: Potkurisuutin

potkurisuutin on kaikkien suihkumoottoreiden keskeinen komponentti, sillä se luo pakokaasusuihkun. Potkurisuuttimet muuttavat sisäisen ja paine-energian suurinopeuksiseksi liike-energiaksi. Kokonaispaine ja lämpötila eivät muutu suuttimen kautta, mutta niiden staattiset arvot laskevat kaasun nopeutuessa.

suuttimeen tulevan ilman nopeus on alhainen, noin Mach 0,4, mikä on edellytys suutimeen johtavan kanavan painehäviöiden minimoimiseksi. Suuttimeen tuleva lämpötila voi olla yhtä alhainen kuin Tuulettimen suuttimen merenpinnan tason ympäristö kylmässä ilmassa risteilykorkeuksissa. Se voi olla yhtä korkea kuin 1000k pakokaasun lämpötila ääntä nopeammassa jälkipolttomoottorissa tai 2200K jälkipolttimen ollessa päällä. Suuttimeen tuleva paine voi vaihdella 1,5-kertaisesta suuttimen ulkopuolisesta paineesta yksivaiheisen Tuulettimen osalta 30-kertaiseen nopeimman miehitetyn ilma-aluksen ollessa Mach 3+.

Konvergentit suuttimet kykenevät kiihdyttämään kaasua vain paikallisiin sonic (Mach 1) – olosuhteisiin asti. Suurten lentonopeuksien saavuttamiseksi tarvitaan vielä suurempia pakokaasunopeuksia, ja siksi suurnopeuskoneissa käytetään usein Konvergent-divergent-suutinta.

suuttimen työntövoima on suurin, jos kaasun staattinen paine saavuttaa suuttimesta lähtiessään ympäristön arvon. Tämä tapahtuu vain, jos suuttimen ulostuloalue on oikea arvo suuttimen painesuhteelle (NPR). Koska npr muuttuu moottorin työntövoiman asetuksella ja lentonopeudella, näin on harvoin. Myös yliääninopeuksilla poikkeava pinta-ala on pienempi kuin tarvitaan, jotta ympäristön paine laajenisi täysin sisäisesti, kun vastapaineena on ulkoinen ilmanvastus. Whitford antaa esimerkkinä F-16: n. Muita alitehoisia esimerkkejä olivat XB-70 ja SR-71.

suuttimen koko yhdessä turbiinin suuttimien pinta-alan kanssa määrittää kompressorin käyttöpaineen.

ThrustEdit

pääartikkeli: Suihkumoottorin työntövoima

lentokoneiden suihkumoottoreiden energiatehokkuusedit

tässä yleiskatsauksessa tuodaan esiin, missä kohdin suihkumoottorien valmiissa voimalaitteissa tai moottoreissa tapahtuu energiahäviöitä.

levossa oleva suihkumoottori imee itseensä polttoainetta ja synnyttää työntövoimaa. Se, miten hyvin se tekee tämän, arvioidaan sen perusteella, kuinka paljon se käyttää polttoainetta ja mitä voimaa tarvitaan sen hillitsemiseksi. Tämä on sen tehokkuuden mittari. Jos jokin heikkenee moottorin sisällä (tunnetaan suorituskyvyn heikkenemisenä), se on vähemmän tehokas ja tämä osoittaa, milloin polttoaine tuottaa vähemmän työntövoimaa. Jos sisäosaan tehdään muutos, joka mahdollistaa ilman/palokaasujen sujuvamman virtauksen, moottori on tehokkaampi ja käyttää vähemmän polttoainetta. Standardimääritelmän avulla arvioidaan, miten eri asiat muuttavat moottorin hyötysuhdetta, ja myös mahdollistetaan vertailut eri moottoreiden välillä. Tätä määritelmää kutsutaan ominaispolttoaineenkulutukseksi eli kuinka paljon polttoainetta tarvitaan yhden työntövoimayksikön tuottamiseen. Esimerkiksi tietystä moottoriratkaisusta tiedetään, että jos ohituskanavan kolhuja tasoitetaan, ilma virtaa tasaisemmin, jolloin painehäviö pienenee x% ja esimerkiksi lentoonlähtötyöntövoiman saamiseksi tarvitaan y% vähemmän polttoainetta. Tämä käsitys tulee alle engineering kurinalaisuutta suihkumoottori suorituskykyä. Myöhemmin mainitaan, miten nopeus eteenpäin ja energian toimittaminen ilma-alusten järjestelmiin vaikuttavat tehokkuuteen.

