Wright kardeşlerin 1903 yılındaki
uçuşundan II. Dünya Savaşının sonuna kadar uçaklara gerekli itki gücü pistonlu
– pervaneli motorlardan elde edilmişti. Bu motorlar otomobil endüstrisinde
kullanıldığından uçaklar için de doğal başlangıç noktasını oluşturdu.
1930’ların sonlarına doğru pervaneli uçak motorları artık pistonlu – pervaneli uçak
motorları performans limitlerine ulaşmış, yüksek hızlara çıkılabilmesinden
dolayı jet tepkili uçak motorları gelişim sürecinde rol almaya başlamışlardı.
1950 yıllarında jet motorlarla güçlendirilmiş uçakların ses hızlarına kolaylıkla
ulaşabiliyordu. 1950 yıllarının sonunda turbojet motorlar artık Comet,
Caravelle ve Boeing 707 gibi ticari uçuşlara entegre oluyordu. Yüksek yakıt
tüketimi ve ürettikleri yüksek sesten dolayı 1960’lı yıllara geldiğimizde yerini
turbofan uçak motorlarına bırakacaktı. Yüksek by-pass oranlı turbofan
motorların gelişimi sonucunda sağladığı; yüksek yakıt verimliliği ve güvenirliliği
ile geniş gövdeli uçaklarda tercih sebebi olmaktaydı.
 |
| Wright Kardeşler |
20. yüzyıl başlarında hava emişli
jet motorları Lorin ve M. Guillaume tarafından patentlendirildi ancak bunlar
uygulamaya geçirilemedi. 1903 yılında Elling gaz türbini fikrini patentleyerek,
Norveç’te 11 hp gücünde bir prototip üretti. 1930 yılında İngiltere’den Sir
Frank Whittle da turbojet motor fikrinin patentini alarak Power Jet Ltd. firmasında
1937 yılında ilk prototipini üretti. Yapılan çeşitli deneylerden oldukça
başarılı sonuçlar alındıktan sonra İngiliz Havacılık Bakanlığı Gloster deneme
uçağı üzerinde bir geliştirme programı başlattı. W1X motorunun başarılı geçen
testlerinin ardından İngiliz uçak motor üreticileri bilhassa Rolls-Royce
turbojet motorunu geliştirmeye başladı. Amerikan ordusu bu yeni motoru ve
ilgili teknolojiyi, İngilizler ile çeşitli anlaşmalar sonucunda, benzer isimle
(GE 1-A) Amerika’da üretmeye başladılar. By-pass özelliğine sahip turbofan
motor fikri de yine Sir Frank Whittle aitti. Bu fikre öncülük eden turbojet
motorlarının yakıt tüketimini azaltma çalışmalarıydı.
 |
| Sir Frank Whittle |
Birleşik Krallıkta turbojet motorlar
ile ilgili çalışmalar yürütülürken, Alman bilim insanı von Ohain tarafından
turbojet motoru üzerinde çalışılıyordu. Araştırma Heinkel’de özel bir takım
tarafından yürütülüyordu. Prototip turbojet motor 1937 yılında üretildi. Radyal
turbomakine bileşenleri ile birlikte yakıt olarak Hidrojen kullanılmıştı.
Testleri tamamlanması sonrasında metrekarede 1000 hp beygire eşdeğer güce
ulaşılmıştı. Aynı firma tarafından prototip uçak He – 178 üretilerek, yeniden
şekillendirilerek uçağa uyarlanan motor ile entegre edildi ve He S3 ismini aldı.
1939 yılında, turbojet motorlu He – 178 uçağı ilk uçuşunu gerçekleştirdi.
Ayrıca bu uçuş; turbojet motorlarının güçlendirmesi ile gerçekleştirilen ilk
uçuştur. Yüksek hız seviyelerine ulaşarak başarılı uçuş gerçekleştiren uçak,
Alman uçak motor firmaları olan Junkers ve BMW ile Heinkel arasında iş birliği
geliştirildi. Motor daha ileri seviyeye taşınacak ve eksenel akışlı kompresör
ve türbin kullanılacaktı. Jumo004B motoru gelişmiş Alman savaş uçaklarında
kullanıldı. Turbojet motorundaki gelişmeler 2. Dünya Savaşı sonuna kadar devam
etti.
Von Ohain’e göre; ilk gelişimden
günümüzdeki teknolojik seviyeye kadar motor teknolojisindeki gelişim:
- Yanma prosesinin araştırılması sonucunda, yanma odasına giren kütle akışının artması ve basınç düşmelerinin azaltılması ile % 99’lara ulaşan yanma verimliliği
- Yapısal tasarımın ve malzemelerin gelişimi
- Hava soğutma etkinliğinin arttırarak türbin sıcaklık kapasitesinin arttırılması sonucunda türbin politropik verimin artması
- İtki nozulunda ve uçakla ilgili diğer kısımlarda ileri kontrol seviyeleri
- Kontrol sistemlerinin gelişimi
- Titreşimlerin azaltılması
Turbojet gelişim sürecinde ortalama verimliliğin arttırılması
için yapılan araştırmalarda, performans ve verimliliğin kompresör basınç
oranının arttırılması ile direkt olarak ilişkili olduğu görüldü. Bu sebepten
dolayı, 1930 yılları sonrasında turbofan ve turbojet motorlarının kompresör
basınç oranları sürekli artma yönünde geliştirildi. Değişken stator kanatçıklarının
kullanılması sonucunda daha yüksek kompresör basınç oranlarına ulaşmak azalan
akışlarda oranlarında bile mümkün oldu. Yükseltilen basınçla; motor uzunluğu, motor
ön alanı ve elde edilen güç başına motor ağırlığı azaltıldı.
Hava akışlı motorların gelişim süreci hala devam etmektedir.
Daha yüksek uçuş hızlarının daha yüksek bileşen verimliliği ile eldesi yakın
geleceğin araştırma konularındandır. Malzeme biliminin bize sunabileceği daha
hafif malzemeler ile daha az yakıt tüketimi ve bunun sonucunda daha yüksek
verimli motorların üretimi bizler için oldukça önemlidir.