Uçak motorları nasıl çalışır? Bir önceki yazıda uçak motorları
ile ilgili genel bilgi verilmişti. Bu yazıda uçak motorlarının her bir
çeşidinin nasıl çalıştıklarını anlatacağız. Uçaklarda, pistonlu ve gaz türbinli
motorlar olarak iki çeşit motor kullanılmaktadır. Aşağıda her iki çeşir uçak motorlarının nasıl çalıştığı açıklanmaktadır.
Pistonlu Uçak Motorları Nasıl Çalışır?
Pistonlu motorlar, içten yanmalı motorlar sınıfında ısı enerjisini mekanik enerjiye çeviren makinelerdir. Isı enerjisi kapalı bir silindir içerisinde meydana geldiği için içten yanmalı motor özelliği taşımaktadır. Pistonlu motorları, yakıt durumuna göre, dizel ve benzinli olarak; piston sıralamasına göre V tipi, sıra tipi, radyal (yıldız) tip olarak; soğutma sistemine göre, su soğutmalı veya hava soğutmalı olarak sınıflandırmak mümkündür.
Pistonlu motorlarda pistonun silindir içerisinde çıkabildiği ve yön değiştirmek için bir an durakladığı en üst noktaya üst ölü nokta, pistonun silindir içerisinde inebildiği ve yön değiştirmek için bir an durakladığı en alt noktaya da alt ölü nokta denilmektedir. Pistonlu motorlarda 2, 4 ve 6 zamanlı motorlar olmasına rağmen en sık kullanılan pistonlu motor 4 zamanlı motorlardır.
4 zamanlı bir motorda pistonun üst ölü nokta ile alt ölü nokta arasında gerçekleştirdiği her bir hareket bir zamanı oluşturmaktadır. 4 zamanlı bir motor emme, sıkıştırma, yanma(iş zamanı da denilmektedir) ve egzoz zamanlarından oluşmaktadır. Emme zamanında, piston üst ölü noktadan alt ölü noktaya hareket etmekte ve silindirin içerisine benzin hava karışımı emilmektedir. Sıkıştırma zamanında emilen yakıt hava karışımı piston üst ölü noktaya ulaşana kadar sıkıştırılır. Yanma zamanında sıkıştırılan benzin hava karışımı bujinin ateşlenmesiyle yanmakta ve pistonu alt ölü noktaya doğru itmektedir. Son olarak egzoz zamanında yanmış gazlar pistonun üst ölü noktaya hareket etmesiyle dışarı atılmaktadır.
Dizel Motorun Farkı Nedir?
Dizel motorlarda benzinli motorlardan farklı olarak emme zamanında sadece hava emilmekte, sıkıştırma zamanında sıkıştırılan sıcak havanın içerisine diesel yakıtı püskürtülmektedir. Dizel yakıtının özelliğinden dolayı basınçlı havanın içine püskürtüldüğünde yanma gerçekleşir. Dizel motorlarda yanma işlemi için buji kullanılmamaktadır.
Benzinli ve dizel motorlarda pistondan elde edilen dikey hareket krank mili vasıtasıyla dönme hareketine dönüştürülmektedir. Bu dönü hareketi de uçak pervanesini çevirmekte kullanılmaktadır.
Gaz Türbinli Uçak Motorları Nasıl Çalışır?
Gaz türbinli uçak motorları turbojet, turbofan, turbo prop ve turbo şaft olarak dörde ayrılmaktadır. Tüm gaz türbinli motor çeşitlerinin atası turbojet motordur. Bu nedenle öncelikle turbojet motorunun çalışma prensibini inceleyeceğiz.
Dört zamanlı pistonlu motorlarda emme, sıkıştırma, yanma ve egzoz işlemlerinin hepsi tek bir yanma odasında gerçekleşirken gaz türbinli motorlarda bu dört periyodun herbiri farklı bir bölümde gerçekleşmektedir. Pistonlu motorlarda ölü noktalar olduğundan bahsetmiştik. Turbo jet motorlarda dört zamanın oluşması esnasında herhangi bir kesintiye uğramadan aynı anda ve süreklilik göstermesi büyük avantaj sağlamaktadır.
Tipik bir turbojet motoru şu bölümlerden oluşmaktadır:
• Hava alığı kısmı,
• Kompresör kısmı,
• Yanma odası kısmı,
• Türbin kısmı,
• Egzos kısmı,
• Aksesuar kısmı.
Kompresör kısmı soğuk kısım, yanma odası, türbin ve egzoz kısımları ise sıcak kısım olarak isimlendirilmektedir.
Turbojet Uçak Motorları Nasıl Çalışır?
Latincede, turbo “yüksek hızda dönen”, jet ise “fırlatmak” anlamına gelmektedir. Newton’un 3. yasasına göre bir cisme, bir kuvvet etki ettiğinde, cisimden kuvvete doğru eşit büyüklükte ve zıt yönde bir tepki kuvveti oluşmaktadır.