moottorin hyötysuhdetta säätelevät ensisijaisesti Moottorin sisäiset toimintaolosuhteet, joita ovat kompressorin tuottama paine ja palamiskaasujen lämpötila ensimmäisessä pyörivien turbiinin lapojen sarjassa. Paine on Moottorin korkein Ilmanpaine. Turbiiniroottorin lämpötila ei ole Moottorin korkein, mutta se on korkein, jossa energian siirto tapahtuu ( polttimessa esiintyy korkeampia lämpötiloja). Yllä oleva paine ja lämpötila on esitetty termodynaamisessa syklikaaviossa.

hyötysuhdetta muuttaa edelleen se, kuinka sujuvasti ilma ja palamiskaasut virtaavat moottorin läpi, kuinka hyvin virtaus on linjassa (kohtauskulma) kompressorien ja turbiinien liikkuvien ja paikallaan olevien väylien kanssa. Ei-optimaalinen kulmat, sekä ei-optimaalinen kulkua ja terän muodot voivat aiheuttaa paksuuntuminen ja erottaminen Rajakerrosten ja muodostumista shokkiaaltoja. On tärkeää hidastaa virtausta (pienempi nopeus tarkoittaa vähemmän painehäviöitä tai painehäviöitä), kun se kulkee eri osia yhdistävien kanavien läpi. Se, miten hyvin yksittäiset komponentit vaikuttavat polttoaineen muuttamiseen työntövoimaksi, määritetään mittaamalla esimerkiksi kompressorien, turbiinien ja palopolttimien hyötysuhdetta ja kanavien painehäviöitä. Nämä esitetään viivoina termodynaamisessa syklikaaviossa.

moottorin hyötysuhde eli terminen hyötysuhde, joka tunnetaan nimellä η t h {\displaystyle \eta _{th}}

\eta _{{th}}

. η c o m p r e S S o r {\displaystyle \eta _{kompressori}}

{\displaystyle \eta _{kompressori}}

, η c o m b u s t i o n {\displaystyle \eta _{palaminen}}

{\displaystyle \ETA _{palaminen}}

ja η t u r b i n e {\displaystyle \ETA _{turbiini}}

{\displaystyle \ETA _{turbiini}}

ja kanavien painehäviöt.

moottori tarvitsee paineilmaa itselleen vain toimiakseen onnistuneesti. Tämä ilma tulee omasta kompressoristaan ja sitä kutsutaan sekundaariseksi ilmaksi. Se ei edistä työntövoiman tekemistä, joten se tekee moottorista tehottomamman. Sitä käytetään moottorin mekaanisen eheyden säilyttämiseen, osien ylikuumenemisen estämiseen ja öljyn karkaamisen estämiseen esimerkiksi laakereista. Vain osa tästä kompressoreista otetusta ilmasta palaa turbiinivirtaukseen työntövoiman tuottamiseksi. Tarvittavan määrän vähentäminen parantaa moottorin hyötysuhdetta. Tietystä moottorirakenteesta tiedetään jälleen, että X%: n pienempi jäähdytysvirtavaatimus vähentää polttoaineen ominaiskulutusta y%: lla. Toisin sanoen esimerkiksi lentoonlähtövoiman antamiseen tarvitaan vähemmän polttoainetta. Moottori on tehokkaampi.

kaikki edellä mainitut seikat ovat perusedellytyksiä sille, että moottori käy itsekseen, eivätkä ne samalla tee mitään hyödyllistä, eli se ei liikuta lentokonetta tai anna energiaa lentokoneen sähkö -, hydrauli-ja ilmajärjestelmiin. Lentokoneessa Moottori luovuttaa osan työntövoimaa tuottavasta potentiaalistaan eli polttoaineesta näiden järjestelmien voimanlähteeksi. Nämä vaatimukset, jotka aiheuttavat asennushäviöitä, vähentävät sen tehokkuutta. Se käyttää polttoainetta, joka ei edistä Moottorin työntövoimaa.

lopulta lentokoneen lentäessä potkurisuihku itsessään sisältää hukkaan menevää liike-energiaa sen poistuttua moottorista. Tätä voidaan kvantifioida termillä propulsiivinen eli Froude hyötysuhde η p {\displaystyle \eta _{p}}

\eta _{p}

, ja sitä voidaan vähentää suunnittelemalla Moottori uudelleen niin, että se antaa sille ohitusvirran ja pienemmän nopeuden potkuriturbiinimoottorille, esimerkiksi potkuriturbiini-tai turbofaanimoottorina. Samalla eteenpäin nopeus lisää η t h {\displaystyle \eta _{th}}

\eta _{{TH}}

nostamalla Kokonaispainesuhdetta.

