UÇAK MOTORLARI

(JET MOTORLARI)

1. JET MOTORUN BULUNUŞU:

        Dr. Hans von Ohain ve Sir Frank Whittle jet motorunu bulan mucitlerdir. Jet motoru ile ilgili çalışmalarını, birbirleriyle bağlantısı ve haberi olmadan yapmışlardı. Çalışmalara önce Sir Frank Whittle başlamış, ancak Hans von Ohain jet motorunu daha önce tamamlayıp sonucunu alan mucit olmuştu.

        Hans von Ohain (1911–1998); 1930’ların ilk yıllarında Almanya’da Goettinger Üniversitesi’nde doktora öğrenimi gördüğü sıralarda  türbo jet uçak motoru üzerinde çalışmaya başlamıştı.

   1935 yılı süresince test motoru üzerinde çalışmalarını sürdürmüş ve düşüncelerini uygulamıştı. Motordan olumlu sonuç alması üzerine, yaptığı çalışmaları uçak üreticisi Ernst Heinkel’e anlatarak desteğini istedi. Hans von Ohain’in çalışmalarını yakından izleyen Ernst Heinkel, çok kısa bir sürede dünyanın en hızlı uçağını üretmişti.

    S–1 türbo jet motoru 1937 yılının Şubat ayı sonunda hidrojen yakıtı kullanılarak test edilmiş ve motordan 10,000 devirde 250 pound’luk bir itme gücü sağlanmıştı.

   Sonuçtan çok etkilenen Heinkel uçak motoru üretim plânını hızlandırarak, Von Ohain ve ekibinin He S–3 türbo jet motoru üzerinde çalışmasını sağlamıştı.

Heinkel S–3 türbo jet motoru “1,100 lb.f (5 kN)”

    Test uçağının plânlarının çizimine 1938 yılının ilk aylarında başlanmış ve 1939 yılı başında her iki motor tamamlanmıştı. 27 Ağustos 1939’da Heinkel test pilotu Erich Warsitz,  jet motorlu uçakla yaptığı ilk test uçuşunu başarılı bir şekilde tamamlamıştı.

He S–3 türbo jet motorlu “ilk jet uçağı” Heinkel He–178

Frank Whittle (1907 – 1996); jet motoru çalışmalarına, İngiliz Kraliyet Hava Kuvvetlerinde 23 yaşında subay olarak görev yaparken, 1930 yılının Ocak ayında başlamıştı. Tasarımı 1932 yılında birçok kişi tarafından benimsenmişti. Ancak Hava Bakanlığı ve havacılık endüstrisi bu tasarıma çok az ilgi göstermişti. Daha sonra bankerlerden mali destek görmüş, 1936 yılında jet motorunu üretmek üzere özel olarak görevlendirilmişti.

    Türbo jet motorunun denemeleri 1937 yılının Nisan ayında yapıldı. Frank Whittle bu denemeyi şöyle anlatmıştı. “Deneme çok korkutucu oldu. Plânlandığı gibi jet motorunu 2,000 devre kadar elektrik motoruyla hızlandırdıktan sonra ana yakıt vanasını açtım ve ateşlemeyi yaptım. Ana yakıt vanasını açmamla beraber yanma odasına bir anda giden yakıt (yakıt motorindi) motoru hızlandırarak kontrolden çıkardı. Yakıt vanasını anında kapamama rağmen motorun devri kontrolsüz olarak artmaya devam etti ve yakıt borusunu patlattı. Motordan akan yakıt yerde birikti. Heyecandan bir anda yüzümde benekler oluştu.”

Frank Whittle’ın 1937 yılı Nisan ayında denediği ilk türbo jet motoru

Ertesi yıl hatalar giderilerek jet motoru yeniden yapılmış ve olumlu sonuç alınmıştı.

İkinci kez yapıldıktan sonra 1938 yılında denenen türbo jet motoru “1,000 lb.f (4 kN)”

1939 yılında Hava Bakanlığı Frank Whittle’ın icadını onayladı ve W–1 jet motoru ile E–28/39 test uçağının Gloster Uçak Firması tarafından yapımına karar verdi.

    Uçak 1941 yılının Mart ayında, jet motoru 1941 yılının Mayıs ayında tamamlandı ve E–28/39’un ilk uçuşu 15 Mayıs 1941 akşamüstü yapıldı.  

    Frank Whittle’a olağan üstü buluşundan dolayı 1948 yılında İngiltere Kralı VI ncı George tarafından “sir” unvanı verilmiştir.

