JETMOTORER

Pratt & Whitney-motor med tänd EBK testas vid Robins Air Force Base, Georgia, USA. Foto: Sue Sapp, U.S. Air Force (PDM, Wikimedia).

Hur jetmotorer fungerar

Grundprincipen för en jetmotor är att fläktblad vid motorns främre del suger in luft som komprimeras och pressas in i brännkamrarna där den blandas med insprutad flygfotogen. Gasblandningen antänds med hjälp av tändstift och en kraftig kontinuerlig ström av förbränningsgaser pressas bakåt. En enkel turbin tar tillvara på en liten del av energin i förbränningsgaserna. Turbinen är kopplad till fläkten via en axel och fortsätter på så sätt att suga in mer luft i motorn via fläkten. Huvuddelen av energin i den gasström som pressas bakåt blir dock till rörelseenergi som driver flygplanet framåt.

JAS-motorn RM 12 startas genom att flygplanets batterier drar igång en liten gasturbin (APU - Auxiliary Power Unit) som i sin tur drar runt motorns fläkt och kompressor. Motorn tänds med tändstiften som får ström från motorns generator eller av flygplanets 28 V batteri (det sekundära tändsystemet).

Läs här en kortfattade beskrivning om hur en jetmotor fungerar (från GKN Aerospace).
Läs här en detaljerad beskrivning (av Jörgen Städje på Teknikaliteter) om hur JAS-motorn RM 12 fungerar!!!

Enkelströmsmotorer

Enkelströmsmotorn är ursprunget till de moderna jetmotorerna. I motorns centrum går en eller två axlar. Motorer med två axlar har fördelen att de kan ha olika varvtal på kompressorns inre och yttre delar. På axelns främre del sitter fläktblad som komprimerar luften och pressar in den i brännkamrarna som sitter i en cirkel kring axeln. All luft som leds in i motorn går igenom brännkamrarna. På brännkamrarnas utloppssida sitter en enkel turbin på axeln (på tvåaxliga motorer finns två turbiner). Kompressorbladen kan vara utformade som en radial- eller axialkompressor.

Enkelströmsmotorn var den vanligaste motortypen under jetflygets första årtionden men redan under 60-talet började den ersättas av dubbelströmsmotorn. Överljudsflygplanet Concorde var ett av de sista passagerarflygplan i reguljär trafik som drevs med enkelströmsmotorer.

Enkelströmsmotor. Pilarna visar luftens strömningsväg. Grafik: Okänd (CC BY-SA 4.0, Wikiwand).

Radialkompressormotor

I en radialkompressormotor komprimeras luften genom att den slungas utåt som i en centrifug. En radialkompressor (centrifugalkompressor) användes i några av de första modellerna av jetmotorer på grund av sin enkelhet och robusthet. De tål mer "stryk" i form av is och främmande föremål jämfört med axialkompressorer som är känsligare i det avseendet. De är dock inte så effektiva när det gäller större moderna jetmotorer men i små jetmotorer och turbopropmotorer används de fortfarande.

Fördelar: Lätt vikt, kompakthet och effektivitet.

Nackdelar: Större frontyta (diameter), ökat luftmotstånd, lägre kompressionsförhållanden, lägre massflöde, lägre verkningsgrad och lägre maximal dragkraft.

Många tidiga jetjaktplan drevs av turbojetmotorer med centrifugalflöde men när hastigheterna ökade blev det axiella flödet dominerande.

Radial/centrifugalkompressormotor RM 1. Här syns centrifugalkonstruktionen tydligt. Foto: Ola Holmgren / Flygvapenmuseum (CC BY 4.0, beskuren och redigerad).

