Động cơ turbofan hoạt động như thế nào?

Động cơ turbofan là loại động cơ phản lực được sử dụng phổ biến trên máy bay thương mại hiện đại. Cấu trúc của nó gồm nhiều tầng cánh quạt, máy nén, buồng đốt và tua-bin phối hợp liên tục để biến không khí và nhiên liệu thành lực đẩy.

Nhìn từ ngoài vào trong, dòng không khí sẽ đi qua các bộ phận chính như:

Fan → Máy nén áp suất thấp → Máy nén áp suất cao → Buồng đốt → Tua-bin áp suất cao → Tua-bin áp suất thấp

1. Fan – Cánh quạt lớn phía trước

Fan là bộ phận đầu tiên tiếp nhận luồng không khí. Khi quay với tốc độ cao, fan hút một lượng lớn không khí vào động cơ.

Một phần không khí đi vào lõi động cơ để tiếp tục quá trình nén và đốt cháy, trong khi phần còn lại đi vòng bên ngoài lõi động cơ và tạo ra một phần lớn lực đẩy.

Đây cũng là lý do động cơ turbofan có hiệu suất cao và vận hành êm hơn so với nhiều loại động cơ phản lực thế hệ cũ.

2. Máy nén áp suất thấp – LPC

Sau fan, luồng không khí đi vào Low Pressure Compressor – LPC.

Các tầng cánh máy nén liên tục ép không khí lại, làm tăng áp suất trước khi đưa luồng khí sang khu vực máy nén áp suất cao.

Quá trình nén được thực hiện qua nhiều tầng để đạt hiệu quả cao mà vẫn duy trì dòng khí ổn định.

3. Máy nén áp suất cao – HPC

Tiếp theo là High Pressure Compressor – HPC.

Đây là khu vực tiếp tục nén không khí lên mức áp suất rất cao. Khi áp suất tăng, nhiệt độ của không khí cũng tăng lên đáng kể.

Không khí nén sau đó được chuyển tới buồng đốt.

4. Diffuser và buồng đốt

Trước khi đi vào buồng đốt, luồng khí đi qua diffuser, nơi tốc độ dòng khí được giảm và áp suất được ổn định.

Tại combustor – buồng đốt, nhiên liệu được phun vào và hòa trộn với không khí nén.

Hỗn hợp này được đốt cháy, tạo ra luồng khí có nhiệt độ và năng lượng rất lớn.

Chính nguồn năng lượng này sẽ làm quay các tầng tua-bin phía sau.

5. Tua-bin áp suất cao – HPT

Luồng khí nóng đầu tiên đi qua High Pressure Turbine – HPT.

Tua-bin áp suất cao nhận năng lượng từ dòng khí nóng và truyền năng lượng cơ học trở lại để quay máy nén áp suất cao.

Có thể hình dung đây là một chu trình khép kín: máy nén cung cấp khí nén cho buồng đốt, còn tua-bin lại lấy năng lượng từ khí cháy để duy trì máy nén hoạt động.

6. Tua-bin áp suất thấp – LPT

Sau HPT, dòng khí tiếp tục đi qua Low Pressure Turbine – LPT.

Bộ phận này lấy phần năng lượng còn lại trong khí nóng để quay fan và máy nén áp suất thấp.

Trong nhiều động cơ turbofan hiện đại, hệ thống tua-bin và fan có thể được kết nối qua một hệ thống bánh răng nhằm tối ưu tốc độ quay của từng bộ phận.

7. Fan Drive Gear System – hệ thống bánh răng truyền động fan

Sơ đồ trong hình còn thể hiện Fan Drive Gear System – FDGS.

Hệ thống này cho phép fan quay ở tốc độ phù hợp hơn so với trục tua-bin.

Nhờ đó, fan có thể hoạt động hiệu quả, giảm tiếng ồn và cải thiện mức tiêu thụ nhiên liệu.

Đây là một trong những công nghệ quan trọng trên các động cơ turbofan có hộp số hiện đại.

Vì sao turbofan được sử dụng rộng rãi?

Ưu điểm lớn nhất của turbofan nằm ở khả năng tạo lực đẩy lớn nhưng vẫn tiết kiệm nhiên liệu và giảm tiếng ồn.

Phần lớn lực đẩy không nhất thiết đến từ luồng khí nóng trong lõi động cơ, mà còn đến từ lượng không khí rất lớn được fan đẩy vòng qua bên ngoài.

Nhờ vậy, động cơ turbofan có thể đạt được sự cân bằng giữa:

• Lực đẩy mạnh
• Hiệu suất nhiên liệu cao
• Tiếng ồn thấp hơn
• Khả năng vận hành ổn định
• Phù hợp với các chuyến bay đường dài

Một hệ thống cực kỳ chính xác

Điều ấn tượng của động cơ turbofan là hàng loạt bộ phận quay với tốc độ rất cao phải hoạt động đồng bộ trong môi trường nhiệt độ và áp suất khắc nghiệt.

Từ fan, máy nén, buồng đốt cho đến tua-bin, mỗi bộ phận đều đóng vai trò riêng nhưng cùng hướng đến một mục tiêu: chuyển đổi năng lượng của nhiên liệu thành lực đẩy hiệu quả nhất có thể.

Turbofan – một trong những cỗ máy phức tạp và ấn tượng nhất từng được con người chế tạo cho ngành hàng không.

Nguồn: Cartools.vn