ΚΥΚΛΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ 

Εισαγωγή

 Ο αεροστρόβιλος είναι ένας θερμικός κινητήρας και χρησιμοποιεί σαν ρευστό λειτουργίας του τον αέρα. Για να επιτευχθεί η επιθυμητή ώση, πρέπει ο αέρας που διέρχεται από τον κινητήρα να επιταχύνεται. Έτσι ο αέρας συμπιέζεται, στη συνέχεια καίεται, οπότε παίρνει θερμική ενέργεια και τέλος μετατρέπει την ψηλή του ενέργεια σε κινητική για να δημιουργηθεί το ρεύμα καυσαερίων μεγάλης ταχύτητας.

Κύκλος λειτουργίας – Γενικά 

Ο κύκλος λειτουργίας του αεροστροβίλου μοιάζει με τον αντίστοιχο του εμβολοφόρου βενζινοκινητήρα. Εν τούτοις ενώ η καύση στον εμβολοφόρο βενζινοκινητήρα γίνεται σε σταθερό όγκο, στον αεροστρόβιλο γίνεται με σταθερή πίεση. Στον εμβολοφόρο οι τέσσερις φάσεις λειτουργίας (εισαγωγή, συμπίεση, καύση, εκτόνωση, εξαγωγή) γίνονται διαδοχικά, επειδή το έμβολο παίρνει μέρος σε όλες. Στον αεροστρόβιλο αντίθετα οι ίδιες φάσεις γίνονται σύγχρονα και συνέχεια από διαφορετικά τμήματά του η κάθε μία. Αυτή η συνέχεια της λειτουργίας και η απουσία παλινδρομικών μερών χαρίζουν στον αεροστρόβιλο ομαλότερη λειτουργία και του επιτρέπουν την απόδοση μεγαλύτερου ποσού ενέργειας από δεδομένο μέγεθος.

 Θεωρητικός κύκλος λειτουργίας

 Οι αεροστρόβιλοι λειτουργούν με βάση τον θερμοδυναμικό κύκλο του Μπράϊτον. Ο πλήρης κύκλος αποτελείται από τις παρακάτω μεταβολές:

1-2.     Αδιαβατική συμπίεση

2-3.     Καύση με σταθερή πίεση

3-4.     Αδιαβατική εκτόνωση

4-1.          Αποβολή θερμότητας με σταθερή πίεση 

Σχήμα 2-1: Θεωρητικό κύκλος Μπράιτον 

Για να γίνουν αυτές οι μεταβολές πρέπει ο κινητήρας να αποτελείται από τα εξής βασικά μέρη:

1.      Εισαγωγή

2.      Συμπιεστής

3.      Θάλαμος καύσης

4.      Στρόβιλος

5.      Ακροφύσιο εξαγωγής

Σχήμα 2-2: Σχηματική παράσταση κύριων μερών αεροστροβίλου 

Μέσω της εισαγωγής ο αέρας εισάγεται στον κινητήρα και αναρροφάτε από τον συμπιεστή, που με την κατάλληλη διαμόρφωση και περιστροφή του, τον συμπιέζει (1-2).

Ο συμπιεσμένος αέρας εισέρχεται στον θάλαμο (ή θαλάμους) καύσης, όπου γίνεται η έγχυση του καυσίμου και η ανάφλεξη του μίγματος, που προκύπτει. Η καύση γίνεται με σταθερή πίεση θεωρητικά (2-3).

Τα καυσαέρια εξέρχονται και προσκρούουν στα πτερύγια του στροβίλου, τον οποίο και αναγκάζουν να περιστραφεί. Η περιστροφή του στροβίλου αναγκάζει τον συμπιεστή να περιστρέφεται λόγω της σύνδεσής τους με άξονα. Με αυτόν τον τρόπο μέρος της ισχύος των καυσαερίων παραλαμβάνεται από τον στρόβιλο και διατίθεται για τη συμπίεση.Η υπόλοιπη εκτόνωση των καυσαερίων (5-4) γίνεται μέσα στο ακροφύσιο εξαγωγής, όπου πέφτει η πίεση και θερμοκρασία τους και ανεβαίνει η ταχύτητά τους.Η αποβολή της θερμότητας, που περιέχουν τα καυσαέρια, μετά την εκτόνωση, γίνεται στην ατμόσφαιρα. Γι’ αυτό τον λόγο το τμήμα 4-1 του κύκλου είναι με διακεκομμένη γραμμή. 

Πραγματικός κύκλος λειτουργίας 

Στη πραγματικότητα δεν είναι δυνατό, να ικανοποιούνται οι προϋποθέσεις λειτουργίας σύμφωνα με τον θεωρητικό κύκλο.

Έτσι:

1.      Η συμπίεση του αέρα στον συμπιεστή και η εκτόνωση των καυσαερίων στον στρόβιλο δεν μπορεί να γίνουν αδιαβατικά, λόγω τριβών και απωλειών θερμότητας.

2.      Κατά τη διάρκεια της καύσης η πίεση πέφτει λόγω της αντίστασης στην ροή.

3.      Ο αεροσυμπιεστής χρειάζεται για την περιστροφή του περισσότερη ενέργεια από πόση υπολογίζεται θεωρητικά.

4.      Τα διάφορα παρελκόμενα του κινητήρα απαιτούν ένα ποσό ενέργειας για την κίνησή τους, που πρέπει να το πάρουν από τον στρόβιλο (γεννήτριες, αντλίες κ.λ.π.).

Η ειδική θερμότητα C_p του αέρα είναι διαφορετική από την αντίστοιχη των καυσαερίων και διαφοροποιείται στις διάφορες θερμοκρασίες. Επίσης ο συντελεστής γ που υπεισέρχεται στους τύπους δεν παραμένει σταθερός στις μεταβολές θερμοκρασιών

Διάγραμμα πραγματικού κύκλου 

Λόγω των παραπάνω αποκλίσεων από το θεωρητικό διάγραμμα, δημιουργείται ένα νέο διάγραμμα λειτουργίας του αεροστρόβιλου. Η απόκλιση του πραγματικού από το θεωρητικό διάγραμμα εξαρτάται από την απόδοση των διαφόρων τμημάτων του αεροστρόβιλου.

 Σχήμα 2-3: Θεωρητικό και πραγματικό   Σχήμα 2-4: Πραγματικό διάγραμμα

                    Διάγραμμα T-S  σε άξονες πιέσεων-όγκων