Moottorin kokonaishyötysuhde lentonopeudella määritellään seuraavasti: η o = η p η t h {\displaystyle \eta _{o}=\eta _{p}\eta _{th}}

{\displaystyle \eta _{o} = \eta _{p}\eta _{th}}

.

η o {\displaystyle \eta _{o}}

{\displaystyle \eta _{o}}

lentonopeudella riippuu siitä, kuinka hyvin imu pakkaa ilman ennen kuin se luovutetaan moottorikompressoreille. Imun puristussuhde, joka voi olla jopa 32:1 Mach 3: ssa lisää moottorin kompressorin painesuhteen ja η t h {\displaystyle \eta _{th}}

\eta _{{TH}}

termodynaamiselle syklille. Kuinka hyvin se tekee tämän, määräytyy sen paineen talteenoton tai saannin häviöiden mittauksen perusteella. Mach 3 miehitetty lento on antanut mielenkiintoisen esimerkin siitä, miten nämä tappiot voivat kasvaa dramaattisesti hetkessä. Pohjois-Amerikan XB-70 Valkyrie ja Lockheed SR-71 Blackbird Mach 3: ssa olivat kumpikin noin 0: n painekertymät.8, johtuen suhteellisen alhaisista häviöistä puristusprosessin aikana, eli useiden shokkien järjestelmien kautta. ”Unstartissa” tehokas iskujärjestelmä korvattaisiin erittäin tehottomalla yhdellä iskulla sisääntulon ulkopuolella ja imupaineen palautumisella noin 0,3 ja vastaavasti alhaisella painesuhteella.

potkurisuuttimessa on yleensä noin Mach 2: n ylittävillä nopeuksilla ylimääräisiä sisäisiä työntövoima-menetyksiä, koska ulostuloalue ei ole tarpeeksi suuri vaihtokauppana ulkoisen jälkivartelun kanssa.

vaikka ohivirtausmoottori parantaa työntötehoa, se aiheuttaa omia häviöitä itse moottorin sisällä. Koneita on lisättävä, jotta energia siirtyy kaasugeneraattorista ohivirtausilmavirtaan. Turbojetin potkurisuuttimen pieni häviö lisätään ylimääräisillä häviöillä lisätyn turbiinin ja puhaltimen tehottomuuden vuoksi. Nämä voidaan sisällyttää siirto-eli siirtotehokkuuteen η T {\displaystyle \eta _{T}}

{\displaystyle \eta _{T}}

. Nämä tappiot katetaan kuitenkin enemmän kuin propulsiotehokkuuden parantumisella. Ohivirtauskanavassa on myös ylimääräisiä painehäviöitä ja ylimääräinen työntösuutin.

turbofanien tullessa tappiollisine koneineen Bennett on esimerkiksi erottanut toisistaan kaasugeneraattorin ja siirtokoneiston, jotka antavat η o = η p η t h η T {\displaystyle \eta _{o}=\eta _{P}\eta _{t}\eta _{t}}

{\displaystyle \eta _{o}=\eta _{P}\ETA _{TH}\eta _{t}}

.

Propulsiotehokkuuden (η) riippuvuus ajoneuvon nopeuden ja pakokaasun nopeussuhteesta (v/ve) ilmaa hengittävissä suihkumoottoreissa ja rakettimoottoreissa.

ajoneuvoihin asennettujen suihkumoottoreiden energiatehokkuudella ( η o {\displaystyle \eta _{o}}

{\displaystyle \eta _{o}}

) on kaksi pääkomponenttia:

  • propulsiivinen hyötysuhde ( η P {\displaystyle \eta _{p}}
    \ETA _{p}

    ): kuinka suuri osa jetin energiasta päätyy ajoneuvon runkoon sen sijaan, että se kulkeutuisi pois jetin kineettisenä energiana.

