Turbojet

Turbojet, hava solumalı, havacılık sektöründe kullanımı olan bir jet motorudur. Motorun termodinamik çevrim patenti 19. yüzyılda Brayton tarafından alınmış olmasına rağmen, İngiltere'de Frank Whittle ve Almanya'da Hans von Ohain tarafından birbirinden bağımsız olarak 1930'lu yılların sonlarında çalışır prototipleri geliştirilmiştir. Günümüzde daha çok askerî uçaklarda ve süpersonik yani "ses üstü" hızlarda uçuş yapan hava taşıtlarında kullanılır. Geçmişte ise 70'li yıllardan 2003 yılına dek hizmet veren Concorde uçağı, turbojet kullanan ve seri üretimi yapılan yegane yolcu uçağı olmuştur. Turbojet motorlar, çok yüksek miktarda itiş gücü üretirler ve böylece çok kısa sürede ivmelenme sağlayarak monte edildiği uçağı ses üstü hızlara çıkartır. Ekstra hız ve ivme sağlamak için turbojet motorlara artyakıcılar eklenir.

Turbo, Latince "yüksek hızda dönen" demektir. Jet ise Latincede "fırlatmak" anlamına gelir. Newton'un 3. Yasası uyarınca bir turbojet motor, sıkıştırılmış gazları yüksek hızda geriye iterek bir etki oluşturur, bu da kendisine ters yönde bir tepki kuvveti doğurur.

Bir uçağa güç sağlamak için gaz türbini kullanma konsepti 20. yüzyılın başlarına kadar uzanmaktadır. Fransız mühendis Maxime Guillaume 1921 yılında eksenel akışlı bir turbojet motoru için patent başvurusunda bulunmuş, ancak tasarım dönemin teknolojik sınırlamaları nedeniyle hiçbir zaman inşa edilememiştir.

1920'lerin sonlarında İngiliz RAF Koleji Cranwell öğrencisi Frank Whittle bir turbojet motoru için fikirlerini geliştirdi ve rafine etti. Tasarımı için 1930 yılında patent başvurusunda bulundu ve motorları daha da geliştirmek ve üretmek için Power Jets şirketini kurdu. Başarıyla çalışan ilk turbojet motoru 1937'de Power Jets WU oldu.

Almanya'da Hans von Ohain de 1930'larda bir turbojet motoru geliştirdi ve tasarımı 1950'lerde çoğu üretici tarafından benimsendi. Heinkel He 178, 1939 yılında von Ohain'in motorunu kullanarak uçan ilk uçak olmuştur.

İkinci Dünya Savaşı sırasında hem Almanlar hem de İngilizler operasyonel turbojet uçaklarını tanıttı. Messerschmitt Me 262 1944 yılında hizmete girmiş, onu Gloster Meteor izlemiştir. Bu ilk turbojet motorlar, santrifüj kompresör ya da eksenel kompresör kullanımıyla karakterize ediliyordu.

Savaş sonrası dönemde turbojet motorunun gelişimi devam etmiş, tasarım ve teknolojideki gelişmeler turbojet motorunun çekirdeğini bir fan ve ilave bir türbin kademesi ile birleştiren turbofan motorunun geliştirilmesine yol açmıştır. Turbofan motorlar turbojet motorlara göre daha fazla yakıt tasarrufu sağlar ve daha az gürültü üretir, bu da onları ticari uçaklarda kullanım için çok uygun hale getirir.

1960'larda Concorde süpersonik yolcu uçağı Olympus 593 turbojet motoruyla hizmete girmiştir.

F N = ( m ˙ a i r + m ˙ f ) V j − m ˙ a i r V {\displaystyle F_{N}=({\dot {m}}_{air}+{\dot {m}}_{f})V_{j}-{\dot {m}}_{air}V}

bu denklemde geçen parametreler

m ˙ a i r {\displaystyle {\dot {m}}_{air}}	motordan geçen hava kütle debisi
m ˙ f {\displaystyle {\dot {m}}_{f}}	tüketilen yakıt kütle debisi
V j {\displaystyle V_{j}\;}	turbojet motorun nozulundan çıkan gazların ortalama hızı
V {\displaystyle V\;}	uçan aracın hızı
( m ˙ a i r + m ˙ f ) V j {\displaystyle ({\dot {m}}_{air}+{\dot {m}}_{f})V_{j}}	nozulun ürettiği kuvvet
m ˙ a i r V {\displaystyle {\dot {m}}_{air}V}	motorun sürüklenme kuvveti