
2.3 Podstawy silników lotniczych: Porównanie silnika tłokowego, turbośmigłowego i turbinowego (odrzutowego).
Silnik jest sercem każdego statku powietrznego, kluczowym elementem, który decyduje o jego możliwościach, zasięgu, prędkości i efektywności operacyjnej. Od momentu, gdy bracia Wright wznieśli się w powietrze na maszynie napędzanej prostym silnikiem tłokowym, technologia napędowa przeszła rewolucyjną ewolucję, prowadząc do powstania zaawansowanych turbin gazowych. Zrozumienie różnic w budowie, zasadzie działania i zastosowaniu poszczególnych typów silników jest absolutnie fundamentalne dla każdego, kto chce zgłębić tajniki lotnictwa.
W tej kompleksowej lekcji przeanalizujemy trzy główne filary lotniczych systemów napędowych: silnik tłokowy, silnik turbośmigłowy oraz silnik turbinowy (odrzutowy). Odkryjemy, jak każdy z nich generuje ciąg, jakie są ich historyczne korzenie i w jakich typach statków powietrznych znajdują swoje optymalne zastosowanie. Przygotuj się na dogłębne porównanie, które pozwoli Ci zrozumieć, dlaczego wybór odpowiedniego silnika jest zawsze kompromisem między mocą, wydajnością a prędkością.
Silnik tłokowy
Historia rozwoju
Początki lotnictwa to okres, w którym pionierzy podejmowali liczne, często komiczne próby oderwania się od ziemi. W XIX wieku inżynierowie i wynalazcy zmagali się z wyzwaniem stworzenia konstrukcji cięższej od powietrza, która mogłaby wznieść się w powietrze i pokonać jakąkolwiek odległość. Mimo ogromnego entuzjazmu, osiągnięcie tego celu okazało się niezwykle trudne.
Jednym z pierwszych wynalazców był John Stringfellow, który w 1848 roku skonstruował latający model z napędem parowym. Jego prace zapoczątkowały nową erę w modelarstwie lotniczym, jednak nie przyniosły jeszcze oczekiwanych rezultatów w kontekście lotów załogowych. Z kolei George Cayley, uznawany za ojca nowoczesnego lotnictwa, skupił się na budowie szybowca. W 1853 roku jego maszyna, znana jako „governable parachute”, wykonała pierwszy udany lot z pasażerem, który przeleciał 900 stóp nad doliną Brompton. To wydarzenie jest często uznawane za pierwszy lot człowieka w maszynie cięższej od powietrza.
Inny pionier, Jean-Marie Le Bris, poszedł o krok dalej, łącząc szybowiec z wyciągarką napędzaną koniem. Dzięki temu udało mu się wznieść swoją maszynę w powietrze, co czyni go jednym z pierwszych ludzi, którzy wykorzystali mechaniczne urządzenie do latania. Warto również wspomnieć o Félixie du Temple de la Croix, który w 1874 roku połączył koncepcję szybowca z ideą „parowozu” i uzyskał niewielką wysokość podczas startu z rampy.
Pod koniec XIX wieku Clément Ader próbował swoich sił w budowie napędzanych maszyn latających, jednak brak dokumentacji sprawia, że jego osiągnięcia pozostają niezweryfikowane. Prawdziwy przełom nastąpił wraz z pojawieniem się Otto Lilienthala, który skoncentrował się na konstrukcji aparatu latającego i technikach sterowania lotem. Jego badania i doświadczenia przyczyniły się do rozwoju szybowców i zainspirowały przyszłych pionierów lotnictwa.
W 1903 roku bracia Wright dokonali przełomu, budując maszynę zdolną do kontrolowanego lotu – Flyer. Była to jedna z pierwszych konstrukcji napędzanych silnikiem tłokowym. Wrightowie doszli do wniosku, że samolot napędzany parą będzie zbyt ciężki i zdecydowali się na czterotłokową jednstkę benzynową, co okazało się kluczowym krokiem w historii lotnictwa.