  • syklin hyötysuhde ( η t h {\displaystyle \eta _{th}}
    \eta _{{th}}

    ): kuinka tehokkaasti moottori voi kiihdyttää suihkua

vaikka yleinen energiatehokkuus η o {\displaystyle \eta _{o}}

{\displaystyle \eta _{o}}

on: η o = η P η t h {\displaystyle \eta _{o}=\eta _{p}\eta _{th}}

{\displaystyle \eta _{o}=\eta _{P}\eta _{th}}

kaikkien suihkumoottoreiden propulsiivinen hyötysuhde on suurin, kun pakokaasusuihkun nopeus tulee lähemmäksi ajoneuvon nopeutta, sillä näin saadaan pienin jäljellä oleva kineettinen energia. Ilmahengitysmoottorin osalta Pakokaasun nopeus, joka on yhtä suuri kuin ajoneuvon nopeus, tai η p {\displaystyle \eta _{p}}

\eta _{p}

yhtä suuri kuin yksi, antaa työntövoiman nollaan ilman nettomomentin muutosta. Nopeus v {\displaystyle v}

v

Pakokaasun nopeus v e {\displaystyle v_{e}}

v_{e}

ja polttoaineen virtauksen laiminlyöminen on: η p = 2 1 + v e v {\displaystyle \ETA _{p}={\frac {2}{1+{\frac {v_{e}}{v}}}}

\ETA _{p}={\frac {2} {1+{\frac {V_{e}} {v}}}

ja raketille:

η p = 2 ( v v e ) 1 + ( v v e ) 2 {\displaystyle \eta _{p}={\frac {2\,({\frac {v}{v_{e}}})}{1+({\frac {v}{v_{e}}})^{2}}}}

\eta _{p}={\frac {2\, ({\frac {v}{v_{e}}})}{1+({\frac {v}{v_{e}}})^{2}}}

propulsiotehokkuuden lisäksi toinen tekijä on syklitehokkuus; suihkumoottori on eräs lämpömoottorin muoto. Kuumamoottorin hyötysuhde määräytyy moottorissa saavutettujen lämpötilojen ja suuttimen kohdalla kulutettujen lämpötilojen suhteen perusteella. Tämä on parantunut jatkuvasti ajan myötä, kun uusia materiaaleja on otettu käyttöön korkeampien syklilämpötilojen mahdollistamiseksi. Esimerkiksi HP-turbiinin lapoihin on kehitetty komposiittimateriaaleja, joissa on yhdistetty metalleja keramiikkaan, jotka kulkevat syklin maksimilämpötilassa. Tehokkuutta rajoittaa myös saavutettavissa oleva kokonaispainesuhde. Syklin hyötysuhde on suurin rakettimoottoreissa (~60+%), koska niillä voidaan saavuttaa erittäin korkeat palamislämpötilat. Syklitehokkuus suihkuturbiineissa ja vastaavissa on lähempänä 30%, mikä johtuu paljon alhaisemmista syklin huippulämpötiloista.

ilma-aluksen kaasuturbiinin tyypillinen palamistehokkuus toiminta-alueella.

lentokoneen kaasuturbiinin tyypilliset palamisstabiilisuuden rajat.

useimpien lentokoneiden kaasuturbiinimoottoreiden palamistehokkuus merenpinnan tason lentoonlähtöolosuhteissa on lähes 100%. Se laskee epälineaarisesti 98% korkeusoloissa. Ilma-polttoaine-suhde vaihtelee välillä 50:1 – 130: 1. Minkä tahansa tyyppisessä palotilassa ilma-polttoaine-suhteella on rikas ja heikko raja, jonka ylittyessä liekki sammuu. Rikkaiden ja heikkojen raja-arvojen välinen ilma-polttoaine-suhde pienenee ilman nopeuden kasvaessa. Jos kasvava ilmamassavirta laskee polttoainesuhteen alle tietyn arvon, tapahtuu liekkien sammuminen.

ominaisimpulssi nopeuden funktiona eri suihkutyypeille kerosiinipolttoaineella (vedyn Isp olisi noin kaksinkertainen). Vaikka tehokkuus romahtaa nopeuden mukana, katetaan suurempia matkoja. Hyötysuhde yksikkömatkaa (kilometriä tai mailia) kohti on suurin piirtein riippumaton nopeudesta suihkumoottoreiden ryhmänä; kuitenkin airframeista tulee tehottomia ääntä nopeammilla nopeuksilla.

