flymotor

Stempelmotorene var enerådende fra flygningens barndom til henimot slutten av andre verdenskrig da turbojetmotoren ble tatt i bruk i operative fly. Avhengig av sylinderplasseringen har det i mange år vært snakk om to hovedgrupper stempelmotorer: stjernemotorene og rekkemotorene.

På de enkle stjernemotorene var syv til ni sylindre fordelt over én sirkel, og effekter på vel 660 kilowatt, omkring 900 hestekrefter var tilgjengelig. En spesiell variant dukket opp i 1909 under navnet Gnome, konstruert av brødrene Louis og Laurent Seguin i Frankrike, der veivakselen var boltet fast i flyet og kransen med de sju sylindrene sammen med propellen roterte rundt den med et turtall på omkring 1200 omdreininger i minuttet. De første Gnome-motorene utviklet omkring 38 kilowatt, eller 50 hestekrefter. Den veide bare 75 kilogram, men brukte forholdsvis mye smøreolje som ble slynget ut i en fin dusj med motoren i gang. Gjennom videreutvikling av stjernemotoren, for eksempel montering av opptil fire sju-sylindrede stjerner etter hverandre, nådde man opp i effekter på omkring tre megawatt (4000 hestekrefter).

Rekkemotorene kunne ha fire, seks eller åtte sylindre i én eller flere stående, liggende eller hengende rekker. Motorer med sylinderrekkene i V-form, V-motorer, gav effekter på opptil en megawatt (1400 hestekrefter). Slike motorer var som regel kjølt av glykol eller tilsvarende væsker, mens de første rekkemotorene var vannavkjølte. Boksermotoren er en type rekkemotor med liggende, luftkjølte sylindre og effekter som regel i området 50 til 180 kilowatt (70 til 250 hestekrefter). Slike motorer fremstilles fremdeles for bruk i mindre fly.

Rene stempelmotorer har den svakhet at effekten synker relativt fort med økende høyde. For å motvirke dette brukes ofte en såkalt forkompressor («super-charger») for inntaksluften, slik at sylindrenes effektive middeltrykk stiger. Effekten blir derved nesten konstant opp til en høyde av 5000 til 5500 meter, der den ellers ville ha vært omtrent halvert. Den senere tids stempelmotorer er driftssikre med forholdsvis lavt vekt til ytelse-forhold, for eksempel 0,65 kilogram per kilowatt, og lavt spesifikt brenselforbruk, 0,29 til 0,36 kilogram per kilowattime.

Turbopropmotorene kan betraktes som gassturbiner brukt sammen med propeller. Virkemåten er i korthet at luft tas inn gjennom et forovervendt inntak, komprimeres i en kompressor og varmes kraftig opp i et brennkammer. Eksosgassene driver en turbin koblet til kompressor og propell; i gassturbiner med fri turbin benyttes to turbiner, der den ene driver kompressoren og den andre propellen, slik at kompressor og propell kan opereres uavhengig av hverandre med den best egnede virkningsgrad. Ikke all energi i eksosgassene tas ut ved turbinen(e). En del utnyttes også ved utstrømning som ren reaksjonskraft og gir 5 til 25 prosent i tillegg til propelldrivkraften. På grunn av propellen er bruken av turbopropmotorene begrenset til subsoniske hastigheter, der de kan være bedre egnet enn turbojetmotorene.

Sammenlignet med stempelmotorene er turbopropmotorene mer fordelaktige i bruk ved høyere hastigheter samtidig som de har et mindre frontalareal og er enklere å vedlikeholde. De har dessuten et lavere støynivå. Alt dette har gjort at turbopropmotorene har fortrengt stempelmotorene, unntatt i små fly. For øvrig har krav til stadig bedre brenseløkonomi ført til interesse for såkalte propfanmotorer som erstatning for turbojetmotorene på enkelte kommende passasjerfly.