I Wojna Światowa
Na początku I wojny światowej większość samolotów była napędzana silnikami tłokowymi chłodzonymi powietrzem, które były proste, lekkie i niezawodne. Jednakże z czasem, w odpowiedzi na rosnące wymagania dotyczące prędkości i manewrowości, projektanci zaczęli eksperymentować z modelami chłodzonymi cieczą. Te drugie, mimo większej masy i złożoności, oferowały lepsze osiągi i mniejszy opór aerodynamiczny.
Kluczowe konstrukcje
Wśród najważniejszych modeli tego okresu wyróżniały się jednostki takie jak Le Rhône 9C, który był popularnym modelem gwiazdowym o mocy 110 KM. Był on stosowany w wielu francuskich myśliwcach i samolotach rozpoznawczych. Innym istotnym przykładem był Daimler D.II, który zyskał uznanie dzięki swojej mocy wynoszącej 160 KM oraz niezawodności.
W Niemczech rozwijano także Jumo 210, które stały się podstawą dla wielu maszyn, takich jak myśliwce Messerschmitt. Charakteryzowały się one nowoczesnymi rozwiązaniami technicznymi, takimi jak automatyczna kontrola ciśnienia doładowania oraz wtrysk paliwa, co znacząco poprawiło ich wydajność.
Zmiany w zastosowaniu
Podczas I wojny światowej samoloty zaczęły odgrywać coraz większą rolę na polu bitwy. Początkowo wykorzystywane głównie do rozpoznania, z czasem stały się ważnym elementem działań ofensywnych i defensywnych.
Najpopularniejsze konstrukcje podczas II Wojny Światowej
W czasie II Wojny Światowej rozwój i zastosowanie napędów lotniczych osiągnęły szczyt. W tym okresie powstały liczne konstrukcje, które stały się fundamentem dla wielu znanych samolotów bojowych.
Silniki gwiazdowe
Charakteryzują się cylindrami rozmieszczonymi w okręgu wokół wału korbowego i były jednymi z najczęściej stosowanych jednostek napędowych. Wśród nich wyróżniał się Pratt & Whitney R-2800 Double Wasp, który miał 18 cylindrów w układzie podwójnej gwiazdy i mocy wynoszącej około 2000 KM. Był on używany w wielu amerykańskich samolotach, takich jak F4U Corsair oraz P-47 Thunderbolt.
Innym znaczącym modelem był Bristol Centaurus, który miał 18 cylindrów i był stosowany w brytyjskich maszynach, takich jak Avro Shackleton.
W układzie rzędowym
One również odegrały istotną rolę w lotnictwie II wojny światowej. Najbardziej znanym z nich był Rolls-Royce Merlin, 12-cylindrowy w układzie V, który dostarczał moc do 1 600 KM. Merlin napędzał wiele znanych brytyjskich myśliwców, takich jak Supermarine Spitfire i Hawker Hurricane. Jego rozwój przyczynił się do znacznego wzrostu osiągów tych maszyn.
Kolejnym przykładem był Junkers Jumo 213, który był używany w niemieckich myśliwcach, takich jak Fw 190. Miał on moc dochodzącą do 1 750 KM i był jednym z najpotężniejszych jednostek napędowych stosowanych przez Luftwaffe.

Airwolfhound from Hertfordshire, UK, CC BY-SA 2.0
Silniki przeciwsobne i bokser
Przykładem tego typu konstrukcji jest Continental A-40, który był popularny wśród lekkich samolotów treningowych i sportowych. Charakteryzowały się niskim profilem oraz dobrą równowagą, co przekładało się na mniejsze drgania podczas pracy.

Stahlkocher, CC BY-SA 3.0
Innowacje technologiczne
W czasie wojny pojawiły się także innowacje technologiczne, takie jak wtrysk paliwa, który zwiększył efektywność maszyn. Przykładem może być Junkers Jumo 213, który jako pierwszy zastosował automatyczną kontrolę ciśnienia doładowania oraz system wtrysku paliwa. Dzięki tym rozwiązaniom możliwe było uzyskanie lepszych osiągów na dużych wysokościach.