Şekilde görülen fıskiyenin püskürtme ucundan çıkan suyun hızına göre fıskiyede oluşan hareket artmaktadır. Turbojet motorlar Newton’un 3. Yasası uyarınca gazları yüksek hızda geriye itmekte ve kendisi ters yönde bir kuvvet oluşturmaktadır. Diğer adıyla tepkili motor da denilen turbojet motorunda, atmosferden alınan hava, hava alığı kısmından kompresör kısmına geçmekte, kompresör kısmında hava belirli oranda sıkıştırılmakta ve yanma odasına geçmektedir. Yanma odasında sıkıştırılmış havanın içerisine yakıt pürkürtülmekte ve yanma sağlanmaktadır. Yanan ve ısınan yakıt hava karışımının oluşturduğu gazlar türbin kısmına çarparak egzoz kısmında dışarı atılmaktadır. Kısaca, egzoz kısmından hızla dışarı püskürtülen gazlardan itme kuvveti oluşmaktadır. Türbin kısmı ile kompresör kısmının bir şaft vasıtasıyla birbirlerine bağlanmasıyla türbinin elde ettiği dönüş enerjisi kompresöre iletilmekte ve döngü sağlanmaktadır. İlk çalışmanın sağlanabilmesi için turbo jet motorunun harici hava takatı veya marş motoru benzeri ilk çalıştırmayı sağlayan küçük motorlara ihtiyacı olmaktadır. Jet motorları pistonlu motorlara kıyasla çok yüksek devirlerde çalışabilmekte ve çok yüksek güç üretebilmektedir. Fakat pistonlu motorlara kıyasla çok miktarda yakıt harcamaktadırlar. Turbo jet motorlarda özellikle yanma odası ve türbin kısımları çok yüksek ısılara maruz kaldığı için yüksek teknolojili malzeme alaşımlarına ihtiyaç duyulmaktadır.Turbofan Uçak Motorları Nasıl Çalışır?
Şimdi de Turbofan motorların çalışma sistemine bakalım. Turbofan motorlar turbojet motorun ön kısmına fan kısmının eklenmesi ile oluşmaktadır. Günümüz modern uçaklarında turbofan motorlar yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu motorlar oldukça güvenilir, arıza oranları düşüktür.
Hava alığından giren hava ilk olarak fan kısmına girmekte buradan çıkan havanın bir kısmı kompresör kısmına girmekte (Kor Kısmı da denilmektedir), bypass havaı olarak da isimlendirilen bir kısmı da kor kısmının çevresinden doğruca egzoz kısmına gitmektedir. Kompresör kısmına giren hava biraz önce ifade edilen turbojet motorunun çalışması ile aynıdır. Turbo jet motorlarda türbin kısmı ile kompresör kısmının şaft vasıtasıyla birbirine mekanik olarak bağlantılı olduğunu ifade etmiştik. Turbofan motorlarda türbin kısmı yüksek basınçlı türbin ve düşük basınçlı türbin olarak iki kademelidir. Yüksek basınçlı türbin kısmı kompresör kısmı ile bağlantılı iken düşük basınçlı türbin kısmı fan kısmı ile bağlantılıdır. Fakat fan kısmı ile kompresör kısmının mekanik bağlantısı bulunmamaktadır.
Turboprop Motorlar Nasıl Çalışır?
Turbopropeller (Turboprop) tipi gaz türbinli motorlar, jet motor, devir düşürücü dişli kutusu ve pervane bölümlerinin tamamına verilen isimdir. Turboprop motorlar turbojet motorunun ön kısmına pervane eklenerek oluşmuştur. Biraz önce açıklanan turbojet motoru çalışma sistemi ile aynı şekilde kompresörde sıkıştırılan hava yanma odasında yakıtla birleşerek yanma oluşmakta ve yanan gazlar türbin kısmına çarparak türbinin dönüş hareketi oluşturmasını sağlamaktadır. Türbin kısmı tarafından üretilen dönüş devri çok yüksek olduğu için pervaneye ulaştırılmadan önce dişli kutusu vasıtasıyla devri düşürülmektedir.
Tipik bir turbopropta itme kuvvetinin %80-85’i pervanelerden elde edilirken kalanı jet motoru itme kuvvetinden elde edilmektedir. Turboprop motorlar yüksek yakıt verimliliği sağlamaktadırlar. Bu nedenle turboprop uçaklar uzun menzilli uçuşlarda uygun maliyetlere uçuş yapabilmektedir. Kısa mesafelerde iniş kalkış yapabilmesi nedeniyle askeri kargo uçaklarında genellikle bu tip uçaklar kullanılmaktadır.
Turboşaft Motorlar Nasıl Çalışır?
Turboşaft tipi gaz türbinli motorlarda turbojet motor kısmından elde edilen dönüş kuvveti turboprop motorlara benzer şekilde şaft vasıtasıyla helikopter palelerine aktarılmaktadır.
Turboşaft motorların dizayn aşamasında helikopterin aerodinamik yapısının etkilenmemesi amacıyla santrifüjlü kompresör veya türbin kullanılarak farklı şekillerde imal edilebilmektedir. Fakat motor yapısı karmaşık görünse de temelde turbojet motorunun çalışma prensibi ile aynıdır. Kompresörde sıkıştırılan hava yanma odasında yakıtla karıştırılarak yanmakta ve hava çıkışı esnasında türbin kısmına çarparak dönüş hareketi elde edilmektedir. Bu dönüş hareketi şaft vasıtasıyla pervanelere iletilmektedir.