การบินและอวกาศ

Jet Engine ทำงานอย่างไร

Jet Engine ทำงานอย่างไร

คุณอาจสงสัยว่าเครื่องยนต์เจ็ตทำงานอย่างไร แต่ล้มเลิกความคิดที่ว่าคุณจะสามารถเข้าใจวิทยาศาสตร์จรวดได้ แต่จริงๆแล้วเป็นแนวคิดง่ายๆที่จะเข้าใจและเป็นแนวคิดที่จะสร้างความประทับใจให้คนข้างๆคุณในเที่ยวบินถัดไป ดังนั้นเราจะอธิบายกระบวนการที่เกี่ยวข้องเพื่อให้ทุกคนสามารถเข้าใจหลักการพื้นฐานเบื้องหลังเครื่องยนต์เจ็ทได้เป็นอย่างดี

เครื่องยนต์เจ็ทที่ใช้กันทั่วไปสำหรับเครื่องบินเป็นเครื่องยนต์กังหันก๊าซชนิดหนึ่ง ตอนนี้คุณอาจรู้จักกังหันไอน้ำซึ่งเชื้อเพลิงถูกเผาเพื่อผลิตไอน้ำที่ไหลอุณหภูมิสูงซึ่งขับเคลื่อนกังหันจากนั้นจึงเปลี่ยนเพลาก่อนที่จะหมดจากระบบ การหมุนของเพลานี้เป็นกำลังขับและเป็นการหมุนที่ขับเคลื่อนวัตถุที่หมุน กังหันก๊าซมีลักษณะคล้ายกับหลักการพื้นฐานเดียวกันอย่างไรก็ตามก๊าซที่มีแรงดันมีหน้าที่ในการขับเคลื่อนกังหัน ในเครื่องยนต์เจ็ทก๊าซแรงดันที่มีอุณหภูมิสูงจะกระตุ้นการหมุนของคอมเพรสเซอร์ที่ด้านหน้า แต่ที่สำคัญกว่านั้นคือสิ่งที่หมดไปจากระบบจะบินออกทางด้านหลังด้วยความเร็วสูงทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าแรงขับ

พูดง่ายๆคือเครื่องยนต์เจ็ทมีแกนกลางซึ่งแบ่งออกเป็นสามส่วนหลัก:

  • คอมเพรสเซอร์ - ที่ด้านหน้าของเครื่องยนต์คือใบพัดพัดลมบางส่วนหมุน (โรเตอร์) และแบบคงที่ (สเตเตอร์) ซึ่งจะดึงอากาศเข้าสู่เครื่องยนต์ ใบมีดมีหลายแถวและเมื่ออากาศผ่านแต่ละแถวมันจะมีแรงดันมากขึ้นและอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น
  • ห้องเผาไหม้ - อากาศที่มีแรงดันนี้จะถูกฉีดพ่นด้วยน้ำมันเชื้อเพลิง (โดยทั่วไปคือ Jet A หรือ Jet A-1 ซึ่งเป็นน้ำมันก๊าด) จากนั้นประกายไฟฟ้าจะจุดประกายส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศในห้อง ทำให้ส่วนผสมของอากาศ / เชื้อเพลิงลุกไหม้เพิ่มความดันและอุณหภูมิอย่างมาก
  • กังหัน - ก๊าซแรงดันร้อนถูกดึงออกจากเครื่องยนต์โดยกังหันที่ด้านหลังซึ่งดึงพลังงานออกจากก๊าซและทำให้ความดันและอุณหภูมิลดลง เมื่อความดันลดลงก๊าซจะไหลเร็วขึ้น (ลองนึกถึงการปล่อยบอลลูนที่พองตัว) พลังงานจากก๊าซที่ขับเคลื่อนกังหันที่ด้านหลังเป็นพลังงานในการหมุนของคอมเพรสเซอร์ซึ่งดึงอากาศมาที่ด้านหน้า

