1. ANASAYFA
  2. Jet Motorunun 77 Yıllık Evrimi: Teknoloji ve Strateji. Bölüm III
Jet Motorunun 77 Yıllık Evrimi: Teknoloji ve Strateji. Bölüm III

Jet Motorunun 77 Yıllık Evrimi: Teknoloji ve Strateji. Bölüm III

Yazı dizisinin ikinci bölümünde turboşaft motorlarının tanımı yapılmıştı. Turboşaft motorlarının helikopterleri güçlendirilmesi uygulaması ile savaş dinamiğinde değişmeyi izliyoruz. Bu makalede turboşaft motorlarının tanımına tamamlayıp jet motorlarının sivil havacılığa uygulanması ile gelişen dinamiğinin tartışması ve turbofan motorlarının devrimine yer vereceğiz. Turbofan motorlarının tarihsel evrimi yanında turbofan motorlarının çalişma prensibleri ve verimleri tartışılacaktır.

Bu noktada jet motorların turboprop ve turboşaft türleri arasındaki farklılığı özetleme fayda var: turboprop motoru itki kuvvetini küçük bir kısmını ekzoz lülesi üretir. Diğer bir ifade ile türbinden arta kalan “kullanabilir kinetik enerji” nin bir kısmını alçak basınç türbinde mekanik (tork) enerjini aktarır ve küçük bir kısmını da ekzoz lülesinde itki kuvvetine üretmekte kullanır. Tek şaft ilk nesil turboprop motorlarında redüksiyon dizli kutusu şafta eklendi ve türbinin ürettiği mekanik enerji kompresöre ilaveden redüksiyon dizli kutusunu bağlı olan pervaneyi de güçlendirmekte idi.  Pervanenin uç hızları ve dizli kutusu redüksiyon oranlarımdaki sınırlamalar devir hızı seçimine de sınırlama getirmesinden dolayı verimleri düşüktü. Pervaneye güçlendiren türbinini (alçak) nüve motordan ayıran mimari kompresör tasarımında hız seçimine bağımsızlık getirdiği için verimi yükseldi.  Bu yöndemde “alçak basınç türbin” i “özgür güç türbin” i olarak adlandırılır ve devir hızı uçuş profilinde sabit tutulur. Genellikle turboşaft tasarımında yüksek basınç şaftı (nüve motor) 35.000 devir/dakika (d/dk) (RPM) de, özgür güç türbini 20.000 d/dk ve pervanede 1.200 d/dk hızlarında tutulmadır. Tasarımcılar motor gücünü artırmak için 35.000 d/dk’dan yüksek hızları mümkün yapan ileri kompresör ve türbin teknolojileri geliştirmek zorunluğundadırlar.

 

Turboşaft motor mimarisi

 

İkinci Dünya Savaşı’ndan sonra ABD’ye yerleşen Dr. Franz Lycoming marka pistonlu uçak motorları üreticisi Avco Anonim şirketinin başkanını, jet motoru iş koluna girmeye ikna ederek firmanın Connecticut eyaletinin Stratford kasabasındaki tesislerinde turboşaft motor tasarıma başladı.  Amerikan uçak motor sanayisi ve pazarı üzerinde yaptığı çalışma sonucu, General Electric, Pratt&Whitney ve Allison’un büyük jet motor pazarını ele geçirdiklerini ve rekabet etmenin zor olacağını; fakat helikopterleri güçlendirecek 600-1000 şbg’deki motor pazarında boşluk olduğuna ikna oldu.

Helikopter pazarında potansiyel kullanıcı olarak ABD Kara Kuvvetlerini hedef alan Dr. Franz, motor bakımının savaş sahalarında tecrübesiz teknisyenler tarafından yapılacağını; kumlu ve tozlu doğa koşullarında operasyon ihtimalinin yüksek olduğunu düşünerek, bu koşullarda problemsiz çalışabilecek ve bakımı kolay bir motor tasarım yöntemi ile yola çıktı. Diğer bir ifade ile motor mimarisinde yapısal mukavemet, en önemli gereksinimdi. Bu felsefe ile geliştirilen Lycoming’in T53 olarak adlandırdığı turboşaft motor mimarisi kendisinde sonra gelen hemen her turboşaft tasarımı için temel teşkil etmiştir.

