Güç kaynağı olarak türbin ve tepki prensibi, günümüzden çok önceye, M.Ö. 130’lu yıllara, İskenderiye’li filozof Heron’un tasarladığı basit tepki türbinine kadar varmaktadır. Şekil 1’de yer alan bu tasarım tarihte bildiğimiz ilk buhar türbini örneğidir diyebiliriz. Uçları birbirine göre zıt yönleri gösteren iki eğik tüpün yerleştirildiği oyuk bir küreden yaptığı türbindir. Kürede su kaynatıldığında buhar borulardan dışarı çıkmakta ve günümüzde etki-tepki prensibi diye bildiğimiz kanunun neticesinde kürenin dönmesine yol açmaktaydı.
Şekil 1. Heron Türbini
Benzer şekilde 1629 yılında, Giovanni Branca da böyle bir türbin tasarlamıştır (Şekil 2). Buhar jetinden çıkan buharın türbin kanatçıklarına çarpması sonucu dönen türbin, redüksiyon dişlilerini de döndürmekteydi.
Şekil 2. Giovanni Branca Türbini
Sir Isaac Newton, 1680 yılında ortaya koyduğu III. Hareket Yasası (etki ile tepkinin eşitliği) ile jet tepkisinin olabilirliğini belirtmiş ve aynı dönemde bir de atsız araba projesi yapmıştır (Şekil 3).
Şekil 3. Newton'un Atsız Arabası
Yukarıda sözü edilen ve buhar gücü ile çalışan bu motorlar daha sonra, yakıtların hava ile yanması sonucunda elde edilen gazlarla çalışan gaz türbinlerinin öncüleri olarak fikir vermişlerdir. Günümüzden iki asır önce, 1791 yılında, İngiliz John Barber orijinal bir gaz türbin biçimi geliştirmiş ve patentini almıştır. Şekil 4’ de görülen bu motor, patentli ilk gaz türbini olarak bilinir. Tasarlanan bu motorda bir gaz üretici, gaz alıcı, gaz ve hava kompresörleri, bir yanma odası, bir türbin ve hız düşürme dişlileri bulunuyordu.
Şekil 4. John Barber tarafından tasarlanan patentli ilk gaz türbini
Daha sonraki yıllarda, birçok bilim adamı bu tip motorların gelişmesi için çaba harcadılar. Bu isimler şöyle sıralanabilir: İngiliz W. F. Fernibough (1850) ; Fransız Armengaud ve Lemale (1984’te 5000 devirli, 368 kW gücünde, sıvı yakıt püskürtmeli, elektrikli ateşlemeli, türbin giriş ve kanatçıklarını soğutmak için su püskürtmeli bir motor gerçekleştirdiler). 1900 – 1904 yıllarında Stolze, ısı eşanjörlü, çok kanatçıklı türbine sahip bir motor yapmış, ancak türbin ve kompresör verimlerinin çok düşük olması nedeniyle, motor başarılı olamamıştır. Buhar türbinlerinin de öncülerinden olan Sir Charles Parson, 1884 yılında, bugün ki modern gaz türbinlerinin görünüşünü andıran bir motorun patentini almıştır. 1905 yılında Alman H. H. Holzwarth, sabit hacimde yanmalı bir gaz türbini tasarlamış ve bu motor daha sonra, 1911 yılında, Brown Boveri firması tarafından üretilmiştir, (Şekil 5) Brown Boveri daha sonra sabit tesisler, kara, deniz ve hava taşıtları için, sabit basınçlı ya da sürekli yanmalı tipte, ticari motorlar yapmıştır.