polttoaineen tai ajoaineen kulutus

energiatehokkuuteen läheisesti liittyvä (mutta erilainen) käsite on ajoaineen massan kulutus. Suihkumoottoreissa ajoaineen kulutus mitataan ominaispolttoaineenkulutuksella, ominaisimpulssilla tai tehokkaalla Pakokaasun nopeudella. Kaikki mittaavat samaa asiaa. Ominaisimpulssi ja pakokaasun tehollinen nopeus ovat tiukasti verrannollisia, kun taas polttoaineen ominaiskulutus on kääntäen verrannollinen muihin.

ilmaa hengittävissä moottoreissa, kuten suihkuturbiineissa, energiatehokkuus ja ajoaineen (polttoaineen) hyötysuhde ovat pitkälti sama asia, koska ajoaine on polttoaine ja energianlähde. Raketeissa ajoaine on myös pakokaasu, ja tämä tarkoittaa sitä, että suurienerginen ajoaine antaa paremman ajoaineen hyötysuhteen, mutta voi joissakin tapauksissa itse asiassa antaa alhaisemman energiatehokkuuden.

alla olevasta taulukosta voi nähdä, että General Electricin CF6-turbofanin kaltaiset aliääniset turbofanit käyttävät paljon vähemmän polttoainetta työntövoiman tuottamiseen sekunnin ajan kuin Concorden Rolls-Royce / SNECMA Olympus 593-turbojet. Koska energia on voima kertaa Etäisyys ja etäisyys sekunnissa oli Concordella suurempi, moottorin samalla polttoainemäärällä tuottama todellinen teho oli Concordella Mach 2: lla suurempi kuin CF6: lla. Näin Concorden moottorit olivat tehokkaampia mailienergian suhteen.

polttoaineen ominaiskulutus (SFC), ominaisimpulssi ja pakokaasun teholliset nopeusluvut eri raketti-ja suihkumoottoreille.

10.9


konetyyppi skenaario Spec. polttoainehaittoja. spesifinen
impulssi (s)
Tehokas pakokaasu
nopeus (m/s)
(lb/lbf·h) (g/kN·s)
NK-33-rakettimoottori tyhjiö 308 331 3250
SSME rocket engine Space shuttle vacuum 7.95 225 453 4440
Ramjet Mach 1 4.5 130 800 7800
J-58 turbojet SR-71 at Mach 3.2 (Wet) 1.9 54 1900 19000
Eurojet EJ200 Reheat 1.66–1.73 47–49 2080–2170 20400–21300
Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 turbojet Concorde Mach 2 cruise (Dry) 1.195 33.8 3010 29500
Eurojet EJ200 Dry 0.74–0.81 21–23 4400–4900 44000–48000
CF6-80C2B1F turbofan Boeing 747-400 cruise 0.605 17.1 5950 58400
General Electric CF6 turbofan Sea level 0.307 8.7 11700 115000

Työntövoimasuhde

pääartikkeli: Työntövoimasuhde

työntövoimasuhde-suihkumoottoreiden painosuhde samanlaisilla kokoonpanoilla vaihtelee mittakaavan mukaan, mutta on useimmiten Moottorin rakennustekniikan tehtävä. Mitä kevyempi moottori on, sitä parempi työntövoima on, sitä vähemmän polttoainetta käytetään kompensoimaan Moottorin painon kuljettamiseen tarvittavan nostovoiman aiheuttamaa vastusta tai kiihdyttämään Moottorin massaa.

kuten seuraavasta taulukosta käy ilmi, rakettimoottoreilla saavutetaan yleensä paljon suuremmat työntövoima-painosuhteet kuin putkimoottoreilla, kuten suihkuturbiini-ja turbofaanimoottoreilla. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että raketit käyttävät lähes yleisesti tiheää nestettä tai kiinteää reaktiomassaa, joka antaa paljon pienemmän tilavuuden ja siten suuttimen toimittava paineistusjärjestelmä on paljon pienempi ja kevyempi samalla suorituskyvyllä. Kanavamoottoreiden on käsiteltävä ilmaa, joka on kahdesta kolmeen suuruusluokkaa vähemmän tiheä ja tämä aiheuttaa paineita paljon suuremmilla alueilla, mikä puolestaan johtaa siihen, että enemmän teknisiä materiaaleja tarvitaan pitämään Moottori koossa ja ilmakompressori.