Lycoming T53-L-1 motorunun ilk uçuşunu gerçekleştiği Kaman HOK, 1 Ekim 1957

T53 motorunun kavramsal tasarımına 1951’de başlayan Lycoming, 1952 yılının ikinci yarısına kadar devam eden süreçte, iki farklı tasarım oluşturdu: 1) 2 kademeli radyal kompresör ve 2)  çok kademeli eksenel akışlı kompresörü radyal kompresörün takip ettiği konfigürasyon. 2 kademeli radyal kompresör basitti ve az parça içeriyordu; fakat aksesuar parçaları motorun etrafına yerleştirildiğinden, motorun çapının büyümesine sebep oldu. Eksenel kompresör seçimi ile motor çapının küçülmesi, aksesuarların motorun gövde hattı ile uyumlu entegrasyonu mümkün oldu. Bu yöntemin diğer artıları: eksenel kompresör tasarımı motor ağırlığını azalttığından, yakıt sarfiyatında iyileşme ve kompresörün basınç oranını arttırmak gerekliliğini sıfır kademe olarak adlandırdığımız kademenin ilavesi az bir mühendislik iş gücü ile mümkün olması idi.

Tek ve iki şaft motor mimarisi seçeneği de kavram geliştirme süresinde masaya getirildi. Tek şaftlı motor konfigürasyonunu, daha az sayıda rulman yatakları kullanması, basitliği ve uçuş esnasında güç talebine daha süratli cevap verme özelliklerinden dolayı, ABD Kara Kuvvetleri ve diğer jet motoru tasarımcılarının tercihi idi. Fakat Amerikan Kara ve Hava Kuvvetlerinin tasarım mühendisleri, alev sönmesi durumlarında, kompresörün yüksek eylemsizliğinin pervaneyi frenleyici etkisini ve aniden ters itki kuvveti ürettiğini tecrübelerle bulduktan sonra, tek şaftlı motor tercihleri olmaktan çıktı. Buna ilaveden çift motorlu helikopter uygulamalarında, bir motorun kaybında uçuş emniyetini tehlikeye soktuğu için, tek şaftlı motorlar tercih edilmemeye başlandı. Kompresör ve yakıt kontrol sistemlerinin tasarımındaki iyileşmelerle güç talebine cevabın tek şaftlıya tekabül ettiğinin araştırmalar sonucunda ispatlanması da iki şaftlı motorların tercih kararına katkıda bulundu. Lycoming, 1958 yılında, T53 motorunun askeri sertifikasyonunu alarak, 1959 yılında, Bell UH-1 Iroquois helikopter platformu için üretimine başladı.

Seri üretilen 1.100 shp ilk motor olan Lycoming T53-L-11’in güçlendirdiği Bell UH-1 Iroquois helikopteri.

(New England Air Museum’de, Connecticut, ABD)

T53 nüve motoru, 5 kademeli eksenel ve tek kademeli radyal kompresör, tek kademeli türbin ve etrafına sarılmış ters akışlı dairesel (halka şeklinde) yanma odasını içeriyordu. Eksenel kompresörün son kademelerinde, küçük boyutlu ve kolay kırılma ihtimali olan ince kanatçıklar yerine radyal kompresörün kullanılması, motorun ömrünü arttırması yönünden tercih edilmişti. Özgür türbin şaftının nüve motor şaftının içinden geçip dişli kutusuna bağlanarak torkun motorun önünden ak

tarılma vasfı, gelecekte,  nüve motorun, turboprop ve turbofan uygulamaları için de zemin teşkil etmesi açısında önemli idi. Diğer faydaları ise tasarımcıya nüve motorun ve özgür türbininin hızlarının en uygun değer (optimum) çalışma şartlarında seçebilmesine imkan vererek nüve motorun boyutlarını küçültmenin mümkün olması ve yüksek hızda çalıştırarak motor veriminin iyileşmesini sağlaması idi. Dr. Franz’ın mühendislik yeteneklerinin yanı sıra çok iyi bir teorisyen olması, Avco Lycoming’in, ileride geliştireceği motor ailesinde etkilerini gösterdi.

