Jet Motoru Nedir, Nasıl Çalışır, Çeşitleri Nelerdir?

Jet motorları, mühendislik harikası makinelerdir. Newton’un teorilerini temel alan “etki-tepki” prensibine göre çalışır. 1930’lardan beri geliştirilmiştir.

Jet motoru, tepkili motor ve gaz türbini olarak da bilinir. Basit bir ifadeyle; “atmosferdeki havanın sıkıştırılması ve yakıtla ısıtılarak yakılması sonucu çıkan gazların püskürtülmesiyle oluşturulan ters yönde itme gücü” prensibi ile çalışır. Bu güç, motorun bağlı olduğu aracı ileri doğru hareket ettirir. Genellikler, normal uçaklara göre çok daha seri, hızlı olan ve daha yükseğe çıkabilen jet uçaklarında kullanılan bu motorlar, modern savaş uçaklarının geliştirilmesini sağladı. Jet motorlarının prensibi; jet uçaklar ve füzeler başta olmak üzere insansız hava araçları, roket motorları, model roketler ve uzay araçlarında kullanılıyor. Hatta bazı yüksek hızlı otomobillerde de bu tür motorlara rastlamak mümkün. Endüstriyel gaz türbinleri veya deniz santralleri gibi hava araçları dışında da uygulamaları bulunuyor. Basit bir çalışma prensibi ile mühendislik harikası bir makine ortaya çıkarılmış diyebiliriz. Makalemizde, jet motorlarıyla ilgili birçok bilgiyi bulabilirsiniz. Tavsiyemiz; çalışan bir jet motorunun önünde ve arkasında bulunmamaya dikkat edin!

(Frank Whittle'nin tasarladığı ilk jet motoru...)

Tarihçesi

İngiliz Frank Whittle ve Alman Hans von Ohain, jet motorlarının ortak mucitleridir. Birbirlerinden bağımsız ve habersiz jet motorları tasarlamışlardır. Ancak, jet motoru prensibinin tarihi için daha eski buluşlara atıfta bulunmak gerekiyor. Jet motorunun tarihi, gaz tepkimesi ile çalışan makinelerin icat edilmesinden başlayarak günümüze kadar geliştirilen tepkili motor sistemlerini kapsayan bir süreçtir. M.Ö. 3000’li yıllarda Çinlilerin gaz tepkisi ile uçan havai fişekler kullandığı tarihi belgelerde kaydedilmiştir. M.S. 250 yılında İskenderiyeli Heron, içine gönderilen buharın kıvrık borulardan püskürtülmesi sonucu dönen küresel bir kap icat etti. Bu küçük makine, gaz tepkimesi ile çalışan ilk makine olarak biliniyor. M.S. 1232 yılında Kaifengfu Savaşı’nda Çinlilerin kullandığı gaz tepkisi ile çalışan roketler de “gaz tepkili ilk silah” olarak kayıtlara geçmiştir. 1687 yılında İngiliz fizikçi Sir Isaac Newton, “Hareket Miktarı Teoremi” ile insan tarafından idare edilebilen ilk aracın gaz tepkisi ile tahrikini yani jet tepkisini fizikî olarak açıkladı. Bu teoreme göre geliştirilen buhar tepkili motorlar ile ilk aracın hareketi sağlandı.

Jet motorlarının temelini oluşturan gaz türbini, ilk olarak 1791 yılında John Baber tarafından tasarlandı. Gaz türbininin ilk başarılı uygulaması ise, 1911 yılında Alfred Büchi tarafından tasarlanan turbo-şarjörlerin Brown-Boveri firması tarafından üretilerek, 1916 yılında ilk kez uçaklarda kullanılmasıdır. Turbo-şarjörler, gaz türbininin bir uygulamasıdır. “Motordan çıkan sıcak egzoz gazlarının bir türbini tahrik etmesi sonucu yanma odasına sıkıştırılmış basınçlı hava gönderen kompresörün tahrik edilmesi” prensibi ile çalışır. Basınçlı havaya yakıt püskürtülmesi sonucu yanan ve genleşen hava egzozdan hızla çıkarak türbini döndürür. Bu şekilde motorun gücü artar. Turbo-şarjörler, jet motorlarının geliştirilmesi için çığır açmıştır.

Jet motorlarının geliştirilmesi sürecinde önemli tarihler şunlardır;

• İngiliz Kraliyet Hava Kuvvetleri pilotu Frank Whittle, egzoz gazlarının tepkisinden uçakların tahrikini sağlayan ilk kişidir. Whittle, 1980’de turbo jet motoru ile ilgili ilk kez bir makale kaleme aldı.
  
• Whittle, 1930 yılında bir gaz türbini ile bir difüzörü birleştirerek tasarladığı jet motorunun patentini aldı.
  
• Whittle, 1936 yılında “turbojet” adı verilen bu motorun geliştirilmesi için bir şirket kurdu (Power Jets Ltd.).
  