Jet or rocket engine Thrust, vacuum Thrust-to-
painosuhde
(kg) (lb) (kn) (lbf)
Rd-0410 ydinrakettimoottori 2 000 4 400 35,2 7 900 1,8
J58 suihkumoottori (SR-71 Blackbird) 2,722 6,001 150 34 000 5.2
Rolls-Royce/Snecma Olympus 593
turbojet with reheat (Concorde)
3,175 7,000 169.2 38,000 5.4
Pratt & Whitney F119 1,800 3,900 91 20,500 7.95
RD-0750 rocket engine, three-propellant mode 4,621 10,188 1,413 318,000 31.2
RD-0146 rocket engine 260 570 98 22,000 38.4
Rocketdyne RS-25 rocket engine 3,177 7,004 2,278 512,000 73.1
RD-180 rocket engine 5,393 11,890 4,152 933,000 78.5
RD-170 rocket engine 9,750 21,500 7,887 1,773,000 82.5
F-1 (Saturn V first stage) 8,391 18,499 7,740.5 1,740,100 94.1
NK-33 rocket engine 1,222 2,694 1,638 368,000 136.7
Merlin 1D rocket engine, full-thrust version 467 1,030 825 185,000 180.1

typeseditin Vertailu

potkuritehokkuusvertailu eri kaasuturbiinimoottorikonfiguraatioille

potkurimoottorit käsittelevät suurempia ilmamassavirtoja ja antavat niille pienemmän kiihtyvyyden kuin suihkumoottorit. Koska ilmanopeuden kasvu on pientä, suurilla lentonopeuksilla potkurikäyttöisten lentokoneiden käytettävissä oleva työntövoima on pieni. Pienillä nopeuksilla nämä moottorit kuitenkin hyötyvät suhteellisen korkeasta työntötehosta.

toisaalta turbojetit kiihdyttävät huomattavasti pienempää imuilman ja palaneen polttoaineen massavirtaa, mutta hylkäävät sen sitten hyvin suurella nopeudella. Kun de Laval-suutinta käytetään kiihdyttämään kuumaa Moottorin pakokaasua, ulostulonopeus voi olla paikallisesti ääntä nopeampi. Turbojetit soveltuvat erityisesti hyvin suurilla nopeuksilla matkustaville lentokoneille.

Turbofaneissa on sekapakokaasu, joka koostuu ohitusilmasta ja ydinmoottorin kuumasta palamistuotekaasusta. Ydinmoottorin ohittavan ilman määrä verrattuna moottoriin virtaavaan määrään määrittää niin sanotun turbofaanin ohitussuhteen (BPR).

siinä missä suihkuturbiinimoottori käyttää koko moottorin tehon tuottaakseen työntövoiman kuuman suurinopeuksisen pakokaasusuihkun muodossa, turbofaanin viileä matalanopeuksinen ohitusilma tuottaa 30-70% turbofaanijärjestelmän tuottamasta kokonaistyövoimasta.

turbofaanin tuottamaa verkon työntövoimaa (FN) voidaan laajentaa myös:

F n = m e v h e − M o V A + B P R ( M C v f ) {\displaystyle F_{n}={\dot {m}}_{e}v_{e}-{\dot {m}}_{a}v_{a}+BPR\,({\dot {m}}_{c}v_{F})}

{\displaystyle f_{n}={\dot {m}}_{e}v_{E}-{\dot {m}}_{a}V_{a}+BPR\,({\dot {m}}_{c}v_{F})}

missä:

ṁ e = massa korko kuuma palaminen pakokaasun virtauksen ydin moottori
ṁo = massa määrä yhteensä ilman virtaus syöttämällä ohivirtaus = ṁc + ṁf
ṁc = massa määrä saanti ilman, että virtaa ydin moottori
ṁf = massa määrä imuilman, joka ohittaa ydin moottori
vf = nopeus ilmavirtaus ohittaa ytimen ympärille moottori
vhe = nopeus kuuma ydinmoottorin pakokaasu
vo = kokonaisilman imunopeus = ilma-aluksen todellinen ilmanopeus
BPR = ohivirtaussuhde

rakettimoottoreilla on erittäin suuri pakokaasunopeus, joten ne soveltuvat parhaiten suuriin nopeuksiin (hypersoonisiin) ja suuriin korkeuksiin. Millä tahansa kaasulla rakettimoottorin työntövoima ja tehokkuus paranevat hieman korkeuden kasvaessa (koska vastapaine laskee ja lisää siten suuttimen ulostulotason nettotyövoimaa), kun taas suihkuturbiinimoottorilla (tai turbofaanilla) imuun tulevan ilman (ja suuttimesta lähtevien kuumien kaasujen) vähenevä tiheys saa nettotyövoiman pienenemään korkeuden kasvaessa. Rakettimoottorit ovat tehokkaampia kuin noin Machin 15 yläpuolella olevat skramjetit.