Günümüzde de üretimi devam eden T53 turboşaft motoru, helikopter için tasarlanan ve seri üretimi yapılan ilk jet motorudur(9).

Dr. Franz, orta güç sınıfında motor tasarımının, büyük motorlardan çok farklı bir yöntem gerektirdiğini anlamıştı. Büyük motorlar bir tek uygulama için tasarlanırken - diğer bir ifade ile yüksek hızdaki uçuşlar- küçük motorların, eğitim jet uçakları ve iş jetleri platformlarında; turboprop veya turbofan motorların helikopter ve deniz araçlarını güçlendirmekte; turboşaft motorların da elektik üreten seyyar jeneratörlerde uygulama alanları bulabileceğine inanmıştı. Ortak nüve (common core) olarak adlandırılan Dr. Franz’ın tasarım felsefesinde, nüve motorun çıkışında gazın kinetik enerjisini; jet itki kuvvetini üretmekte veya turboprop, turboshaft uygulamalarında pervaneyi veya turbofan de fanı güçlendirmekte kullanılabilmekti. Diğer bir ifade ile nüve motor bir defa tasarlandıktan sonra, farklı uygulamalarda ve amaçlarla kullanılabiliyordu.

T53-L-701 turboprop motorunun güçlendirdiği, Grumman OV-1 Mohawk uçağı.

Fan-Jet Motorları

Boeing B707 uçağının yolcu konforuna getirdiği rahatlık ve seyir hızındaki artış uzun mesafeli uçuşların ekonomik olabileceğini ispatlaması ile toplu taşımacılık fikri toplumda yerleşti. Motorun yakıt sarfiyatı toplu taşıma ekonomik denklemin en önemi parametresi İdi.  İşletmeleri masrafların hemen hemen üçte birini olan yakıt sarfiyatı en önemli parametreleri olarak motor tasarımında ön safhaya çıktı. B707 uçağını güçlendiren turbojet motorunun yakıt sarfiyatı yüksekti

Yakıt sarfiyatını iyileştirmekteki çalışmaların evrimi anlamak için takvim sayfalarını geri çevirerek 1936 yılına gidelim. Whittle turbojet geliştirme çalışmamalarında yakıt sarfiyatını azaltmak ve aynı zamanda yüksek itki kuvvetini üretmenin mümkün olmayacağına ikna oldu.  4 Mart 1936 günü kayıtladı patentini ile  “çift akışlı jet motor” türünü çözüm olarak kâğıt üzerine şekillendirdi. Whittle çift akışlı jet motor gerekesiminim izahını aşağıdaki cümleler belirti:  “İlk günde itibaren, itki verimini arttırmanın yollarını araştırıyorum. Fark ettiğim nokta yüksek hava debili alçak hızda jet üreten motorun yüksek hızda alçak debi kullanan turbojet motoruna tercih edilir olması idi”.  Patentteki konfigürasyonda, nüve motorunun çalıştırdığı fanın (Alçak basınç kompresörü olarak düşünülebilir)  çıkışında hava ikiye akışa bölünür: Giriş havasının bir kısmı nüve motordan geçerek egzoz lülesinde sıcak gaz jetini oluştururken, diğer bölümü nüve motor dışında bulunan soğuk hava kanalı olarak adlandırdığımız kanala yönlendirilir ve soğuk hava jetini oluşturur. Whittle’nin “ducted fan” olarak adlandırdığı çift akışlı jet motoru kavramında düşük hızdaki soğuk jet ile yüksek hızdaki sıcak jet ile karışarak toplam hava-gaz hızı düşerken hava debi artıyordu. Çift akışlı motor kavramı iki farklı mimari uygulaması bulunmaktadır: fan’in motorun önüne veya arkasına monte edilmesi seçeneği.  Arkaya monte edilmesi durumda unducted (kanalsız fan) veya ducted (kanallı fan) seçimi tasarımcıların günümüzde de cevap aradığı sorudur. Çift akışlı motor kavramının önemli tasarım parametresi ise bypass oranı olarak adlandırılan soğuk havanın sıcak havaya oranıdır. Bu parametrenin ilerleyen sayfalarda detaylı olarak tartışmasını yapacağız.  