Şekil 5. Holzwarth gaz türbini
Gaz türbinlerini geliştirmek için ilk ciddi atak, 1905 yılında Fransız Turbomotor Anonim Şirketi tarafından yapılmıştır. Bu motorun kompresör kısmı, her biri 25 kademeli, seri bağlantılı üç adet kompresörden oluşuyordu. Bu kompresörler doğrudan doğruya, iki sıra halinde kanatçıkları bulunan bir türbin tarafından çevriliyordu. Çalışma basınç oranı 4:1, türbin giriş sıcaklığı 560ºC ve ısıl verimi de % 3 kadardı. Üretilen gücün büyük bir bölümünü kompresör yutuyordu. 33 yanma odası bulunan bu gaz türbini, su ile soğutuluyor ve ısınan suda yanmış gazların sıcaklığını güvenli sıcaklığa indirmek için yanma odalarına püskürtülüyordu. 1913 yılında Fransız Lorin, bir ramjet motoru patenti almış, ancak o günkü teknoloji ile yapılması mümkün olmamıştır. Şekil 6. Alman Schmidt, 1928 yılında ilk pulsejeti tasarlamış ve Almanlar bu motorları 1942’de V-1 uçan bombalarına uygulamışlardır, Şekil 7.
Şekil 6. Lorin’in jet motoru
Şekil 7. Pulsejet
İngiliz bilim adamı Frank Whittle, 1920 yılında, yazdığı bir ders kitabında, bir uçağın güçlendirilmesinde, jet tahriki sağlayıcı olarak, gaz türbini kullanılabileceğini açıkladı. 1930 yılında, çok kademeli eksenel bir kompresör ile tek kademeli santrifüj kompresörü aynı rotorda kullanıp havayı turbojet kısmına sıkıştırarak güç sağlamış ve ilk turbojetin patentini almıştır.
1941 yılında ilk uçuşunu yapan ve Şekil 8’de görülen Whittle jeti; santrifüj tip çift girişli kompresörlü, tek yanma odalı ve su soğutmalı idi. Bu motor, modern gaz türbinlerinin öncüsü olmuştur. Frank Whittle, yaptığı bu çalışmalardan ötürü, “modern gaz türbinlerinin babası” olarak anılmaktadır.
Şekil 8. Whittle tipi turbojet motorunun şematik görünüşü
Alman Hans Von Ohain’in patentindeki turbojet motoru, bir Heinkel uçağına monte edilerek 1939 yılında ilk turbojet uçuş gerçekleştirilmiştir. Ancak, Whittle’ın dizaynının doğrusal akışlı olmasına karşı, Ohain’in turbojeti ters akışlı idi. Jet motorlarının öncülerinden biri de İtalyan Secondo Campini’dir. Şekil 9’da görüldüğü gibi Campini, kompresörü çevirmek için yıldız tipi pistonlu bir içten yanmalı motor kullanmış ve bu motorla donatılmış bir uçak, Roma – Milan arasındaki 270 km’lik bir uçuşu gerçekleştirmiştir.
Whittle’nin çok kademeli kompresörlü turbojetleri, II. Dünya savaşında, İngiliz ve U.S.A uçaklarında kullanılmıştır. O günden bu yana, santrifüj kompresörlerin yerini eksenel ve çok kademeli kompresörler almış, kompresör ve türbin sayılan verimleri artırılmış, regeneratör, ara soğutucu, ara ısıtıcı kullanımı ile güç ve verimlerde önemli artışlar sağlanmıştır. Bu gelişmede metalürjideki gelişmelerin payı da oldukça büyüktür.
Turbopropla güçlendirilen ilk yolcu uçağı, 1948 yılında test edilen İngiliz Vickers Visount; turbojetle güçlendirilen ilk uçak ise, 1949 yılında test edilen, De Havilland Comet olmuştur. Ünlü Boeing 707, ilk servisine 1958’de başlamış olup, en büyük yolcu uçaklarından olan Boeing 747’yi de aynı firma üretmektedir.
Gaz türbinleri, kapalı sistem esasına göre de düzenlenebilmekte, böylece birçok avantajlara sahip olmaktadır. Kapalı sistem ilk gaz türbini, 1935 yılında Ackeret ve Keller tarafından gerçekleştirilmiştir. Kapalı bir sistemin önemli bir özelliği de, çalışma maddesi olarak monoatomik gazların kullanılmasıyla verim ve güç artışı sağlanmasıdır. Kapalı sistem gaz türbinlerinde helyum gazı, ilk defa 1966 yılında, Brown Boveri firması tarafından kullanılmıştır. Gaz türbinleri ile güçlendirilen ilk taşıt ise, 1950 yılında, İngiliz Rover firması tarafından üretilmiştir.
Şekil 9. Campini’nin mekanik sıkıştırmalı jet motoru