Ansvarsbegränsning: Jag kan ha spenderat flera timmar på Wikipedia vid en punkt som försöker svara på den här frågan för mig själv!
Jetmotorer använder Brayton-cykeln, som är en "isobarisk" process under förbränning, vilket betyder att den håller trycket konstant under den fasen. Detta står i kontrast till Otto-cykeln hos en typisk fyrtakts kolvmotor, som är "isokorisk" vid förbränning, vilket innebär att den håller volymen konstant under den fasen.
Brayton-cykeln består av 3 delar, av vilka förbränning sker i mitten
Så hur fungerar det här "konstanta trycket" saken? Behandla förbränningskammaren som en sorts låda en stund. Oavsett om det finns förbränning eller inte, kommer det att bli generellt konstant tryck inuti lådan. Luft pressas in i den av kompressorn, med viss hastighet och tryck. Om turbinen i kammarens ände kan "skrapa bort" luften med tillräckligt hög hastighet, kan det hålla trycket i kammarens bortre ände lika med den främre änden.
Så hur håller den här "konstanttryck" saken faktiskt flamfronten framåt framåt? Tricket är att flamfronten är försöker gå framåt, men luftens hastighet genom kammaren matchar flamans framsida och håller den konstant i kammaren. Detta är en dynamisk process, så vi behöver lite dynamik. De viktigaste detaljerna är att turbinen och kompressorn är på en axel, så vad händer med att den påverkar den andra.
Tänk på tre fall som jämför luftflödeshastigheten till bränslet:
-
För långsamt för förbränningshastighet - detta händer om du ökar gasreglaget eller vid start av motorn.
- Förbränningen börjar vinna och förflyttar flamfronten mot kompressorn, precis som du skulle tro det skulle.
- Nu kommer dynamiken in. När flamfronten går framåt ökar trycket vid kompressorns utlopp, vilket sänker luftens hastighet genom kompressorn.
- Detta betyder att kompressorn inte behöver trycka så stor av en volym luft, så belastningen minskar.
- (Kompressorn måste trycka volymen till ett högre tryck, men det är trivialt att se att denna effekt överskuggas av den minskade volymen av luft genom att överväga kanten på en mycket svag kompressor som tydligt ryggar upp om du trycker på den från andra sidan.)
- Turbinen ser fortfarande samma tryck, men det är mindre belastat. Detta vrider turbinen upp, ökande luftflöde leder oss till ...
-
Trimmed engine - Det här är planen som normalt försöker fungera, och det är där du inte ser att flammor sprider sig framåt.
- I detta tillstånd är hastigheten för inkommande luft tillräcklig för att matcha flamfrontens utbredning framåt.
- Flamfronten fortsätter att försöka gå framåt, men luften skjuts framför den lika snabbt som den kan brinna.
-
För snabb för förbränningshastighet - detta händer om du sänker gasreglaget.
- Med mindre bränsle börjar flamfronten falla bakåt mot turbinen.
- Som i "alltför långsamt" fallet kommer dynamiken att spela. När flamfronten rör sig bakåt minskar detta också trycket på inloppet till förbränningskammaren och kompressorn.
- Turbinen ser nu mer last, snurra turbinen ner. Att sänka turbinen minskar luftflödet genom kompressorn, vilket ger oss tillbaka mot en trimmotor.
En takeaway från detta mönster är varför jetmotorer inte kan förändras snabbt. Om du snabbt tillsätter bränsle genom att strypa upp, chockar du motorn så att du inte får mycket extra kraft tills turbinen och kompressorn kan rotera för att utjämna motorn.