  

Whittle ’in “ducted fan” motor kavramı  (Patent No. 471.368)

(Whittle’nin patent çiziminden adapte edilmiştir)

Whittle’nin “ducted fan” (Kanal içi fan) patentinden 20 sene sonra 9 Mayıs 1956 günü Trans-Canada Hava yolları 4 Douglas DC-8-40 siparişi verdiğinde Rolls-Royce firması önemli bir kilometre taşını daha geride bırakıyordu.   Trans-Canada hava yollarının siparişi büyük olmamasına rağmen yeni bir teknolojiyi desteklemesi açısından önemli idi:   DC-8-40 uçağını güçlendiren Rolls-Royce firmasının Conway 508 (RCo.12)(10) olarak adlandırdığı ducted fan (kanallı fan)  “iki akışlı jet motorunu için ilk siparişi ve Whittle’nin patentinin ürüne dönüşü idi.

Rolls-Royce Conway Mk201 (Rco.17) bypass jet motoru – Hava debisi 127,91 kg/s, itki kuvveti 77,8 kN, ortalama özgür yakıt sarfiyatı 73.37 kg/(kN-saat) bypass oranı 0.26

(The Royal Air Force Museum, Cosford, İngiltere)

İleriki sayfalarda tartışma firsatını bulacağımız turbofan’ın öncüsü olan çift akışlı veya diğer bir adlandırması ile bypass turbojet motorunda RR firması, iki şaft turbojet motorunu temel almıştır.  Alçak kompresör yüksek basınç kompresörüne göre daha büyük hava debisi için tasarlanmış olup,  alçak kompresör çıkışında hava akışı iki kanala yönlenir: bir kısmı nüve motorun kompresör (yüksek basınç), yanma odası ve türbinden geçerek egzoz olurken, diğer kısmı soğuk hava kanalı olarak adlandırdığımız nüve dışındaki kanaldan geçerek egzoz olur. Egzoz lülesinde karışan iki akış hızlanarak itki kuvvetini üretir. Bypass jet motorlarında jet hızı uçak hızının optimum gereksinimleri yakın tasarlanarak itki veriminde ve dolayı ile yakıt sarfiyatında iyileşme elde edilebilmektedir. Bu sebepten dolayı turbojet motoru yüksek hız gereken uçaklarının haricinde tercih olmaktan çıkmıştır. 

Bypass turbojet mimarisi

Rolls-Royce firmasın 1946 da geliştirmeyi başladığı Conway motoru iki kademeli türbinin çalıştırttığı 7 kademeli alçak basınç kompresörünün çıkışında hava ikiye bölünüyordu: bir kısım soğuk hava kanalına yönlenirken diğer bölümü nüve motor giriyordu. Nüve motorda tek kademeli yüksek basınç türbine 9 kademeli yüksek basınç kompresörünü çalıştırmaktadır. Yanma sistemi 10 birbirleri ile bağlantılı tüp seklinde (konserve kutusu) odalardan teşekkür etmiştir. Motorun kanat içine yerleştirilmesi (Örnek Comet kanat-motor donanımı) motor çapının küçük tutulma zorunu getirdiğinden 0.26 den büyük bypassa oranı elde edilemedi ve ÖYS da Turbojet motoruna mukayese ile beklene artış sağlanamadı.

Hava debisindeki büyüme itki kuvvetinin artışı ve soğuk hava (fan) akış hızının sıcak jet hızına göre düşük olmasından dolayı soğuk-sıcak karışımı jet hızının yavaşlaması itki verimi iyileşmesi ile neticeleniyordu. Yakıt sarfiyatında iyileştirme çalışmalarında atılan adımların zaman içindeki evrimine motor sanayini üç dev aktörü farkı yöntemler denediler. Bunlarda bazıları ticari başarı elde ederken, başarısı olanlar müzelerde yer aldı. Günümüzdeki gelişmeleri algılayabilmek için bu çalışmalara göz atmakta fayda görüyoruz.