Zasady działania
Silnik rzędowy
W tym typie napędu lotniczego cylindry ustawione są w rzędzie, choć występują również w układzie widlastym (V).

JAW at English Wikipedia, CC BY-SA 3.0
Działa on na zasadzie czterosuwowego cyklu pracy, który obejmuje:

MichaelFrey, CC BY-SA 3.0
Jednostki napędowe mogą być wyposażone w różne systemy zasilania:
Silnik gwiazdowy
W tej konstrukcji cylindry są rozmieszczone promieniście wokół centralnego wału korbowego. Napędy tego typu zyskały szczególne uznanie w lotnictwie, zwłaszcza podczas II wojny światowej, dzięki swojej prostocie, niezawodności i dużej mocy.
Zazwyczaj są chłodzone są powietrzem, co eliminuje potrzebę skomplikowanego układu chłodzenia cieczą. Dzięki temu ich masa jest mniejsza, a konstrukcja prostsza.
Stosuje się nieparzystą liczbę cylindrów, co pozwala na równomierne rozłożenie zapłonów i minimalizację drgań. Najczęściej spotykane są układy 5-, 7- lub 9-cylindrowe, a w bardziej zaawansowanych konstrukcjach można znaleźć podwójne lub poczwórne gwiazdy (chodzi o zwiększenie mocy).

Duk, CC BY-SA 3.0
Tabelę można przewijać w poziomie.
| Gwiazdowy | Rzędowy | |
|---|---|---|
| Układ cylindrów | Cylindry są umieszczone promieniście wokół wału korbowego, co zapewnia zwartą konstrukcję i efektywne chłodzenie. | Cylindry są ułożone w linii prostej (rzędzie), co skutkuje dłuższą konstrukcją i większą liczbą elementów osprzętu. |
| Chłodzenie | Chłodzony powietrzem, co upraszcza konstrukcję i zmniejsza masę. | Zazwyczaj chłodzony cieczą, co zwiększa złożoność systemu i masę. |
| Moc i wydajność | Oferuje lepszy stosunek mocy do masy oraz większą moc przy niższej masie jednostkowej. | Może mieć wyższą kulturę pracy, ale często wymaga większej liczby elementów do osiągnięcia podobnych parametrów mocy. |

Juskevich, CC BY-SA 4.0
Zalety
- Niezawodność: są odporne na uszkodzenia; nawet uszkodzenie jednego cylindra nie wpływa znacząco na działanie całości.
- Prostota konstrukcji: mniejsza liczba elementów osprzętu sprawia, że są łatwiejsze w produkcji i konserwacji.
- Wysoka moc: napędy te mogą generować dużą moc przy stosunkowo niskiej wadze.
- Dobre chłodzenie: efektywne chłodzenie powietrzem ogranicza ryzyko przegrzania.
Wady
- Duża średnica: utrudnia zabudowę w niektórych typach samolotów, zwłaszcza lekkich.
- Zwiększony opór powietrza: większa średnica może wpływać na aerodynamikę statku powietrznego.
- Niska moc na niskich obrotach: często generują niewiele mocy przy niskich obrotach.
- Ograniczenia w doładowaniu: trudności w instalacji systemów doładowania ze względu na specyfikę konstrukcji.
Silnik przeciwsobny (bokser)
W tym rozwiązaniu cylindry są umieszczone w taki sposób, że tłoki poruszają się w przeciwnych kierunkach, co pozwala na zminimalizowanie drgań i hałasu.
Budowa:
- Układ cylindrów: składa się z pary cylindrów, które są umieszczone po obu stronach wspólnego wału korbowego. Zazwyczaj boksery mają parzystą liczbę cylindrów, co pozwala na równoważenie sił działających na tłoki.
- Wał korbowy: jest centralnym elementem, do którego są przymocowane korbowody łączące tłoki z wałem. Ruch tłoków w przeciwnych kierunkach powoduje, że siły bezwładności równoważą się nawzajem.