• 1937 yılında Alman Hans von Ohain, tasarladığı “Hes-3B” adlı jet motorunu ilk defa bir uçakta kullandı. Almanlar, Ohain’in tasarladığı motoru, “Heinkel He 178” adlı uçakta denedi. Bu uçak, “dünyanın ilk jet motorlu uçağı” olarak tarihe geçti.
  
• 15 Mayıs 1941’de İngilizler, Frank Whittle tarafından tasarlanan “Power Jet W.1” adlı jet motoru, “Gloster G-49” adlı uçakta kullanıldı. Bu motor, jet motorlarının “ilk başarılı uygulaması” olarak biliniyor.
  
• İkinci Dünya Savaşı sırasında Almanlar, “Messerschmitt Me 262” adlı jet motorlu savaş uçakları üretti.
  
• 1950’lerde, jet motorları gelişmiş savaş uçakları, kargo uçakları ve özel tip uçaklarda kullanılmaya başlandı.
  
• 1960’larda büyük sivil uçaklar, jet motorları ile güçlendirildi.
  
• 1970’lerde turbofan jet motorları geliştirildi.
  

Nasıl Çalışır?

Jet motorlarının çalışma prensibi, pratikte oldukça basit görünüyor. Ancak motorun içinde gerçekleşen olaylar, “mühendislik harikası” olarak değerlendirilebilir. Jet motorları iki önemli madde kullanıyor; biri atmosferdeki hava, diğeri yakıt. Standart bir turbojet motorun çalışma prensibine göz atalım:

Motorun ön bölümünde bulunan devasa fan, atmosferdeki havayı motorun içine çeker. Yanma odasında kompresör tarafından sıkıştırılan hava ısıtılarak üzerine yakıt püskürtülür. Bujiler aracılığı ile oluşan kıvılcım, sıkışan hava ve yakıtı ateşler. Yanma odasında büyük bir patlama ve basınç oluşur. Sıkışan ve yanan gaz veya egzoz gazı genleşerek, hızlı bir şekilde dışarı çıkmaya çalışırken büyük bir itme kuvveti oluşturur. Bu kuvvet, havaya uygulanan etkinin tepkisidir. Bu gazlar, her yöne eşit kuvvet uygular. Egzoz gazlarının oluşturduğu itme kuvveti, motorun bağlı olduğu uçağı ileri doğru iter ve ileri doğru hareket ettirir.

Gazlar motordan çıkarken türbini de hareket ettirir. Türbin mili de, kompresörü ve fanları döndürerek işlemin tekrarını sağlar. Türbin milinin döndürdüğü fan hava girişini, mile bağlı kompresör de yeni havanın sıkıştırılmasını sağlar. Aynı işlem sürekli tekrarlanır. “Brülör” adı verilen bölümde yanan egzoz gazlarına ekstra yakıt püskürtülerek motorun itiş gücü artırılabilir. Bizim bu kadar basit anlattığımız jet motoru, fanların açılarından yanma odasının tasarımına, türbin parçalarının yönlerinden kompresöre, yakıt bujilerinden egzoz gazı çıkışının kavislerine kadar alt sistemleri ile tam bir mühendislik harikası…

Jet Motoru Çeşitleri

Jet motorlarının; turbojet, turbonfan, turboprop, turboşaft, ramjet, scramjet ve pulsejet gibi bazı çeşitleri bulunuyor. Döner parça içerenler “turbo”; içermeyenler “jet” kelimeleri ile ifade edilir. Jet motorlarının türlerini kısaca anlatalım:

Turbojet: Turbojet tipi motorlar, yukarıda çalışma prensibini verdiğimiz sisteme göre çalışan motorlardır. Kısaca, “motora alınan havanın yakıt ile sıkıştırılması ve yakılması sonucu oluşan tepkiyle ortaya çıkan itme gücü” prensibi ile çalışır.

Turboprop: Bir turboprop motorunda egzoz gazları, daha düşük irtifalarda yakıt tasarrufu için türbin miline bağlı bir pervaneyi döndürmek için kullanılır. Arkadaki türbin, sıcak gazlarla çevrilir. Türbine bağlı mile, kompresör ve pervane bağlıdır. Küçük uçaklarda ve kargo uçaklarında kullanılmaktadır. Saatte 500 milin altındaki uçuşlarda yüksek verimlilik sağlar. Modern turboprop motorlar, daha küçüktür ve daha yüksek performans sağlar. İlk turboprop jet motoru, 1938 yılında Macaristan’ın başkenti Budapeşte’de Gyorgy Jendrassik tarafından tasarlandı.

Turbofan: Yüksek irtifalarda daha fazla verimlilik sağlamak için, temel turbojet motoruyla oluşturulan ek itme kuvveti üreten bir fan içerir. Ön tarafta havayı emen büyük bir fan vardır. Turbojetten farklı olarak ek gaz jeneratörü bulunur. Daha sessizdir, düşük hızda daha fazla itme gücü üretir. Yakıt tüketimi de turbojetlere göre daha azdır. Günümüzdeki uçakların çoğunda turbofan jet motorları kullanılmaktadır.