Bypass rekabetinizdeki dinamiğin analizine ticari bir başarı olmayan GE firmasın bypass turbojet faaliyetlerine kısa bir göz atmakta başlayalım.  1941 senesini Kasım ayında Whittle W.1.X radyal akışlı turbojet motorunun teknik resimleri beraberinde “arka fan” (aft fan) olarak adlandırdığı yakıt sarfiyatını iyileştirmek için geliştirdiği ikinci patenti GE firmasına verdi.  Whittle patentinde turbojet motorunun türbin çıkışı “kullanılabilir” enerjinin tamamı egzoz lülesinde jet itki kuvvetine aktarılmayıp fan-türbin birleşimi güçlendirmekte kullanır. Fan-türbin birleşimi daha büyük miktarda hava debisini itki kuvvetinin üretilmesinde katkıda bulunuyordu.

 

Whittle’nin “arka-fan” kavramı (Whittle’nin patent çiziminden adapte edilmiştir)

26 Aralık 1957 günü GE firması CJ805-23(11) olarak adlandırdığı arka-fan mimarisindeki jet motorunun fabrika testlerine başladı.  1958 yılında American Hava yolları 25 adet CJ805-23 motorunun güçlendirdiği Convair 990 yolcu uçağı için sipariş verdi. 24 Ocak 1961 günü ilk ticari uçuşunu yapan CJ805-23’nin itki kuvveti  66,7 kN hava debisi 186 kg/s ve özgür yakıt sarfiyattı 76 kg/(kN.sa) idi. İlk 6 kademesinde değişken  (ekseninde dönerek hava çıkış açısı değişmesi neticesinde  hava debisini kontrol eden) sabit kanatçıkların(12) kullanıldığı 17 kademeli kompresörü 3 kademli türbin güçlendiriyordu ve basınç oranı 12:1 idi. GE CJ805-21 nüve mimarisinde ABD Hava Kuvvetleri için geliştirdiği J79 turbojet ’in türevi olan CJ805 motorunu temel alarak %80 ne yakın ortak parça kullanımı sağladı.

 GE CJ805-21 bypass turbojet motor mimarisi

American Hava Yollarının Convair 990 siparişi ardından Temmuz 1958 de PW JT3C’nin güçlendirdiği B707-123 siparişini iptal etmesi sanayinin dinamiğini değiştirdi.  CJ805-23’nün güçlendirdiği Convair 990 ticari başarı kazanması durumunda American Hava Yollarının tüm B707 siparişini iptal edebilir düşüncesi Boeing firmasında paniğe sebep oldu. Boeing bypass jet motorunun güçlendirdiği uçağı pazarlamadan yarışta kalma şansının olmadığını düşünerek P&W’nin kapısı çaltı.

PW firması tecrübeli mühendis ekibinin desteği ile birinci nesil ticari turbojet motorlarında büyük bir başarı elde etti: 1950 yılların sonunda JT3 ailesinin güçlendirdiği Boeing 707 hava yollarının tercih ettiği en popular yolcu uçağı ve daha yüksek itki kuvvetindeki JT4 ise Douglas DC-8 uçağını güçlendiriyordu.  P&W turbojet motorların yakıt sarfiyatın yüksek olduğunu ve RR Conway motorunun tehlikeli bir rakip olacağının farkında idi. Piyasa liderliğini kaybetmemek için 1958 yılın Şubat’ında P&W firması kendi kaynaklarını kullanarak JT3C turbojet motorunu türevi olan JT3D bypass jet motorunu geliştirmeye başladı.  Boeing P&W’nin kapısını çaldığında JT3D motoru Boeing 707 güçlendirmeye hazırdı.  B707 sürümü olan 120B yolcu uçağını güçlendiren JT3D motoru: bypass oranı 1,4, hava debisi 196 kg/s, itki kuvveti 75.6kN, özgür yakıt sarfiyatı 78.93 kg/(kN.sa) olup kompresör basınç oranı 12,1:1 idi. PW JT3C motorunun 7 kademli alçak basınç kompresörünün ilk iki kademesini fan ile değiştirdi ve ilave gücü için alçak basınç türbine bir kademe ilave etti.  JT3D (PW Turbofan olarak adlandırdığı) motorunun güçlendirdiği B707-023B uçağı ilk uçuşunu 6 Kasım 1960 günü gerçekleştirdi.