- Cylindry: każdy cylinder ma swoją komorę spalania, gdzie zachodzi proces spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. W zależności od konstrukcji, cylindry mogą być chłodzone powietrzem lub cieczą.
- Układ zapłonowy: wykorzystuje świece zapłonowe, które inicjują proces spalania mieszanki w cylindrach.
Zasada działania
Jednostka napędowa tego typu działa na zasadzie cyklu czterosuwowego, który został opisany wyżej w artykule. Dzięki przeciwnemu ruchowi tłoków działające siły się równoważą, co prowadzi do mniejszych drgań i hałasu podczas pracy.
This file is licensed under the Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license.
Opisywane rozwiązanie znalazło zastosowanie w przypadku popularnej Cessny 172. Wczesne modele Cessny 172 były wyposażone w modele Continental O-300, które miały układ cylindrów w konfiguracji przeciwsobnej. Późniejsze samoloty, takie jak Cessna 172R i 172S, są zasilane wersją Lycoming IO-360, która również mają układ przeciwsobny.
Popularny Diesel
Napędy tego typu zyskują w lotnictwie na popularności, szczególnie w kontekście rosnących cen paliwa lotniczego oraz dążenia do zwiększenia efektywności ekonomicznej operacji lotniczych.
Zasada działania
Działają na zasadzie cyklu czterosuwowego, podobnie jak tradycyjne „benzyniaki”, jednak różnią się one sposobem zapłonu. Tutaj mieszanka powietrza i paliwa jest sprężana do bardzo wysokiego ciśnienia, co powoduje podgrzanie powietrza do temperatury zapłonu. Następnie paliwo jest wtryskiwane do komory spalania, gdzie zapala się wskutek wysokiej temperatury powietrza.
Wpływ cen paliwa na popularność Diesli
Wzrost cen paliwa lotniczego (AVGAS) oraz jego ograniczona dostępność w niektórych regionach sprawiają, że piloci i operatorzy samolotów poszukują alternatywnych źródeł napędu. Mechanizmy wysokoprężne oferują kilka korzyści:
- Niższe koszty eksploatacji: paliwo diesla jest zazwyczaj tańsze od AVGAS.
- Wyższa efektywność paliwowa: charakteryzują się lepszą sprawnością, co przekłada się na mniejsze zużycie paliwa.
- Mniejsze emisje: nowoczesne Diesle emitują mniej szkodliwych substancji niż tradycyjne benzynowe.
Kształt
Mogą przyjmować różne formy konstrukcyjne. W przypadku niektórych modeli mogą mieć układ bokserowy, co pozwala na obniżenie środka ciężkości i zmniejszenie drgań. Jednak nie wszystkie są budowane w tej konfiguracji; wiele z nich ma tradycyjny układ rzędowy lub gwiazdowy.
Przykłady znanych modeli
- Thielert Centurion 2.0: tłokowy czterocylindrowy o mocy 135 KM, stosowany w wielu lekkich samolotach.
- SMA SR305-230: wysokoprężny o mocy 230 KM, przeznaczony do samolotów general aviation.
- Continental CD-155: napęd tłokowy o mocy 155 KM, wykorzystywany w różnych modelach samolotów lekkich.
- Austro Engine AE300: również tłokowy o mocy 170 KM, stosowany w samolotach takich jak Diamond DA42.
Silniki lotnicze w układach H, W i X
Wśród nowoczesnych układów konstrukcyjnych wyróżniają się wersje H, W oraz X, a każdy z nich ma swoje unikalne cechy, zalety i wady.
1. Układ H
Charakteryzuje się cylindrami ułożonymi w kształcie litery „H”. W tym układzie dwa rzędy cylindrów są umieszczone naprzeciwko siebie, co pozwala na uzyskanie kompaktowej konstrukcji. Jednostki te zazwyczaj mają od 6 do 12 cylindrów, co umożliwia osiągnięcie dużej mocy przy jednoczesnym zmniejszeniu masy.