2. JET MOTORUN ÇALIŞMASI:

         İçten yanmalı motor olarak tanımlanan, genel olarak uçaklarda kullanılan jet motoru, ön kısımdan emdiği havayı, kompresörde sıkıştırdıktan sonra yakıt / hava karışımının yanma odalarında yanmasıyla oluşan büyük ölçüde genleşmiş ve yanmış karışımın nozzle’dan dışarı çıkmasıyla yarattığı tepki ile ileri doğru hareket sağlar.

    Jet motorunun arkaya doğru yarattığı tepki ile ileri doğru hareket sağlaması Sir Isaac Newton’un (1642 – 1727) 1686 yılında bulduğu “Hareket Yasaları”nın üçüncüsü ile açıklanmaktadır. Hareket yasalarının üçüncüsünde “iki cismin etkisi daima eşit ve zıt yöndedir. Diğer bir anlatımla tepki, etkiye daima eşit ve zıt yöndedir” denmektedir.

    Jet motor nozzle’ından çıkan yanmış hava / yakıt karışımının tepkisi aynı ölçüde ve zıt yönde etki yaratmakta, bu tepkime ileri doğru hareket meydana getirmektedir.

    Jet motoru; hava girişi, kompresör, yanma odaları, çıkış türbünü ve nozzle’dan oluşmaktadır.

(Yanma odası)                         (Eksoz borusu)

(Türbo jet motorun kesiti)

Hava girişi (air inlet):

Motor hava girişi (air inlet) “F–104G Starfighter”

Kompresör (compressor):

    Kompresör; motor mili üzerinde sıra halinde dizili disklerin ince dış kenarlarına açılı olarak yerleştirilmiş pal adı verilen, günümüzde titanyum’dan yapılan parçalar, gelen havanın akışını hızlandırır ve aynı zamanda sıkıştırarak hacmi küçülmüş, sıcaklığı artmış bir şekilde yanma odasına gönderir.

    İlk jet motorlarında kompresyon oranı 5/1 gibi oldukça düşük bir seviyedeydi. Günümüz jet motorlarında bu değer 44/1 gibi yüksek bir orana ulaşmıştır. Yüksek kompresyon oranı yüksek irtifa uçuşları için çok önemlidir. Çünkü 44/1 gibi bir kompresyon oranı yüksek irtifada yaklaşık olarak –54 santigrat derecedeki havayı sıkıştırdığında, motorun verimli çalışması için havanın gerekli ısı derecesine yükselmesini de sağlamış olur. Kompresörün bu özelliği alçak irtifa uçuşlarında motorun verimli çalışmasını etkilemez.

    Genellikle jet motorlarında kompresör diskleri iyi bir sıkıştırma elde edilmesi için iki ayrı grup halinde sıralanır.

   Yanma odası (combustion chamber):

    Yanma odalarına yüksek basınçta ve ısınmış olarak gelen hava, püskürtülen yakıtla karışır ve yanma gerçekleştiğinde çok yüksek ısıyla beraber çok büyük bir genleşme ve buna bağlı olarak çok hızlı bir hava akışı meydana gelir.

    Meydana gelen yüksek ısı nedeniyle yanma odaları ısıya dayanıklı malzemeden yapılır.

    Yanma odalarına giden yakıt miktarı arzu edilen motor devri göz önünde tutularak gaz kolu ile pilot tarafından ayarlanır.

    Türbin (turbine):

    Yanma odasında yandıktan sonra meydana gelen sıcak ve basınçlı gaz daha sonra türbine gider. Türbin kademeleri, yanma odalarından gelen yanmış gazları aynı basınçla eksoz borusuna aktarır.

    Motor mili (engine shaft):

    Motor boyunca yer alan mil üzerinde bulunan kompresör ve türbin kademeleri aynı devirde dönerler.

Nozzle:

    Türbinden gelen sıcak ve yüksek hızdaki yanmış gazlar eksoz borusuna girerek nozzle’dan dışarı çıkar ve bu tepki uçağın ileri doğru hareket etmesini sağlar. Eksoz borusundaki aşırı ısınmayı önlemek için, ön kısımdan giren soğuk havanın bir bölümü gövdenin içinden eksoz borusunun dış yüzeyine yönlendirilerek soğutma amacıyla kullanılır. Eksoz borusundaki gazların ısısının normal değerlerde olup olmadığı kokpikteki göstergeden kontrol edilir.