Korkeus ja nopeusedit

skramjetteja lukuun ottamatta suihkumoottorit, joiden imujärjestelmät eivät toimi, voivat ottaa vastaan ilmaa vain noin puolella äänen nopeudella. Imujärjestelmän tehtävä transonisissa ja ääntä nopeammissa lentokoneissa on hidastaa ilmaa ja suorittaa osa puristuksesta.

moottoreiden enimmäiskorkeuden raja on asetettu syttyvyyden mukaan – hyvin korkealla ilma muuttuu liian ohueksi palamaan tai puristuksen jälkeen liian kuumaksi. Suihkuturbiinimoottoreiden osalta noin 40 km: n korkeus näyttää olevan mahdollinen, kun taas ramjet-moottoreiden osalta 55 km voi olla saavutettavissa. Scramjetit voivat teoriassa pärjätä 75 km. Rakettimoottoreilla ei tietenkään ole ylärajaa.

vaatimattomammissa korkeuksissa lentäminen nopeammin puristaa ilmaa moottorin etuosassa, mikä lämmittää ilmaa suuresti. Ylärajan arvellaan yleensä olevan noin Mach 5-8, kuten edellä noin Mach 5,5, ilmakehän typellä on taipumus reagoida sisääntulon korkeiden lämpötilojen vuoksi ja tämä kuluttaa merkittävästi energiaa. Poikkeuksena tästä ovat scramjetit, jotka voivat saavuttaa noin Mach 15 tai enemmän, koska ne välttävät ilman hidastamista, eikä raketeilla ole tälläkään kertaa mitään erityistä nopeusrajoitusta.

NoiseEdit

suihkumoottorin aiheuttamasta melusta on monia lähteitä. Näitä ovat kaasuturbiinimoottoreiden tapauksessa puhallin, kompressori, polttolaite, turbiini ja potkurisuihku/S.

potkurisuihku tuottaa suihkumelua, joka johtuu suurnopeussuihkun rajusta sekoittumisesta ympäröivään ilmaan. Subsonisessa tapauksessa kohinaa tuottavat eddiet ja yliäänisessä tapauksessa Mach-aallot. Suihkukoneesta säteilevä ääniteho vaihtelee suihkunopeuden nostaessa kahdeksanteen tehoon nopeuksille jopa 2000 ft/S ja vaihtelee nopeuden kuutioidessa yli 2000 ft/S. näin ollen moottoreista, kuten high bypass-turbofaneista, lähtevät pienemmän nopeuden pakokaasusuihkut ovat hiljaisimpia, kun taas nopeimmat suihkusuihkut, kuten raketit, turbojetit ja ramjetit, ovat äänekkäimpiä. Liikesuihkukoneissa suihkumelu on vähentynyt turbojetistä ohivirtausmoottoreiden kautta turbofaneihin, mikä on johtanut suihkukoneiden nopeuksien vähenemiseen asteittain. Esimerkiksi ohivirtausmoottorin JT8D: n suihkunopeus on 1450 jalkaa sekunnissa, kun taas turbofanin jt9d: n suihkunopeudet ovat 885 jalkaa sekunnissa (kylmä) ja 1190 jalkaa sekunnissa (kuuma).

turbofanin tulo korvasi hyvin omaleimaisen suihkumelun toisella äänellä, joka tunnetaan nimellä ”buzz saw” – kohina. Alkuperä on paineaallot, jotka ovat peräisin yliäänipuhaltimen teristä lentoonlähdön työntövoimalla.

jäähdyttäminen

riittävä lämmönsiirto pois suihkumoottorin toimivista osista on ratkaisevaa moottorimateriaalien lujuuden säilyttämiseksi ja Moottorin pitkän käyttöiän varmistamiseksi.

vuoden 2016 jälkeen on käynnissä tutkimus transpiraatiojäähdytystekniikoiden kehittämisestä suihkumoottorin komponentteihin.