Napędy w układzie H były stosowane głównie w samolotach wojskowych i eksperymentalnych. Niemcy oraz Brytyjczycy eksperymentowali z tym rozwiązaniem, jednak nie zdobyło ono szerokiego uznania. Brytyjczycy zdecydowali się nawet na masową produkcję, ale ich skomplikowana konstrukcja okazała się problematyczna w warunkach polowych.
Zalety
- Kompaktowość i niski środek ciężkości.
- Wysoka moc przy niskiej masie.
- Zredukowane drgania dzięki równomiernemu rozkładowi cylindrów.
Wady
- Skomplikowana konstrukcja utrudniająca serwisowanie.
- Problemy z niezawodnością w trudnych warunkach eksploatacyjnych.

Zala, CC BY-SA 4.0
2.Układ W
To bardziej złożona konstrukcja, w której cylindry są rozmieszczone w trzech rzędach pod różnymi kątami. Mogą mieć różną liczbę cylindrów (zazwyczaj od 12 do 18), a ich geometria pozwala na osiągnięcie interesujących właściwości aerodynamicznych.
Pierwsze jednostki napędowe w układzie W pojawiły się na początku XX wieku, a jednym z nich był W3, który napędzał samolot biorący udział w przelocie przez Kanał La Manche. Mimo interesujących właściwości, „W” nie zdobył popularności i był stosowany głównie w prototypowych projektach.
Zalety
- Unikalne właściwości aerodynamiczne.
- Możliwość uzyskania dużej mocy przy stosunkowo niewielkiej masie.
Wady
- Złożoność konstrukcji prowadząca do problemów z serwisowaniem.
- Ograniczone zastosowanie ze względu na trudności produkcyjne i wysokie koszty.
3.Układ X
To nietypowa konstrukcja, która powstała poprzez połączenie dwóch jednostek widlastych (V) z wspólnym wałem. Dzięki rozmieszczeniu cylindrów w kształt litery „X”, możliwe stało się uzyskanie dużej mocy przy zachowaniu kompaktowych wymiarów.
Opisywane rozwiązanie zostało wykorzystane w bombowcu Avro Manchester, który okazał się jednak zawodną konstrukcją, dlatego Brytyjczycy wymienili model Rolls-Royce Vulture na bardziej niezawodne widlaste V12 Rolls-Royce Merlin.
Zalety
- Kompaktowa konstrukcja umożliwiająca oszczędność miejsca.
- Duża moc przy stosunkowo niewielkiej wadze.
- Zredukowane drgania dzięki równomiernemu rozkładowi cylindrów.
Wady
- Skomplikowana budowa utrudniająca serwisowanie.
- Problemy z niezawodnością.

MichaelFrey, CC BY-SA 3.0
Silnik turbośmigłowy
Trochę historii
Już na początku XX wieku inżynierowie zaczęli badać możliwości wykorzystania turbin gazowych w samolotach. Lata 20. i 30. XX wieku przyniosły przełomowe rozwiązania, które znacząco wpłynęły na rozwój lotnictwa.
Zasada działania
Silnik turbośmigłowy działa na zasadzie wykorzystania energii spalin do napędzania śmigła. Jego działanie można podzielić na kilka etapów:
- Sprężanie powietrza
Powietrze zasysane do silnika jest sprężane przez sprężarkę osiową lub promieniową. - Spalanie
Sprężone powietrze miesza się z paliwem w komorze spalania. W wyniku zapłonu powstają gorące gazy, które gwałtownie się rozszerzają. - Napędzanie turbin
Gorące gazy przechodzą przez turbinę, która przekształca ich energię w ruch obrotowy. - Przekazywanie mocy na śmigło
Turbina napędza wał połączony ze śmigłem, które generuje ciąg niezbędny do lotu.
Budowa
Silnik turbośmigłowy składa się z kilku kluczowych elementów:
- Sprężarka – spręża powietrze przed jego wprowadzeniem do komory spalania.
- Komora spalania – miejsce, w którym paliwo miesza się z powietrzem.
- Turbina – przekształca energię gazów na ruch obrotowy.
- Śmigło – generuje ciąg dzięki energii dostarczanej przez turbinę.