© 2005 Jane's Information Group Bill Gunston, OBE, FRAeS 

   P&W JT3D-1 bypass turbojet motoru

Havacılık Tarihin Dikkatten Kaçan Kösesi

Bypass turbojet mimarisi ile elde edilebilecek en yüksek oran 1,4 idi. RR önder olduğu ve GE ve P&W firmalarının da yakıt sarfiyatını azaltmanın tek yolu yüksek bypass oranlı motorlar tasarlamak gereksinimine ikna olmaları neticesinde başlayan yarışa küçük motor firmalarda katıldığının izliyoruz. Küçük motor firmalarının faaliyetlerini tartışmaya turboşaft motor mimarisinde devrim yapan Lycoming firmasından başlayalım.   Lycoming T53 motorunun nüve motor çıktısını “kullanabilir enerji” yi farkı şeklinde kullanmak için geliştirdiği yöndemi turboşaft motor türlerini tanıtırken tartıştıktı  (Direk, tek kademeli hız azaltma turboşaft helikopter uygulaması veya kademeli redüksiyon dişli kutusu pervane uygulaması).   1961 yılında Lycoming bypass motorlarının ikinci nesli olan turbofan motorunu geliştirmekte aynı yöntemi kullandığı izliyoruz. Kendi kaynakları kullanarak geliştirdiği ve PFL1A(13) olarak adlandırdığı motor turbofan sınıfının öncüsü idi. Dr. Franz bu uygulamada T55(14) nüve motorunu güçlendirdiği alçak basınç türbini tek kademeli fan’ı çalıştırarak 6:1 bypass oranı gerçekleştirdi.  Bypass turbojet mimarisi ile elde edilebilen en yüksek oran 1,4 civarında iken turbofan kavramı ile yaklaşık olarak 8 bypass oranını elde etmek mümkün oldu. 19.2 kN itki kuvvetinde olan PLF1A ilk yüksek bypass oranı gerçekleştirebilecek mimarinin çalıştığını teste ispat eden motor olarak havacılık tarihine ismini yazdırmakla kalmayıp, diğer bir ilkede sahipti: Dişli Bağlantılı Fan (Geared Turbofan (GTF))   kavramı.

 

Yüksek-bypass turbofan motor mimarisi

Dr. Franz’ın PFL1A mimarisinde önemli bir yenilik olan Geared Turbofan’ın teknik özelliklerine kısa bir göz atalım. Turbofan motorlarında alçak basınç türbini ve fan “alçak güç şaftı” olarak adlandırdığımız şaftta monte edilmiş ve aynı hızla dönmektedirler. Fan ve alçak basınç türbin verimleri en yüksek (optimum) olduğu hızlar farklı olduğunda her iki birleşeninde en uygun verimde çalıştığı hızı tayin etmek aerodinamik tasarımcıların zorlandıkları aktivitelerinden biridir. Fan veriminin yüksek olduğu devir hızları alçak basınç türbine optimum hızına nispetle düşüktür. Alçak basınç türbinin devir hızını gücü düşürmeden fan’nın en iyimser verimin elde edildiği hızda çalıştırmak için kademe sayısını artırmak ve rotor çapı büyütmek gerekir.  Bu çözüm yöntemimde motor boyutları ve ağırlığının arttığını izliyoruz. Alçak basınç türbinini devir hızını fan hız gereksinimlerine göre optimum değerleri için güç iletim hattında (alçak güç şaftı) güç aktarma sistemin bulunması gerekir. Dr. Franz PLF1A motorunda planet dişli kutusunu kullanarak fan ve alçak güç türbin birleşenlerini verimlerinin en yüksek (optimum) olduğu hızlarda döndürmek seçeneği tasarımcıya verilmiş oldu. PLF1A motorunda planet dişli sistemin ile devir 2.31 oranında azaltılmıştı. Bu konuyu ileri sayfalarda günümüzün iki rakip firmanın PW GTF ve GE LEAP motorların detaylı olarak tartıştığımızda tekrar döneceğiz.

