Modern dünya taşıtlarının yegane güç kaynağı olan motorlar tarihsel gelişimi süresince çeşitlenerek günümüze gelmiştir. Bunların en bilindikleri şüphesiz içten yanmalı motorlardır. Dört zamanlı pistonlu motorlar kara taşıtlarında, jet motorları ise hava taşıtlarında içten yanmalı motor türleri arasında en büyük yeri tutanlardır. Peki, bu ikisi arasındaki benzerlikler ve farklılıklar nelerdir?
Pratt & Whitney F100 Turbofan Motoru
İçten Yanmalı Motor Nedir?
İçten yanmalı motor enerjiyi açığa çıkaran kimyasal reaksiyonun, yani yakıtın hava ile yakılması olayının motorun içindeki yanma odasında gerçekleştiği motor tipidir. Bugün otomobillerde, gemilerin birçoğunda ve hava taşıtlarında bu tip motorlar kullanılır. Çalışma prensibini kısaca şu şekilde açıklayabiliriz; yakıt ve hava karışımı yanma odasına dolar ve burada sıkıştırılır. Sıkışmış ve potansiyel enerjisi artmış olan bu karışım ateşlenir ve yanma adı verilen bir çeşit patlama meydana gelir. Bu patlama ile açığa çıkan enerji bir itme meydana getirir. Bu itme pistonlu motorlarda aktarma organları (krank biyel mekanizması, şaft vb.) aracılığı ile ilgili yere (tekerlek, pervane vb.) aktarılır. Jet motorlarında ise açığa çıkan enerji ile hava hızlandırılarak motorun lülesinde dışarı atılır ve bu sayede itki elde edilir. Dört zamanlı pistonlu motorlar (Otto, Wankel, Diesel) ve jet motorları günümüzde yaygın olarak kullanılan içten yanmalı motor tipleridir.
Dört Zamanlı Pistonlu Motor Nedir?
Bugün en çok bilinen benzinli ve dizel motorlar dört zamanlı motorlar olarak adlandırılan içten yanmalı pistonlu motorlardır. Buradaki dört zaman ifadesi emme, sıkıştırma, yanma ve egzozu ifade eder. Bu kavramlara kısaca bakacak olursak; emme pistonun birinci fazını ifade eder. Bu fazda piston silindirin en yukarısından (sıfır noktası) aşağıya doğru inerken, oluşan vakum etkisiyle emme kanalındaki sübapın açılmasını ve yakıt-hava karışımının silindire dolmasını sağlar. Ardından sıkıştırma fazı başlar. Silindire dolmuş olan karışım pistonun yukarı hareketi ile sıkıştırılır ve potansiyel enerjisi arttırılır. Yanma fazı tam da sıkıştırmanın en yüksek olduğu anda bujinin ateşlemesi sonucunda gerçekleşir. Ateşleme sonucunda yanma gerçekleşir ve açığa çıkan enerji pistonu aşağıya iter. Motorun güç ürettiği faz tam da burasıdır. Son faz olan egzoz ise pistonun tekrar ilk bulunduğu sıfır noktasına çıkarken yanma sonucunda açığa çıkan gazları dışarı atması ile gerçekleşir. Bu dört faz tekrar ederek motoru çalıştırır.
Dört Zamanlı Motorların Zamanları
Jet Motoru Nedir?
Jet motorları ya da diğer adıyla tepkili motorların çalışma prensibi İngiliz fizikçi Newton’ın “Hareket Miktarı Teoremi” ile jet (fışkırma) tepkisinin fiziki olarak açıklaması sayesinde teorik olarak temellendirilebilir. Bu motorların çalışması Newton’ın 3. Yasasına dayanır; “Her kuvvete karşılık, her zaman eşit ve ters bir tepki kuvveti vardır“. Jet motorları kabaca hava girişi, kompresör, yanma odası, türbin ve lüle(nozzle-ağızlık) bölümlerinden oluşur. Hava girişinden giren soğuk ve düşük basınçlı hava kompresör aracılığı ile sıkıştırılarak yanma odasına iletilir. Yanma odasında püskürtülen yakıt ile hava yakılarak, yüksek basınçlı ve sıcak hava akışı elde edilir. Bu hava akışı türbinlerden geçerek egzoz borusuna ve oradan da motorun lüle(nozzle-ağızlık) kısmına doğru akar ve yüksek hızla motoru terk eder. Newton’un 3. Yasası uyarınca bu yüksek hızlı terk ediş, kendisine eşit büyüklükte bir jet (tepki) kuvveti ile hava akışının ters yönüne doğru bir itki oluşturur. Aynı zamanda yanma odasından yüksek hızla lüleye doğru akan hava türbinleri de çevirir ve bu sayede türbinler ile aynı şafta bağlı olan kompresörleri de çevirir. Bu sayede motor çevrimi devam etmiş olur.