Original: Emoscopes Vector: M0tty, CC BY 2.5
Rodzaje połączeń napędu
Silniki turbośmigłowe wykorzystują dwa podstawowe typy mechanizmów przekazywania mocy z turbiny na śmigło: wolną turbinę i przekładnię mechaniczną. Oba rozwiązania różnią się konstrukcją, zasadą działania oraz zastosowaniem, co ma kluczowe znaczenie dla charakterystyki pracy silnika i jego wydajności.
Wolna turbina
Wolna turbina to rozwiązanie, w którym śmigło napędzane jest przez oddzielną turbinę, niezależną od sprężarki.
- Zasada działania
W silnikach z wolną turbiną spaliny opuszczające sekcję turbiny sprężarki przepływają przez dodatkowy stopień turbiny – tzw. turbinę wolną. Turbina ta napędza wał, który jest połączony bezpośrednio z piastą śmigła. Kluczowym elementem tego układu jest brak fizycznego połączenia między wałem turbiny sprężarki a wałem śmigła – umożliwia to niezależną regulację prędkości obrotowej śmigła w stosunku do pracy sprężarki. - Zalety wolnej turbiny
- Lepsza kontrola prędkości obrotowej śmigła: Pozwala na bardziej precyzyjne dostosowanie prędkości obrotowej śmigła do warunków lotu i obciążenia.
- Mniejszy wpływ na sprężarkę: Obciążenie śmigła nie wpływa bezpośrednio na prędkość pracy sprężarki, co poprawia stabilność pracy silnika.
- Cicha praca: Brak przekładni redukującej prędkość zmniejsza poziom hałasu.
- Przykłady zastosowania
Silniki z wolną turbiną są często stosowane w mniejszych samolotach turbośmigłowych, takich jak Beechcraft King Air czy Pilatus PC-12, gdzie kluczowa jest efektywność i elastyczność pracy w różnych warunkach lotu.
Przekładnia mechaniczna
W silnikach z przekładnią mechaniczną moc z turbiny przenoszona jest na śmigło za pośrednictwem przekładni redukcyjnej.
- Zasada działania
W tym układzie turbina napędza wał, który z kolei jest połączony z przekładnią redukcyjną. Zadaniem przekładni jest obniżenie prędkości obrotowej wału turbiny do wartości odpowiedniej dla śmigła. Przekładnia zapewnia, że śmigło, które pracuje optymalnie przy niskich obrotach (zwykle kilka tysięcy obrotów na minutę), może być zasilane przez turbinę pracującą przy znacznie wyższych prędkościach (rzędu kilkunastu tysięcy obrotów na minutę). - Zalety przekładni mechanicznej
- Optymalne wykorzystanie mocy turbiny: Pozwala na przeniesienie wysokiej mocy turbiny bez przeciążania śmigła.
- Prostsza konstrukcja turbiny: Brak dodatkowego stopnia wolnej turbiny sprawia, że silnik może być bardziej kompaktowy.
- Wady przekładni mechanicznej
- Hałas i drgania: Przekładnia mechaniczna może generować hałas i wibracje, które wymagają dodatkowego tłumienia.
- Skłonność do zużycia: Elementy przekładni są narażone na zużycie, co wymaga regularnej konserwacji.
- Przykłady zastosowania
Silniki z przekładnią są powszechnie używane w większych samolotach turbośmigłowych, takich jak Lockheed C-130 Hercules (wyposażony w silnik Allison T56), gdzie wymagana jest wysoka moc i trwałość przy długotrwałych operacjach.
Porównanie
Tabelę można przewijać w poziomie.
| Cecha | Wolna turbina | Przekładnia mechaniczna |
|---|---|---|
| Kompleksowość konstrukcji | Prostsza | Bardziej skomplikowana |
| Efektywność pracy | Bardziej elastyczna w różnych warunkach | Lepsza przy dużej mocy |
| Hałas | Niższy | Wyższy |
| Zużycie mechaniczne | Mniejsze | Większe |
| Zastosowanie | Mniejsze samoloty | Większe samoloty i transportowe |
Jaka jest różnica między silnikiem turbośmigłowym a śmigłowym?