Axialkompressormotor

Axialmotorer är turbojetmotorer med axiellt flöde, dvs luften strömmar rakt igenom motorn. I huvuddelen av alla moderna jetmotorer så används flerstegs axialkompressorer. I kompressorn ökas totaltrycket samtidigt som hastigheten inte ändras nämnvärt och därmed stiger även det statiska trycket. Tryckförhållandet över kompressorn har ökat från omkring 7:1 för motorer konstruerade runt 1950 till närmare 40:1 för motorer konstruerade runt år 2000.

Fördelar: Liten frontyta, bra bränsleekonomi och hög dragkraft.

Nackdelar: Motorerna är känsliga för pumpning (oren gång med stor risk för motorstopp). Här är några faktorer som kunde initiera eller gynna uppkomsten av pumpning:

• Häftiga gasspaksrörelser
• Flygning nära stall-gränsen
• Oren flygning/störning vid luftintagen
• Högt varvtal och låg yttertemperatur
• Hög flyghöjd
• Rikt inreglerad motor

TP 52 Canberra (med motor RM 3) råkade ofta ut för pumpning vid planflykt på hög höjd. I nyare motorer som har digital styrning (FADEC) finns inte pumpningsproblemet längre.

Jumo 004A (se ovan) blev den första operativa turbojetmotorn med axiellt flöde.

Axialkompressormotor RM 6. Här visas den axiella kompressionen. Foto: Matilda Ahl / Flygvapenmuseum (CC BY 4.0, beskuren o redigerad).

Dubbelströmsmotor

Med tiden fann man att det var fördelaktigt, både med avseende på buller och verkningsgrad, att låta en del av luftströmmen passera förbi utanför brännkamrarna och blandas med de heta förbränningsgaserna i utloppet. Den kalla luftströmmen utmed yttermanteln kylde även ner motorns temperatur.

Då det mesta av det kraftiga motorljudet kommer från den heta expanderande gasen på väg ut ur motorn, kan man avsevärt sänka bullret genom att minska den heta andelen gas samt omge och blanda gasen väl med kall luft.

Dubbelströmsmotorer 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 till och med ha tre axlar!

Tändstiften i brännkamrarna används endast vid start, förutom 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.

Dubbelströmsmotorn skapar de bästa förutsättningarna för tändning, drift, hög verkningsgrad, låg bränsleförbrukning och liten tryckförlust.

Dubbelströmsmotor. De svarta och vita pilarna visar de två strömningsvägarna. Grafik: Okänd.

Efterbrännkammare - EBK

Turbojetmotorerna behövde bli ännu kraftfullare så i slutet av 1950-talet introducerades "efterbränning". Denna tillåter stora tillfälliga dragkraftsökningar genom att bränsle sprutas direkt in i de heta avgaserna i utloppsdelen via bränslespridarringar. Därigenom höjs förbränningsgasernas temperatur vilket ökar gasvolymen och leder till högre hastighet på den utströmmande gasen vilket i sin tur ökar motorns dragkraft. Förbränningen sker bakom en flamhållare som är ett skydd mot luftens höga hastighet (EBK:s flamma kommer annars att blåsas ut och slockna).

Principskiss för efterbrännkammare (EBK). Grafik: Tosaka (CC BY 3.0, Wikimedia).

Redan 1945 hade Östen Svantesson på Kungliga Flygförvaltningens Flygmotorbyrå konstruerat och provkört en jetmotor. Östen fick därefter order om att konstruera en EBK till RM 4 "Dovern"-motorn och efter 5 månader kunde den provköras men RM 4-projektet lades ner och motorn kom aldrig att användas i något flygplan.

1952 behövde motorprestandan för RM 2 höjas och Östen och SFA konstruerade därför en EBK till den. Motor med EBK monterades sedan in i testflygplanet nr 29325 (J 29D) och EBK:n gav en dragkraftsökning med 25%.

Flamhållarna i EBK sedda bakifrån. De tunnare spridarringarna (bränslespridarna) kan skymtas bakom flamhållarna (se "Foto"-länk nedan). Foto: © Jan-Åke Karlsson, Robotmuseet Arboga (beskuren).

---