Jet Motorunun Bölümleri
Jet Motorları ve Dört Zamanlı Motor Karşılaştırması
İlk Hareket Sistemleri
Bütün motor tiplerinde çalışmak için gereken ilk enerjiyi sağlayan sistemler bulunur. Jet motorları ilk çalışma esnasında belli bir sıkıştırma gücünü ve basınçlı hava akımını kendi kendine sağlamadan önce bunu sağlaması için APU’yu (Auxiliary Power Unit/Yardımcı Güç Ünitesi) kullanır. APU bir çeşit küçük gaz türbinli motordur ve jet motorunun ilk hareketini sağlamak için gereken şartları sağlar.
Buna karşılık dört zamanlı pistonlu motorlarda marş motoru aynı görevi görür. Marş motoru çalıştığında bir dönme kuvveti oluşturur. Bu kuvvet krank miline bağlı olan volan dişlisi aracılığı ile iletilerek motorun ilk hareketini sağlar.
Kullanılan Yakıt
Yakıt olarak hepimizin bildiği üzere dizel motorlar motorini (mazot) benzinli motorlar ise benzini kullanır. Bunlara karşılık jet motorlarında halk arasında gazyağı olarak bilinen yakıtın daha gelişmiş ve süzülmüş hali olan Kerosen kullanılır. Bunun sebebi uçakların yüksek irtifalarda uçmasıdır. Yüksek irtifalardaki düşük sıcaklıklarda yakıtın akışkanlığını kaybetmemesi gerekir. Benzin ve motorin yakıtlarında bulunan parafin düşük sıcaklıklarda donar ve yakıtın akışkanlığını kaybetmesine neden olur. Bu açıdan jetlerde benzin ve motorin kullanılamaz, düşük sıcaklıklarda akışkanlığını kaybetmeyen, donma noktası yaklaşık olarak -47°C olan Kerosen kullanılır.
Bunun yanı sıra Kerosen’in parlama derecesi 40°C’dir. Benzine göre daha zor ateş alır fakat benzinden daha fazla ısı üretir. 40°C’nin altında herhangi bir ateş ile temasında yanmamasından dolayı kaza/kırım durumlarında yangına sebep olma olasılığı daha düşüktür ve güvenlidir.
Avantajları ve Dezavantajları
Dört zamanlı pistonlu motorların avantajları şu şekilde sıralanabilir;
►Jet motorlarıyla kıyaslandığında daha hızlı bir ilk harekete geçme ve yükleme imkânı verir
►Yeterli miktarda güç elde etmek için harcadıkları yakıt oldukça azdır. Diğer motor türlerine göre oldukça ekonomiktirler
►Tüm iş çevrimi bir tek bir blokta gerçekleştiği için daha kompakt bir yapıları vardır.
Tüm bu avantajların yanı sıra bu motorların bazı dezavantajları da vardır.
►Yapısal açıdan oldukça karmaşık makinelerdir. Dolayısıyla üretimleri zor ve maliyetlidir
►Gereken düzeyde verimli çalışmak için yüksek kaliteli yakıta ihtiyaç duyarlar
►Dalgalı bir yükleme karakteristikleri vardır, güç üretimleri karasız bir çizgi izler.
Jet motorlarının avantajları;
►Çok yüksek devirlerde çalışabilirler
►Gazların kinetik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürme kabiliyetleri yüksektir
►Yüksek miktarda güç üretebilirler
►Güç/Ağırlık oranları yüksektir
►Diğer motorlara göre daha sabit bir yükleme sağlarlar, kararlı güç üretirler.
Jet motorlarının dezavantajları;
►Rölantideyken çok yakıt harcarlar
►İlk harekete geçme ve yükleme hızları düşüktür
►Yüksek çalışma ısıları dolayısıyla Jet motorlarını tasarlama, üretmek ve üretim için gereken yüksek dayanımlı malzemeleri temin etmek zordur.
►Yeterli gücü elde etmek için gereken yakıt miktarı çok fazladır.
Kaynak:
►aerospaceengineeringblog.com
►yildiz.edu.tr
►wikipedia.org
►ltas-cm3.ulg.ac.be
Yazar: Ozan Yağcı/Proje Yöneticisi
Türkçe
English