Turboşaft: Turboprop jet motorlarının farklı bir formudur. Pervane kullanılmaz. Bunun yerine bir helikopter rotoru güç sağlar. Helikopter rotorunun hızı, gaz jeneratörünün dönme hızından bağımsız olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu, jeneratörün hızı üretilen güç miktarını modüle etmek için değiştirildiğinde bile rotor hızının sabit kalmasına izin verir.

Ramjet: En basit jet motorudur. Hareketli parçaya sahip değildir. Dönen parçaların bulunmadığı bir turbojet olarak da bilinir. Havayı sıkıştırma oranı, ileri hıza bağlı olarak kısıtlanmıştır. Ses hızının altında, statik ve çok az itme gücü üretir. Başka bir uçak gibi bir takım destekli kalkış uygulaması gerektirir. Güdümlü füze sistemlerinde kullanılmaktadır. Uzay araçları da bu tür jet motorları kullanıyor.

Scramjet: Bir ramjet çeşididir. Farklı olarak süpersonik yanma odasına sahiptir. Havanın sıkıştırılarak alındığı, yakıtın yakıldığı yanma odası ve egzozun giriş hızından daha hızlı ayrıldığı “nozzle” adı verilen parçalara sahiptir. Havayı sıkıştırmak için uçağın hızını kullanır. Çok az hareketli parçaya ihtiyaç duyar. NASA’nın kullandığı uçaklarda genellikle bu tür motorlar bulunur.

Pulsejet: Statik çalışabilen, az sayıda hareketli parçaya ihtiyaç duyan motorlardır. Hareketli parça olmayan modelleri de vardır. Valfli ve valfsiz iki farklı çeşidi vardır. Basit ve malzemeleri ucuz bir motordur. Çevreye zarar vermez. Yanıcı bütün yakıtları kullanabilir.

Bunları Biliyor musunuz?

• Jet motorları, Newton’un hareket yasalarından yola çıkılarak geliştirilmiştir. Temeli, “her etki, eşit büyüklükte ve ters yönde tepki doğurur” yasasıdır.
  
• Newton’un teorisine göre oluşan itme kuvveti, jet motorlarının temel prensibidir. Bu teorem, “şişirilmiş bir balonun ağzı açık şekilde bırakılması ile balonun hızla ters yöne uçması” olarak açıklanabilir.
  
• Jet motoru icat edilmeden önce 1903-1935 yılları arasında uçaklarda alternatif piston hareketli içten yanmalı motor ve pervaneler kullanılıyordu.
  
• İkinci Dünya Savaşı’nın sonlarına doğru geliştirilen ve yaygınlaşan jet motorlu savaş uçaklarının savaşa önemli bir etkisi olmamıştır.
  
• Almanların ilk geliştirdiği jet motorlarında “eksenel akışlı kompresörler”, İngilizlerin ilk geliştirdiği jet motorlarında ise, “merkezkaç kompresörler” kullanıldı.
  
• Almanların kompresör sistemleri günümüzdeki jet motorlarında hala kullanılmaktadır.
  
• İngiliz ve Amerikan jet motorlarında günümüzde kullanılan modern turbojet sistemi, İngiliz Whittle’nin tasarladığı jet motoru prototipine (ilk örnek) dayanıyor.
  
• Berlin Teknik Üniversitesi’nde çalışan Türk mühendis Berkant Göksel’in lideri olduğu mühendislik grubu, yakıt kullanmadan itme kuvveti üretebilen jet motoru tasarladı. Geliştirilen “plazma jet motoru”, Mayıs 2017 tarihinde açıklandı. Motorun, uçağı saniyede 20 kilometre hıza ulaştırabilecek kapasitede olduğu belirtiliyor.
  
• Jet motorları; çok yüksek devirlerde çalışabilirler, yüksek oranda ve kararlı güç üretirler. Gazların kinetik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürme kabiliyetleri oldukça yüksektir.
  
• Rölantide ve devirli çalışırken çok yakıt tüketirler. Çok yüksek derecelerde sıcaklık üretirler.
  
• Jet motorları, pistonlu motorlardan daha hafiftir, daha az bakım gerektirir, daha az hareketli parçası vardır, daha verimli çalışır. 
  
• Jet motorları, çok yüksek itme gücü üretirler. Bu sebeple arkasında durmak ölüme yol açabilir.
  
• Temmuz 2017 tarihinde Karayipler'deki St. Maarten Adası’nda bulunan Prenses Juliana Havalimanı’nın birkaç metre yakınındaki plaj ile havaalanını ayıran çitlerde uçakları izleyen 57 yaşındaki turist bir kadın, jet motorunun gücüyle savruldu ve başını betona çarparak hayatını kaybetti.
  
• Boeing firması tarafından "mega-uçak" projesi adıyla tanıtılan “777-9x” tipi uçaklarda kullanılacak dünyanın en güçlü ve en büyük jet motoru, Nisan 2016 tarihinde Amerika’nın Ohio eyaletinde test edildi. Beş metre çapındaki motorun türbin panelleri 50 tonluk itme gücü üretiyor. Motorun gövdesi, 1315 derece ısıya dayanıklı özel bir seramikten üretilmiş.