Lycoming PLF1A turbofan motoru  (Smithsonian National Air and Space Museum, Washington DC, ABD)

 Dr. Franz’ın bu cesur girişimi ile bir başarı hikâyesine mi imza attı, yoksa başarısız bir girişim olarak mı tarihte yer alacağı sorusunu gününün  ekonomik koşulları cevaplandırcak. Dr. Franz PLF1A motoru ile iş jetleri ve bölgesel yolcu uçakları pazarını hedefliyordu.  1960 yılların ortasında bu sektörünün yeni bir motor mimari kavramı uygulamaya hazır olmayışı veya Lycoming ürünü iyi pazarlayamaması sebeplerinden sivil havacılıkta gereken aşamayı yapamadı ve girdiği askeri ihaleyi de kaybedince daha fazla yatırım yapamadı ve proje tamam durduruldu. Netice Lycoming yüksek bypass oranlı küçük turbofan motor iş kolunda dünyanın önde gelen oyuncusu olma “altın fırsatı”  kaçırıyordu.

Küçük motor üreticilerinin faaliyetlerini izlemeye devam edelim. Lycoming’in kaçırdığı fırsat diğer bir firma değerlendiriyor. 1969 Paris Havacılık Fuarında Garrett AiResearch Corporation (günümüzde Honeywell International) düzenlettiği basın toplantısında TFE731 turbofan motorunun tanımımı yaptı. 15.6 kN itki kuvvetindeki motor ABD’lerinin batı ve doğuya sahilleri arasında direk iş seyahatleri gerçekleştirecek 5,6-6,8 tonluk iş jet pazarını hedefliyordu. TFE731 motor alçak güç sistemi (şaftı) üç kademeli alçak basınç türbini, dört kademli eksenel akışlı kompresörü ve planet dişli kutusu aracı ile fanı içeriyordu. TFE731 motorunda planet dişli sisteminin aktarma oranı 1,82 idi.

Garrett TFE731 Geared turbofan mimarisi

 

Garrett TFE731 Geared Fan jet motoru, İtki kuvveti: 15,6 kN, Bypass oranı; 2,81;1, ÖYS: 50,6 (kg/kN.sa)

TFE731 motoru üretilmeye başlandığı 1972 yılının ekonomik gereksinimlerine cevap veren özellikleri tasarımında topluyordu. 1973 yılında Arap petrol ambargo neticesizde yakıt fiyatlarının artması ve çevre kirlenmesi duyarlığının topluma yayılması TFE731 motorunun çabuk başarı elde etmesindeki faktör arasındadır.  İlk sertifikasyonun alındığı 1972 yılından günümüze kadar 11.000 motor üretilmiş ve 27 farklı uçak uygulaması ile 100 milyondan fazla uçuş saati toplamış bulunuyor. Yakıt sarfiyatın az olması ve az gürültü özellikleri ile TFE731 turbofan motor ailesi 15,6 – 22,2 kN itki kuvveti sınıfında orta (6,800 kg) sınıftan ağır (18,000 kg) iş jet uçakları pazarındaki boşluğu doldurdu. Neticede TFE731 ilk görev yetenekli Geared Turbofan olarak havacılık tarihine ismini yazdırdı.

Yazı dizisinin gelecek  IV. Bölümünde sizlerle, motor sanayiinin sivil havacılık alanındaki gelişmelerini ele alacağız.

(9)  Fransız firması Turbomeca’nın yardımcı (auxiliary) güç uygulaması için tasarladığı 870 shp Artouste IIIBB isimli tek şaftlı turboşaft motorunun güçlendirdiği Alouette II helikopteri, ilk uçuşunu Mart 1955’de gerçekleştirmiştir. Alouette II, seri üretilen bir jet motoru ile güçlendirilmiş ilk helikopterdir; fakat T53, özgür güç türbini kavramı ile helikopter uygulaması için tasarlanmış ilk motordur.