Eksoz ısı göstergesi (Santigrat derece x 100)

(Exhaust Gas Temperature "EGT")

Nozzle’lar sabit ve hareketli olmak üzere iki çeşittir.

    Sabit nozzle’ların çapı, motordan en iyi randıman elde edilecek şekilde tasarımcılar tarafından belirlenir.

    Afterburner’lı jet motorlarında gaz kolunun konumuyla bağlantılı olarak hidrolik sistem nozzle’ı açar veya kapar. Gaz kolu afterburner konumuna getirildiğinde nozzle tam açılır ve gaz kolunun afterburner konumundan çıkmasıyla motor devrine uygun oranda kapanır. Nozzle’ın bu hareketleri kokpitteki göstergeden kontrol edilir.

     Nozzle durum göstergesi          Nozzle’ın kapalı görünümü            Nozzle’ın açık görünümü

Eğer gaz kolu afterburner konumundan %100 devir veya altına getirildiğinde nozzle kapanmazsa, motorda büyük ölçüde güç kaybı meydana gelir. Böyle bir durumla karşılaşıldığında, pilot yedek sistemi çalıştırarak nozzle’ın kapanmasını sağlar.

3. JET MOTORLARINDA KULLANILAN YAKIT:

        Piston motorlarda düşük parlama özellikli AVGAS olarak bilinen yakıtın kullanılmasına karşılık, jet motorlarında parlama derecesi yüksek, kolay alev almayan ve taşınması daha güvenli yakıt türü kullanılır.

    İlk jet motorlarında gazyağı veya gazyağı–benzin karışımından oluşan yakıt kullanılmaktaydı. Günümüzdeki jet motoru yakıt türleri çoğunlukla gazyağı esaslıdır.

    Askeri jet uçak motorlarında “JP”, sivil jet uçak motorlarında “Jet–A” ve “Jet–B” olarak sınıflandırılan yakıt kullanılır. Jet–A; JP–8 ve Jet–B; JP–4 ile aynı türdendir.

    JP–1: Özellikleri Birleşik Devletlerde 1944 yılında belirlenmiş, donma noktası –60 santigrat derece olan gazyağı esaslı jet motor yakıtıdır. JP–1 çok iyi kalitesiyle ve eksoz duman izinin az oluşuyla bilinir.

    JP–2, JP–3 ve JP–4: Daha sonraları nafta ve gazyağı karışımından 1945 yılında JP–2, 1947 yılında JP–3 jet motor yakıtı geliştirilmiştir. Gazyağı ve benzin karışımlı JP–4 1951 yılında kullanılmaya başlanmıştır. JP–2, JP–3 ve JP–4’ün tutuşma derecesi JP–1’e göre daha düşüktür.

    JP–5: Yüksek tutuşma derecesi özelliği nedeniyle daha güvenli olan JP–5, uçak gemilerinde konuşlu jet uçaklarında kullanılmaktadır. JP–5’in üretimi diğer JP serilerine göre daha pahalıdır.

    JP–6 jet motor yakıtı 1956 senesinde XB–70 uçağı için üretilmiştir. XB–70 projesi iptal edilince JP–6’nın üretimine de son verilmiştir.

    JP–7: 1970 yılında SR–71 “Blackbird” uçağı için özel olarak üretilmiştir.

    JP–8: 1990’lı yıllarda JP–4 formülünde değişiklik yapılarak gazyağı esaslı JP–8 üretildi. JP–8 çok yüksek parlama dereceli, fazla kokan ve biraz yağlı özelliklere sahiptir.

    JET–A: Sivil jet uçak motorlarında kullanılan Jet–A, JP–8’in benzeri olup gazyağı esaslıdır.

    JET–B: Sivil jet uçak motorlarında kullanılan Jet–B, JP–4’ün benzeri olup gazyağı–benzin karışımlıdır.

                   Yakıt miktar göstergesi (Libre x 1000)                Yakıt  Akışmetre (Libre x 1000)

4. POUND (P) VEYA LIBRE (LB) VE NEWTON (N):

        Jet motorlarının ürettiği güç, İngiliz ölçü birimi olan Pound “P” veya Libre “Lb” ve metrik bir sistem olan Newton “N” ile tanımlanır.

    1 Pound (Libre) = 0,4536 kg.,

    Kgk (kilogramkuvvet) = 9,80665 N,

    1 N = 0,1019716 kg. (dünya yüzeyinde),

    1 kN = 101.9716 kg. (dünya yüzeyinde),

    1 Pound = 4,45 Newton’dur.

Editör : Ercan ÇETİNERLER