Günümüzde
modern uçaklar turbofan motorlar tarafından uçurulmaktadır. Bu motorlar oldukça
güvenilir, yıllarca sorunsuz hizmet verebilmektedir. Bununla birlikte nadiren
arızaya neden olur ve oluşabilecek arıza da hazırlıksız yakalanmamak adına
önceden belirlenebilir.
Turbofan
motorlar, hava akış oranlarının haricinde pratik olarak turboprop motorlara
benzerler. Ana motor hariç ikincil (secondary)
hava miktarının motor içinden geçen birincil (primary) hava miktarına oranı turboprop motorlara göre daha
düşüktür. Bu oran, turbofan motorlarda bypass oranı (BPR, Bypass Ratio) olarak isimlendirilir.
Turboprop motorlardaki pervane ve pervane
dişli kutusu yerini eksenel akışlı kompresördekine benzeyen fakat nispeten daha
büyük ölçekli hareketli bıçak (döner
blade), sabit bıçakları (sabit vane)
olan eksenel akışlı fana bırakmıştır. Genellikle fanın çevresi kasa (fan duct) ile kaplıdır.
Fan pervanede olduğu gibi üzerinden geçen
havayı ivmelendirir. İvmelenen hava kütlesi ters yönde bir tepki kuvveti
oluşturur ve fan nedeniyle ortaya çıkan bu tepki, bypass oranına bağlı olarak
toplam tepkinin büyük bir bölümünü oluşturur. Fandan geçen bu hava, fanı terk
ettikten sonra yanmaya gönderilmez. Fanın ucundaki bir lüle (nozzle) veya kasadan (fan duct) motor
boyunca uzatılarak bu hava ana motor egzoz lülesi (exhaust nozzle) çevresinden atmosfere gönderilir. Bu tiplere ilave
olarak bir diğer turbofan ise fandan gelen hava ve ana motorda türbini terk
eden egzoz gazları karıştırılır ve tek lüleden bu karışım çıkartılır.
Turbofan
motorlar, turbojet motorların yüksek hız ve yükseklik kabiliyeti ile turboprop
motorun çalışma verimi ve yüksek tepki kabiliyetini birleştirebilen özelliklere
sahiptir. Ayrıca turboprop motorlara göre turbofan motorlar daha hafif ve
daha az karmaşıktır.
Turboprop ve turbofan motorları arasındaki
bir temel prensip farkı da, fandan geçen hava miktarının motor kaportasının
giriş ağzı tasarımı ile kontrol edilmesidir. Bu yaklaşım ile fan üzerindeki
hava hızının turboprop motorlarda olduğu gibi uçak hızından büyük oranda
etkilenmesini engellemektedir. Bu durum, turboprop motorlarda 400 knot’ın
üzerindeki hızlarda hava hızının tepkisel verimlilik üzerinde oluşturduğu
sınırlama sonucu verimin düşme etkisini azaltarak uçak hızında bir sınır şartı
olmasını büyük oranda etkilemektedir. Eşit tepkiye sahip turbojet motor ile turbofan
motor kıyaslandığında, turbofan motorların egzoz gazı gürültü seviyesinin daha
düşük desibellerde olduğu görülmektedir. Bu durum, fan için ilave edilen türbin
kademelerinde gürültüye sebep olan yanmış gaz hızının daha da düşmesi nedeniyle
oluşur.
Şekil
1. Turbofan motorlarda hava akışı ve itki kuvveti
Son yıllarda gürültünün
belirlenen sınır değerlerinin altına düşürülmesinin gerekliliği ve daha düşük
yakıt sarfiyatı gibi etkenler turbofan motorlarını özellikle ticari alanda
vazgeçilmez hale getirmektedir. Turbofan motorunu oluşturan ana elemanlar ile turbojet
motorunun ana elemanları aynıdır. Burada fan ikinci bir alçak basınç kompresörü
kabul edilmektedir. Turbofan motorlarının, propfan ve ADP (Advanced Ducted Propulsor) olarak adlandırılan çeşitleride
mevcuttur. Yakıt sarfiyatı üzerine
çok olumlu etkileri nedeniyle geleceğin ticari motorları olmaya adaydır.
Turbofan motorlar, ticari amaçlı hava
yollarının dünya etrafında dolaşabilmesi adına önemli bir buluştur. Çalışma
sistemleri daha detaylı incelencek olursa; bu motorlar bir termodinamik çevrim
ile izah edilen beş kısımdan oluşur. Bunlar; havanın motor ağzından içeri
alınması, sıkıştırılması, yakılması, genişlemesi ve egzozdan çıkış anında itki
kuvveti oluşturarak aracı ileri itmesidir. Önceden de değindiğimiz bu beş adım,
motorun önemli beş bileşeni tarafından Şekil 2’de de gösterildiği gibi
yapılmaktadır. Bu beş bileşen; fan, kompresör (alçak ve yüksek basınç
kompresörü), yanma odası, türbin (alçak ve yüksek basınç
türbini), egzoz(çıkış
nozulu-lülesi).
Hatırlatma : İdeal gaz kanunu; basınç, hacim ve
sıcaklığı aralarında ilişkilendiren, ideal gazlar için bir eşitliktir.
Burada;
P
= Basınç (Pa)
V
= Hacim (m3)
n
= Gazın mol sayısı
R
= Gaz sabiti (8.3145 J/(mol
K))
T =
Sıcaklıktır (K)
İdeal gaz kanunundan yapacağımız çıkarım;
gaz basınçladırılıp hacim azaldığında, sıcaklık ve basınç artmalıdır. Turbofan
motoru çalışma konseptini temel olarak bu kural oluşturmaktadır.