Ten pierwszy jest bardziej wydajny na dużych wysokościach i przy większych prędkościach niż silnik tłokowy. Oto kluczowe różnice:
- Moc i wydajność
Silniki turbośmigłowe są lżejsze i generują większą moc w stosunku do masy niż silniki tłokowe. - Prostota konstrukcji
Brak wielu ruchomych części, takich jak tłoki czy zawory, czyni je bardziej niezawodnymi. - Ograniczenia silnika tłokowego
Silniki tłokowe mają ograniczoną wydajność przy dużych prędkościach i wysokościach, co czyni je mniej efektywnymi w lotnictwie pasażerskim.
Jaka jest różnica między silnikiem turboodrzutowym a silnikiem turbośmigłowym?
Silnik turboodrzutowy generuje ciąg bezpośrednio z gazów wylotowych, podczas gdy ten drugi przekazuje większość energii na śmigło i jest bardziej efektywny przy prędkościach poddźwiękowych na mniejszych wysokościach, natomiast turboodrzutowy sprawdza się lepiej w lotach z dużą prędkością.
NK-12 – mocarz
Najmocniejszym silnikiem tego typu jest rosyjski NK-12, używany w bombowcach Tu-95. Generuje on moc rzędu 15 000 KM. Nie ma równych w swojej klasie.
Silnik turbośmigłowy, dzięki swojej wydajności i wszechstronności, pozostaje niezastąpionym rozwiązaniem w lotnictwie, szczególnie w samolotach pasażerskich i wojskowych.
Silnik odrzutowy
Silnik odrzutowy to jednostka napędowa, która generuje siłę ciągu, wyrzucając z ogromną prędkością gorące gazy. Działa na zasadzie III zasady dynamiki Newtona: „każda akcja wywołuje reakcję o tej samej wielkości, lecz przeciwnie skierowaną„. Oznacza to, że wyrzucając gazy w jednym kierunku, wytwarza siłę, która przesuwa samolot w przeciwną stronę.
W tym momencie warto wspomnieć o eksperymencie Konstantina Ciołkowskiego, jednego z pionierów teorii lotów kosmicznych i rakietowych.
Wyobraź sobie, że ktoś znajduje się na łódce na spokojnej wodzie. Osoba ta ma worek pełen kamieni. Ciołkowski opisał, że jeśli zacznie wyrzucać kamienie w jednym kierunku, to łódka zacznie się poruszać w przeciwnym kierunku.
Kluczowe elementy tego eksperymentu:
- Wyrzucanie kamieni symbolizuje działanie, czyli siłę skierowaną w jedną stronę.
- Ruch łódki w przeciwną stronę to reakcja, czyli wynik zgodny z trzecią zasadą dynamiki Newtona: „Każda akcja wywołuje równą i przeciwną reakcję”.
Podobnie jest w naszym przypadku: gazy wyrzucane z dyszy napędu stanowią siłę akcji, a samolot porusza się w przeciwną stronę (reakcja).
Budowa
Chociaż istnieje wiele różnych typów napędów, większość z nich opiera się na podobnej zasadzie działania i składa się z tych samych podstawowych elementów:

Jet_engine.svg: Jeff Dahlderivative work: TGCP, CC BY-SA 3.0
Rodzaje
Krótka historia
Historia napędów odrzutowych jest dość świeża, bo zaczyna się na początku XX wieku. Przełomowym momentem było opracowanie pierwszych egzemplarzy przez Franka Whittle’a w Wielkiej Brytanii oraz Hansa von Ohaina w Niemczech. Obaj pracowali nad nowym rodzajem napędu, który mógłby zrewolucjonizować lotnictwo.
Pierwszy lot samolotu z tego typu napędem odbył się w 1939 roku w Niemczech, gdzie Messerschmitt Me 262 stał się pierwszym operacyjnym myśliwcem odrzutowym. Natomiast pierwszym brytyjskim samolotem odrzutowym był Gloster E.28/39, który wzbił się w powietrze w 1941 roku.
