Silnik odrzutowy – budowa, działanie i historia

Jego wynalezienie przyczyniło się do ogromnego rozwoju przemysłu lotniczego, umożliwiając budowę szybszych i bardziej wydajnych samolotów.

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:

1. Wyrzucanie kamieni symbolizuje działanie, czyli siłę skierowaną w jedną stronę.
2. 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).

Chociaż istnieje wiele różnych typów napędów, większość z nich opiera się na podobnej zasadzie działania i składa się z tych samych podstawowych elementów:

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!

Nowoczesne turbofany są po prostu oszczędniejsze (mogą pokonywać większe odległości bez konieczności tankowania), cichsze oraz stosunkowo mocne przy niewielkich wymiarach.

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.

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.

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.