(10)  İlk çift akışlı turbojet motoru İkinci Dünya savaşında 4 yıl sonra Fransız Societe Turbomeca firmasının ürettiği Aspin dir.. Aspin’iniki kademeli türbin tek taraflı radyal kompresörü ve redüksiyon dişli kutusu vasıtası eksenel kompresör (fan) güçlendiriyordu. Eksenel kompresör kanatçığın çıkışında hava ikiye ayrılıyor. Bir kısım soğuk hava kanalına girerken diğer kısmı radyal kompresör, yanma odası ve türbine akışını oluşturuyordu. Eksenel kompresörün önemde bulunan değişken (giriş acılı) kılavuz vane eksenel kompresöre giriş havasının debisi değiştirilerek kompresörün güç ihtiyacı devri değiştirmeden temin ediliyordu.  2kN itki kuvvetindeki Aspin I ‘in güçlendirdiği Fouga Gemeoaux ilk uçuşunu 2 Şubat 1952 günü,  3.4kN itki kuvvetindeki Aspin II ise ilk uçuşunu 1952 senesinin Haziran ayında gerçekleştirdi. 

(11) İngiliz Metrotvick firmanın 1940 yılında tasarımıa başladığı ve 1941 yılıdan test ettiği F.3 and F.5 olarak adlandırığı motor arka-fan (pervane) (unducted-fan) konseptini kullanan ilk motorudur. Deniz seviyesindeki İtki kuvveti 21kN ve ÖYS  72.86 kg/(kN.sa) idi. CJ805-23 mimarisi Metrovick motorları ile benzerdir. Proje ileri geliştirme sürecinde iptal edildiğinden herhangi bir uçaği güçlendirmemiştir.

(12) Makale serisinin ikinci bölümünde “stall” olayını tartışmış ve önleyici üç tasarım çözümünü kısaca özetlemiştik. Tekrarlarsak: Kademe aralarında hava çekilişi (bleeding), iki şaftlı motor mimarisi ve değişken sabit kanatçıklar. RR ve P&W firmaları iki şaftlı motor mimarisini tercih etmişlerdi (RR Tyne ve P&W J57 turbojet motorları) . GE ise RR ve P&W’den farkı bir yöntem uyguladı: Günümüzün jet motorlarının vazgeçilmez ögesi değişken sabit kanatçıklar (Variable stator). 1952 yılını ortalarında geliştirdiği kavramı VSXE (Variable Stator Experimental Engine) adlandırdığı test motoru deneyleyerek çalıştığını teyit etti. Değişken sabit kanatçıklar kendi eksenlerini döndürülerek sabit kanatçık çıkışı akışkanın gelme açışı (havanın sabit kanatçığı takip eden hareketli kanatçığa referansla giriş açısı- incident angle) nin kanatçığın metal çıkış açısın nispetle değiştirilerek hava debisi ayarlanmaktadır. Değişken sabit kanatçıkla donatılmış bir motor iki şaftlıya göre hafifti.  J79’nin itki kuvvet-ağırlık oranı 4,6 iken çift şaftlı J57’nink 3,14 idi

(13) 1964 Mart ayında ABD Hava kuvvetlerinin CXX GE firmasına rekabeti hatırlatması neticesinde, GE GE1 nüve motorunu kullanarak GE1/6 olarak adlandırdığı turbofan geliştirme motorunda 8:1 bypass oranlını teste elde etti ve çalışma sonunda geliştiği TF-39 turbofan seri üretilen ilk yüksek bypass oranlı motor olarak havacılık tarihine ismini yazdırdı. Test elde ettiği değerler: İtki kuvveti 70,4 kN ve özgür yakıt sarfiyatı 34kg/(kN.sa) (Müthiş bir başarı).

(14) Lycoming firması 1954 yılının Nisan ayında ABD Hava Kuvvetlerini ihalesini kazanarak T53 mimarisini temel alan ve boyutları orantılı olarak büyütülmüş daha güçlü T55 olarak adlandırdığı turboshaft tasarladı.

 

 


Yorumlar

Hiç yorum yapılmamış

Yorumunu Paylaşın