Po II wojnie światowej technologia rozwijała się w zawrotnym tempie. Dzięki nim samoloty mogły osiągać coraz większe prędkości i latać na większych wysokościach.
We współczesnych samolotach pasażerskich, takich jak Boeing 787 Dreamliner czy Airbus A350, stosuje się nowoczesne silniki turbowentylatorowe, które są wydajniejsze, cichsze i bardziej ekologiczne niż starsze typy. Największe samoloty pasażerskie wykorzystują ogromne jednostki, takie jak Rolls-Royce Trent 1000 (stosowany w Dreamlinerach) czy General Electric GE9X (stosowany w Boeingu 777X).
Przykładem potężnego napędu wykorzystywanego w cywilnych gigantach jest General Electric GE9X. Jest to największy turbofan na świecie, stosowany w Boeingu 777X, o średnicy wentylatora niemal dorównującej szerokości kadłuba Boeinga 737!

Chihaya Sta, CC0, via Wikimedia Commons
Nowoczesne turbofany są po prostu oszczędniejsze (mogą pokonywać większe odległości bez konieczności tankowania), cichsze oraz stosunkowo mocne przy niewielkich wymiarach.
Samoloty wojskowe
Samoloty wojskowe korzystają z bardziej zaawansowanych wersji silników, które pozwalają osiągać niesamowite prędkości i wykonywać skomplikowane manewry. Myśliwce, takie jak F-22 Raptor czy Eurofighter Typhoon wykorzystują napędy turboodrzutowe z dopalaczami, które mogą generować ogromną moc w bardzo krótkim czasie.
Dopalacze to dodatkowe urządzenia, które wstrzykują paliwo bezpośrednio do strumienia gorących gazów za turbiną, co natychmiast zwiększa ciąg. Chociaż dopalacze są niezwykle efektywne, zużywają ogromne ilości paliwa, dlatego stosuje się je tylko w sytuacjach wymagających nagłego przyspieszenia – np. w trakcie walki powietrznej.
Przykładem nowoczesnego silnika wojskowego jest Pratt & Whitney F119, używany w myśliwcach F-22.
W samolotach wojskowych dużą wagę przywiązuje się do zdolności manewrowania, prędkości maksymalnej oraz przyspieszenia. Dlatego często stosowane są tu rozwiązania, które cechują się niesamowitą wydajnością i szybkim dostarczaniem mocy.

http://www.dodmedia.osd.mil, Copyrighted free use, via Wikimedia Commons
A jak to wygląda w przypadku samolotów transportowych?
Oprócz myśliwców, wojsko korzysta także z dużych transportowych samolotów, takich jak C-17 Globemaster czy Lockheed C-5 Galaxy. W związky z tym, że te ogromne maszyny nie muszą mieć osiągów myśliwców, a bardziej istotna jest stabilność, siła nośna i efektywność paliwowa, podobnie jak cywilne samoloty pasażerskie, wykorzystują silniki turbowentylatorowe.

Należący do Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych testowy Boeing C-17 Globemaster III T-1 przelatujący nad doliną Owens w Kalifornii w drodze do bazy Edwards po trwającej 208 dni modernizacji w San Antonio, w Teksasie. T-1 jest pierwszym należącym do USAF egzemplarzem C-17 zbudowanym do przeprowadzania testów rozwojowych.
U.S. Air Force, Public domain, via Wikimedia Commons
Jaka będzie przyszłość?
Współczesne badania koncentrują się głównie na dwóch aspektach: ekologii i efektywności energetycznej. Silniki przyszłości będą musiały emitować mniej spalin i zużywać mniej paliwa, aby sprostać wymaganiom środowiskowym.
Jednym z kierunków rozwoju są napędy hybrydowe oraz elektryczne, które mogą w przyszłości zastąpić klasyczne jednostki odrzutowe.



