ก๊าซความเร็วสูงที่ปล่อยออกมาทางหัวฉีดที่ด้านหลังเป็นสาเหตุของแรงผลัก เพื่อให้เข้าใจสิ่งนี้เราอ้างถึงกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สามของนิวตัน: สำหรับทุกการกระทำมีปฏิกิริยาที่เท่าเทียมกันและตรงกันข้าม เมื่อก๊าซพุ่งออกจากด้านหลังแรงเท่ากันและตรงข้ามจะกระทำไปข้างหน้า ลองนึกถึงเวลาที่คุณดันกำแพงสระว่ายน้ำให้หลุดไปในทิศทางตรงกันข้าม แม้ว่าแรงผลักของคุณจะพุ่งเข้าหากำแพง แต่แรงปฏิกิริยาที่เท่ากันและตรงกันข้ามจะทำให้คุณเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม

ที่ประมาณ 400 ไมล์ต่อชั่วโมงแรงขับหนึ่งปอนด์เท่ากับหนึ่งแรงม้า แต่ด้วยความเร็วที่สูงขึ้นอัตราส่วนนี้จะเพิ่มขึ้นและแรงขับหนึ่งปอนด์มีมากกว่าหนึ่งแรงม้า ที่ความเร็วน้อยกว่า 400 ไมล์ต่อชั่วโมงอัตราส่วนนี้จะลดลง แรงนี้ช่วยให้เครื่องบินขนาดใหญ่เช่น 747 บินด้วยความเร็วสูงถึง 600 ไมล์ต่อชั่วโมง

เครื่องยนต์เจ็ทมีหลายประเภทเช่น Turboprop คุณจะรู้ว่าเป็นประเภท Turboprop หรือไม่โดยใบพัดขนาดใหญ่ที่ด้านหน้าซึ่งมีหน้าที่ในการผลักเนื่องจากพลังงานส่วนใหญ่จากก๊าซจะถูกถ่ายโอนไปยังคอมเพรสเซอร์โดยเทอร์ไบน์ด้านหลังดังนั้นก๊าซที่ออกแรงจะไม่รับผิดชอบ แรงผลักดัน

Turboshaft เป็นประเภทที่พบในใบพัดของเฮลิคอปเตอร์โรงไฟฟ้าและแม้แต่รถถัง M1 กระบวนการนี้คล้ายกับกังหัน แต่แทนที่จะใช้ใบพัดขับเคลื่อนเพลาหมุนสามารถขับเคลื่อนอุปกรณ์ต่างๆเช่นปั๊มเครื่องกำเนิดไฟฟ้าล้อและโดยทั่วไปทุกอย่างที่หมุน

เครื่องบินขนาดใหญ่สมัยใหม่ใช้ High-Bypass Turbofan ซึ่งคล้ายกับเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทมาตรฐานยกเว้นว่าพัดลมขนาดใหญ่ที่ด้านหน้าจะดึงอากาศเข้าสู่เครื่องยนต์มากขึ้น อย่างไรก็ตามไม่ใช่ว่าอากาศทั้งหมดจะผ่านคอมเพรสเซอร์และกังหันโดยที่อากาศส่วนใหญ่จะผ่านแกนกลางและเดินทางผ่านท่อที่อยู่ด้านนอกของแกนกลาง (โดยเฉลี่ยแล้วอากาศจะถูกบายพาสมากกว่าที่จะไหลผ่านแกนกลางประมาณ 5 เท่า) สิ่งเหล่านี้มีประสิทธิภาพมากกว่าโดยเฉพาะที่ความเร็วต่ำกว่าความเร็วเสียง (เช่นต่ำกว่าความเร็วเสียง 768 ไมล์ต่อชั่วโมง) และยังเงียบกว่ามากในขณะที่ยังมีความสามารถในการเร่งรถที่หนักกว่ารถจักรจาก 0 ถึง 200 ไมล์ต่อชั่วโมงในเวลาน้อยกว่า 60 วินาที


ดูวิดีโอ: How Jet Engines Work (ธันวาคม 2021).