Turbopropmotorer med effekter i området 0,2–6 megawatt (270–8160 hestekrefter) er tilgjengelig. Vekt til ytelse-forholdet kan ligge under 0,25 kilogram per kilowatt, mens det spesifikke brenselforbruket ligger på cirka 0,4 kilogram per kilowattime.

Turbopropmotorer med fri turbin hvor den frie turbinen driver noe annet enn en propell kalles turboshaftmotor eller turboakselmotor, og brukes mye i helikoptre hvor de driver rotoren til helikopteret.

Opphavsmannen til turbojetmotoren var briten Sir Frank Whittle, som takket være nye og varmemotstandsdyktige materialer klarte å bygge en motor som ble prøvekjørt på bakken i april 1937. Turbojetmotoren ble imidlertid videreutviklet for operativt bruk omtrent parallelt i England og Tyskland under andre verdenskrig.

Virkemåten minner om gassturbinens, bortsett fra at kun kompressoren drives av energi fra eksosgassene. Den overveiende del av energien omsettes til en reaksjonskraft; temperaturøkningen etter forbrenningen gir en trykkøkning og kraften som oppstår vil akselerere eksosgassene bakover. Det er reaksjonen av denne bakoverrettede kraften (ifølge Newtons tredje lov) som gir den foroverrettede skyvkraft. Ytelsen til en turbojetmotor gis således i newton (N) og ikke i watt (W).

Man skiller mellom turbojetmotorer med radialkompressor og aksialkompressor, hvorav sistnevnte nå er bortimot enerådende. Aksialkompressoren kan ha opptil 18 trinn, det vil si 18 hjul som med progressivt mindre og flere blader roterer mellom statiske segmenter. Enkelte motorer har en todelt kompressor, ofte omtalt som lavtrykks- og høytrykkskompressor, der man kan oppnå kompresjonsforhold på 30:1 eller høyere.

I de såkalte turbofanmotorene, som kom omkring 1969, presses luft også gjennom en slags kappe eller sirkulær passasje utenfor kompressoren. Denne luften går utenom forbrenningsprosessen, men har fått tilskuddsenergi på grunn av ett eller flere sett vifteblader. Den ledes ut av motoren sammen med de varme eksosgassene, og gir gjennom økt massegjennomstrømning større skyvkraft i visse hastighetsområder. Turbofanmotorer med en skyvkraft på 597 kilonewton var i produksjon 2020. Turbofanmotoren har i høy grad erstattet turbojetmotoren i sivil luftfart, og også i militære fly som jagerfly.

Større skyvkraft i turbojetmotorer kan også oppnås ved vanninnsprøytning og ved bruk av såkalt etterbrenner. Vanninnsprøytningen skjer direkte i forbrenningskammeret og vil øke massegjennomstrømningen. Etterbrenneren vil kunne øke skyvkraften 25 til 40 prosent (ved overlydshastighet opptil 100 prosent) ved innsprøytning av brensel i eksosgassene etter turbinen. Brenselforbruket med tent etterbrenner er imidlertid meget stort.

Turbojetmotorer kan gi bremseeffekt i et flys landingsfase ved en foroveravbøyning av eksosgassene. Turbojetmotorene, eller jetmotorene som de vanligvis kalles, har muliggjort flygning i supersonisk hastighet og i større høyder enn stempelmotorene.

En turbojetmotor med et ekstra turbinhjul som driver en slags propell med brede, viftelignende blader, av og til i to kontraroterende rader, omtales som propfanmotor.

Ramjetmotoren og pulsjetmotoren har hittil vært meget sjelden brukt i fly, men ramjetmotoren vurderes også i kombinasjon med turbojetmotoren, som mulig drivkilde for neste generasjon supersoniske passasjerfly. Rakettmotoren har vært benyttet i enkelte eksperimentfly som X-15, og var i bruk med den tyske avskjæringsjageren Messerschmitt Me 163 ved slutten av andre verdenskrig.