Straalmotor (Eng.:
jetmotor), een atmosferische-lucht-verwerkende reactiemotor die veel
wordt gebruikt voor voortstuwing van vliegtuigen met grote
vliegsnelheden. De werking berust op compressie van de verbrandingslucht
(dwz. de verhitte aangezogen lucht plus de verbrandingsproducten),
continue verbranding van brandstof (meestal kerosine) bij
gelijkblijvende druk, gevolgd door expansie van de gassen in een
straalbuis. Hierbij wordt de potentiële energie van het gas onder hoge
druk omgezet in kinetische energie van het uitstromende gas.
Het voortstuwend vermogen van de motoruitlaatgassen werd reeds bij
zuigerverbrandingsmotoren onderkend, maar pas na de opkomst van de
gasturbine voor aandrijving van de luchtschroef werd straalvoortstuwing
mogelijk, doordat de hoeveelheden doorstromende lucht bij een gasturbine
groter zijn dan bij een zuigermotor.

1. Geschiedenis
In 1930 verkreeg F. Whittle octrooi op een turbostraalmotor (turbojet),
werkend met een centrifugale compressor; de proefvlucht van het eerste
Engelse vliegtuig, de Gloster E.28/39, vond plaats in mei 1941.
Onafhankelijk hiervan ontstond een Duits octrooi; de proefvlucht van een
Heinkeltoestel, de He-178, viel in aug. 1939. Militaire behoeften hebben
in de Tweede Wereldoorlog de ontwikkeling van vliegtuigen met
straalaandrijving sterk bevorderd. Duitsland kreeg een voorsprong door
de toepassing van axiale compressoren en gekoelde turbineschoepen. In de
Verenigde Staten werd de achterstand na de oorlog door het ter
beschikking komen van de Duitse kennis snel ingelopen.
2. Typen
Naar de wijze waarop de compressie tot stand komt, wordt onderscheid
gemaakt tussen de stuwstraalmotor (zonder compressor) en de
turbinestraalmotor (met compressor).
2.1 Stuwstraalmotor
Bij de stuwstraalmotor, ook wel ramjet, athodyd of lorinpijp (naar een
octrooi in 1913 van de Fransman R. Lorin), is in de pijp een ‘ram’ (diffusor)
aangebracht. Als de pijp met grote snelheid in de atmosfeer beweegt,
veroorzaakt de ram een compressie van de binnengestroomde lucht, naast
die welke door de hoge temperatuur in de verbrandingsruimte ontstaat. De
stuwstraalmotor is het eenvoudigst denkbare voortstuwingsapparaat voor
een vliegtuig en bestaat uit een aan beide einden open buislichaam van
speciale vorm, waarbinnen brandstof wordt verbrand; deze motor bevat
geen enkel bewegend onderdeel (zgn. vliegende kachelpijp). Een vliegtuig
uitgerust met ramjets moet door middel van raketten worden gestart; de
ramjet treedt pas in werking bij een snelheid boven 600 km/h. De
pulserende stuwstraalmotor (pulsejet) is in principe gelijk aan de
stuwstraalmotor, maar kan voor lagere snelheden gebruikt worden. De
lucht wordt uit de diffusor in de verbrandingskamer toegelaten via
automatisch werkende terugslagkleppen. De verbrandingen geschieden snel
achter elkaar en bij elke verbranding worden de kleppen gesloten. De
eerste verbranding wordt ingeleid door een bougie, de volgende
ontstekingen geschieden door een restvlam in de verbrandingskamer. Deze
voortstuwer werd in de Tweede Wereldoorlog gebruikt voor de Duitse V1,
het eerste van de V-wapens.
2.2 Turbinestraalmotor
Bij de turbinestraalmotor (turbojet) wordt de verbrandingslucht
gecomprimeerd door een roterende compressor. Voor aandrijving van de
compressor is een turbine nodig, hetgeen betekent dat niet de gehele
expansie van de verbrandingsgassen ten goede komt aan de
straalvoortstuwing. Voor rendementsverhoging en tevens
stuwkrachtsvergroting zijn iets gewijzigde systemen ontwikkeld, bekend
onder de naam omloopmotor (turbofan, ducted fan of bypass fan). Niet
alle aan de voorkant aangezogen lucht wordt in de motor vermengd met
brandstof, maar een belangrijk deel wordt om de motor heen geleid en
achter de motor gebruikt als een koele mantel om de hete uitlaatstraal.
Het resultaat is dat een krachtige gasstraal wordt verkregen bij een
relatief gering brandstofverbruik. De verhouding tussen de lucht die in
de motor met brandstof wordt vermengd en die eromheen wordt geleid,
noemt men de omloopverhouding. Bij de schroefturbine (turboprop) wordt
bij totale expansie in de turbine de nuttige energie (asvermogen)
gebruikt voor aandrijving van een propeller. In deze vorm is van
straalvoortstuwing in het geheel geen sprake, ware het niet dat de
uitlaatgassen meestal ook enige stuwkracht leveren. Het nuttige gedeelte
van de totaal beschikbare expansie kan ook verdeeld worden over de
turbine, voor aandrijving van een propeller, en de straalbuis voor
levering van stuwdruk (propjet). De stuwdruk kan verhoogd worden door
het verbranden van extra brandstof ná de turbine, doch vóór de expansie
in de straalpijp (naverbrander). De naverbrander is van belang voor het
verkorten van de langere startweg van de turbojet (ten opzichte van de
zuigermotor) of voor een plotselinge snelheidstoename in kritieke
situaties (jachtvliegtuigen). Vanwege het lage rendement gebruikt men de
naverbrander slechts kortstondig.
3. Toepassingen
De turbojet-, turboprop-, ramjet- en turbofan-motoren werden in deze
volgorde ontwikkeld. De volgorde bij toepassing van steeds grotere
vliegsnelheid is turboprop, turbofan, turbojet en ramjet. De duurdere
straalvoortstuwing komt pas in aanmerking voor snelheden boven 700 km/h
als het luchtschroefrendement te laag wordt. Langere startbanen zijn
nodig wegens de kleinere stuwkracht bij lage snelheden ten opzichte van
propelleraandrijving. Dank zij speciale kleppensystemen aan de vleugels
is daarin later een aanzienlijke verbetering gekomen. Naast toepassingen
in de luchtvaart komen vliegtuigturbines ook in aanmerking voor
luchtschroefaandrijving van treinstellen en als lichtgewicht
verwisselbare gasproductie-eenheden voor gasturbine-installaties
(oorlogsschepen en luchtkussenvaartuigen). Een bijzonder type zijn de
straalmotoren met draaibare uitlaten, die worden gebruikt voor loodrecht
startende en landende vliegtuigen. |