کمپرسور و توربین
Compressor and turbineموتور و پیشرانش
کمپرسور و توربین دو انتهای یک شفت مشترک در هر موتور توربینیاند: کمپرسور هوای ورودی را فشرده میکند و توربین، با گذر گاز داغ سوخته از خود، همان انرژی لازم برای چرخاندن کمپرسور را پس میگیرد. دمای مجاز ورودی توربین، نه چیز دیگری، سقف واقعی طراحی هر موتور جت را تعیین میکند.
دو نوع کمپرسور
کمپرسور محوری هوا را از میان ردیفهای متوالی تیغهٔ چرخان و ثابت عبور میدهد و در هر ردیف کمی فشردهترش میکند؛ اکثر موتورهای بزرگ امروزی از ده تا بیست مرحلهٔ محوری استفاده میکنند. کمپرسور گریز از مرکز هوا را با چرخش شعاعی به بیرون پرتاب میکند و در یک یا دو مرحله فشار زیادی ایجاد میکند؛ سادهتر و مقاومتر است اما کمتر کارا، پس بیشتر در موتورهای کوچکتر مثل توربوشفت بالگرد دیده میشود.
بیشتر موتورهای بزرگ امروزی هر دو نوع را با هم دارند: چند مرحلهٔ محوری فشار پایین و متوسط، و گاهی یک مرحلهٔ گریز از مرکز در انتها برای رساندن فشار به بیشترین مقدار پیش از محفظهٔ احتراق.
دو یا سه شفت مستقل
موتورهای امروزی معمولاً از دو یا سه اسپول مستقل تشکیل شدهاند: کمپرسور فشار پایین و توربین فشار پایین با یک شفت به هم و به فن متصلاند، و کمپرسور فشار بالا و توربین فشار بالا با شفتی دیگر، دور آن اولی، به هم متصلاند. هر اسپول با سرعت خودش میچرخد، چیزی که در گیجهای N1 و N2 کابین دیده میشود.
خانوادهٔ Trent رولزرویس یک قدم جلوتر میرود و از سه اسپول استفاده میکند؛ فشار پایین و فشار میانی و فشار بالا، هرکدام با شفت و سرعت مستقل خودشان. این طراحی هر بخش را اجازه میدهد نزدیکتر به سرعت بهینهٔ خودش بچرخد.
توربین و دیوار دما
گاز خروجی از محفظهٔ احتراق میتواند به دمایی نزدیک به دو هزار درجهٔ سلسیوس برسد، بسیار بالاتر از نقطهٔ ذوب فلزی که تیغههای توربین از آن ساخته شدهاند. این تضاد با دو ترفند حل میشود: تیغهها از آلیاژهای تککریستالی مقاوم به حرارت ساخته میشوند، و هوای نسبتاً سردتری از کمپرسور از کانالهای ریز داخل هر تیغه عبور داده میشود تا لایهای محافظ روی سطح آن بسازد.
همین دمای مجاز ورودی توربین است که تعیین میکند یک موتور چقدر رانش و بازده میتواند بدهد؛ پیشرفت اصلی موتورهای جت در پنجاه سال گذشته کمتر در شکل کلی طراحی و بیشتر در همین مواد و خنککاری بوده که اجازه داده دمای کاری بالاتر برود.