תא בעירה, טורבינה ופליטה

תא הבעירה (Combustion section)

תפקיד

לשרוף דלק עם האוויר הדחוס, בצורה יציבה ויעילה, ולהעביר את הגזים החמים לטורבינה בטמפרטורה אחידה ובגבול שהטורבינה יכולה לעמוד בו.

אוויר ראשוני ומשני

רק חלק קטן מהאוויר משתתף בבעירה:

• אוויר ראשוני (Primary air): כרבע מהאוויר – נכנס לאזור הבעירה ומתערבב עם הדלק. הבעירה מתרחשת ביחס של כ-15:1.
• אוויר משני (Secondary air): כשלושה רבעים – מקרר את דפנות התא (באמצעות פתחים וזרימת שכבה – Film cooling), ומתערבב בגזים במורד הזרם כדי להוריד את הטמפרטורה לפני הטורבינה.

יחס האוויר-דלק הכולל במנוע יכול להיות 60:1 ויותר.

סוגי תאי בעירה

צינורות מעבר להבה – מעבירים את הלהבה בהתנעה מהתאים עם המצתים לתאים בלי מצתים, ומשווים לחץ.

פיות דלק (Fuel nozzles)

מרססות את הדלק לטיפות קטנות מאוד, כדי שיתאדה ויישרף מהר.

• פייה פשוטה (Simplex): פתח אחד.
• פייה כפולה (Duplex): שני פתחים – ראשוני לזרימה נמוכה (התנעה), ומשני שנפתח בלחץ גבוה. כך הריסוס טוב בכל טווח הזרימה. שסתום חלוקה (Flow divider / P&D valve) מנהל את המעבר.
• פייה מאווררת (Air blast): אוויר עוזר לפזר את הדלק.

הטורבינה (Turbine section)

תפקיד

הטורבינה מפיקה אנרגיה מהגזים החמים ומסובבת את המדחס, את האביזרים, ובמנועים מסוימים – את המדחף או את המניפה. במנוע טורבו-סילון כ-60–80% מהאנרגיה של הגזים משמשת להנעת המדחס.

מבנה

• להבי מכוון (Nozzle Guide Vanes – NGV / Turbine nozzle): להבים קבועים לפני כל שורת רוטור. הם מאיצים את הגזים (מתכנסים) ומכוונים אותם בזווית הנכונה ללהבי הרוטור. ה-NGV של השלב הראשון הוא החלק החם ביותר במנוע.
• דיסק טורבינה (Turbine disk): מחושל מסגסוגת ניקל, נושא את הלהבים.
• להבי טורבינה (Turbine blades): מחוברים לדיסק בחיבור עץ אשוח (Fir-tree), ננעלים בפינים או בלשוניות.

סוגי להבים

חומרים וקירור

• להבים עשויים סגסוגות-על של ניקל (Superalloys), לעיתים גביש יחיד (Single crystal) או התגבשות מכוונת (Directionally solidified).
• קירור פנימי: אוויר מהמדחס עובר בתעלות בתוך הלהב ויוצא בחורים קטנים על פני השטח, ויוצר שכבת אוויר מבודדת (Film cooling).
• ציפוי תרמי (TBC): שכבה קרמית שמבודדת.

להבים עם כיסוי (Shrouded blades)

לחלק מהלהבים יש כיסוי בקצה (Tip shroud), שמתחבר ללהב הסמוך ויוצר טבעת. הכיסוי מקטין רעידות ודליפת גזים מסביב לקצה. החיסרון – משקל.

בעיות אופייניות בטורבינה

התחממות יתר (Over-temperature)

חריגה מטמפרטורת הגזים (ITT / EGT) בהתנעה או בפעולה – לפי משך הזמן וגובה החריגה, היצרן קובע פעולה: רישום בלבד, בדיקה בבורוסקופ, או הוצאת המנוע לבדיקת חלק חם (Hot section inspection).

מערכת הפליטה

צינור פליטה ופייה

• חרוט פליטה (Exhaust cone / Tail cone): מונע מערבולות אחרי הטורבינה ומכוון את הזרימה.
• פייה מתכנסת (Convergent): במטוסים תת-קוליים – מאיצה את הגזים.
• פייה מתכנסת-מתרחבת (C-D): במטוסים על-קוליים.
• פייה בשטח משתנה: במנועים עם מבער אחורי.

מסיט דחף (Thrust reverser)

מסיט את הגזים או את אוויר העקיפה קדימה, לבלימה בנחיתה. סוגים:

• מכני / דלי (Clamshell / Bucket): דלתות שנסגרות מאחורי הפייה.
• אווירודינמי / Cascade: פותח פתחים עם להבי הטיה בצד המנוע, ודלתות חוסמות את אוויר העקיפה.

מבער אחורי (Afterburner)

בעיקר במטוסי קרב: מזריקים דלק נוסף לגזים אחרי הטורבינה, ומגדילים מאוד את הדחף – בצריכת דלק גבוהה מאוד.

משתיק רעש (Noise suppressor)

בפליטה – פייה מסולסלת שמערבבת גזים חמים באוויר קר ומפחיתה רעש. מנועים מודרניים עם יחס עקיפה גבוה שקטים יותר.

נקודות למבחן

• רק כרבע מהאוויר משתתף בבעירה; השאר מקרר.
• תא טבעתי – הנפוץ ביותר; ב-PT6A – זרימה הפוכה.
• צינורות מעבר להבה בתאי קנים.
• פייה כפולה – ראשוני להתנעה, משני לזרימה גבוהה.
• NGV של השלב הראשון – החלק החם ביותר.
• להבי טורבינה – חיבור עץ אשוח; להבים דחף-תגובה.
• זחילה – התארכות בחום ובכוח צנטריפוגלי.