Varför röker jetmotorer?

Rök i jetmotorer är vanligtvis från oförbränt eller partiellt bränt bränsle (eller genom vatteninjektion). Tidiga jetmotorer brukade skapa mycket rök på grund av dessa skäl (och på grund av bristande miljöföreskrifter).

KC135-motorersomskaparrökpågrundavvatteninjektionAvUSAFFotograf-USAF-bild,PublicDomain, Länk

Vatteninjektion, vid kylning av motorn, släcker flammorna i en utsträckning, vilket resulterar i oförbränt bränsle, vilket kommer ut som rök. Flygplan har dock flyttat sig från vatteninjektion, vilket minskar utsläppen.

En annan orsak till röken är ineffektiv förbränning - äldre jetmotorer (turbojets i första flygplan och låga bypass turbofans) var inte lika effektiva som motorer idag, vilket förblandar bränslet med luft och förångas före förbränning snarare än att använda droppförbränning - blandar i stort sett bränsle jämnt med luft. Krav på bränsleeffektivitet tillsammans med strängare föreskrifter innebär att motorer idag har mindre utsläpp jämfört till sina föregångare .

RökunderBoeing707startbildfrån nycaviation.com

I det här fallet resulterar det i att röken minskas genom att omforma flygplanet med mer effektiva. Exempelvis har USAF återaktiverat KC-135 s (från Pratt & Whitney J-57-P-59W turbojet till CFM International CFM56 turbofan ), som tillsammans med eliminering av vatteninjektion minskar röken.

PåtoppenärKC-135sfrånenövning1979;bildfrån network54.com . Nedan är KC-135Rs från Singapore Airforce; bild från reddit.com

Grunden för att jetmotorer inte brinner en förblandad bränsle / luftblandning.

Bränslet kan brinna i tre förhållanden: mager, stökiometrisk och rik; respektive: ett överskott av luft, exakt tillräcklig luft och ett överskott av bränsle. Helst skulle man alltid bränna i ett stökiometriskt förhållande; Intuitivt kan man känna att det betyder att du inte slösar bränsle när du uppvärmer ett överskott på luften, och du är inte kvar med något oförbränt bränsle. Så här fungerar en vanlig gnisttändningsmotor: Bränslet blandas i förgasaren, komprimerad och bränd. Gasspaken varierar hur mycket bränsle / luftblandning som kommer in i motorn, men blandningen kommer alltid att vara (nära) stökiometrisk.

En jetmotor har inte lyxen att blanda luft / bränsleblandningen före tändning. Spruta Jet-A i den komprimerade (heta!) Brinnsluften kommer att leda till tändning så fort den kommer i kontakt med syre, oavsett om du gillar det eller inte. Problemet är att det redan kommer att tända när lokala -blandningen fortfarande är rik . Detta leder oundvikligen till sotbildning, vilket är den rök du ser. Detta är speciellt prevalant vid hög effektinställningar (som vid start) - vid en given RPM är mängden luft som pumpas genom motorn konstant, och mängden kraft varieras genom att man sprutar mer eller mindre bränsle i motorn, varigenom skapar en mindre mager blandning vid hög effekt. Obs! Motorens varvtal kommer att reagera på effektinställningen i en jetmotor; emellertid kommer mängden luft generellt att minska mängden bränsle vid högre effektinställningar

Det finns några metoder för att mildra sotbildning, som alla bygger på att öka bränsleluftsblandningen före tändning. Många undersökningar görs på detta genom att förbättra brännare . Den länkade Wikipedia-artikeln har en mycket fin och grundlig förklaring till vad som exakt görs för detta, men i allmänhet (och extremt förenklat) kommer det att sprida bränslet så mycket som möjligt och introducera så mycket luft som möjligt (men kom ihåg det som går för lutning minskar effektiviteten), allt utan att dammar flammorna. Se bilden nedan för de komplexa arrangemangen som redan gjorts i combuster på en äldre kanylformad design.

Källa: wikimedia

Collin Krum har skrivit en ganska djup artikel i frågan för Jalopnik. Det är också värt att notera att inte alla motorer i den videoen är jetmotorer. Från artikeln:

Low bypass engines aren’t as efficient as high bypass engines, but water injection is the technology that is most responsible for the seemingly-eerie pictures of older airplanes riding black columns of smoke into the sky.

...

Because the engine core is cooled by the injected water, the combustion chambers aren’t able to burn all of the fuel and water mixture, so some particles of the fuel and water are vented out the engine, which materializes in the form of the characteristic black smoke.

Några av AGE / GSE jag arbetar med använder jetmotorer. Under uppstart och avstängning, förvänta dig säkert att temperaturen inte är maximal. Det kan vara en orsak till oförbränt bränsle. En annan orsak kan vara en gradvis uppbyggnad av bränsle beroende på intervallet för den pneumatiska termometerns förmåga att hjälpa till att släcka blötsluften.