เทอร์โบเจ็ต

This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "Turbojet" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (April 2008) (Learn how and when to remove this message)

เทอร์โบเจ็ตเป็นเครื่องยนต์ไอพ่นที่ใช้อากาศหายใจซึ่งโดยทั่วไปใช้ในเครื่องบิน ประกอบด้วยกังหันแก๊สพร้อมหัวฉีดขับเคลื่อนกังหันแก๊สมีช่องรับอากาศซึ่งรวมถึงใบพัดนำทางเข้า คอมเพรสเซอร์ ห้องเผาไหม้ และกังหัน (ที่ขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์) อากาศอัดจากคอมเพรสเซอร์จะถูกทำให้ร้อนโดยการเผาไหม้เชื้อเพลิงในห้องเผาไหม้ จากนั้นจึงปล่อยให้ขยายตัวผ่านกังหัน ไอเสียของกังหันจะขยายตัวในหัวฉีดขับเคลื่อน ซึ่งจะถูกเร่งความเร็วให้สูงเพื่อสร้างแรงขับ^[1]วิศวกรสองคน ได้แก่Frank WhittleในสหราชอาณาจักรและHans von Ohainในเยอรมนีได้พัฒนาแนวคิดนี้ขึ้นมาอย่างอิสระเป็นเครื่องยนต์ที่ใช้งานได้จริงในช่วงปลายทศวรรษปี 1930

เทอร์โบเจ็ตมีประสิทธิภาพต่ำเมื่อใช้ความเร็วต่ำของยานพาหนะ ซึ่งจำกัดการใช้งานในยานพาหนะอื่น ๆ นอกเหนือจากเครื่องบิน เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ตถูกนำมาใช้ในกรณีแยกกันเพื่อขับเคลื่อนยานพาหนะอื่น ๆ นอกเหนือจากเครื่องบิน โดยทั่วไปแล้วใช้เพื่อพยายามทำลายสถิติความเร็วภาคพื้นดินในกรณีที่ยานพาหนะ "ขับเคลื่อนด้วยกังหัน" มักจะใช้ เครื่องยนต์ เทอร์โบชาฟต์ซึ่งเป็นการพัฒนาเครื่องยนต์กังหันแก๊สที่ใช้กังหันเพิ่มเติมเพื่อขับเคลื่อนเพลาส่งออกที่หมุนได้ เครื่องยนต์เหล่านี้มักพบในเฮลิคอปเตอร์และโฮเวอร์คราฟต์

เทอร์โบเจ็ตถูกใช้ในคอนคอร์ดและ Tu-144รุ่นพิสัยไกลซึ่งจำเป็นต้องใช้เวลาเดินทางด้วยความเร็วเหนือเสียงเป็นเวลานาน เทอร์โบเจ็ตพบได้ทั่วไปในขีปนาวุธร่อน ระยะกลาง เนื่องจากมีความเร็วไอเสียสูง พื้นที่ด้านหน้าเล็ก และค่อนข้างเรียบง่าย เทอร์โบเจ็ตถูกใช้ในเครื่องบิน ขับไล่ความเร็วเหนือเสียงบางรุ่น เช่นMiG-25แต่เครื่องบินขับไล่ส่วนใหญ่ใช้เวลาเดินทางด้วยความเร็วเหนือเสียงไม่มากนัก ดังนั้นจึงใช้เทอร์โบแฟนและเครื่องเผาไหม้ท้ายเพื่อเพิ่มความเร็วไอเสียสำหรับการเดินทางด้วยความเร็วเหนือเสียงเป็นช่วงๆ

สิทธิบัตรฉบับแรกสำหรับการใช้กังหันแก๊สเพื่อขับเคลื่อนเครื่องบินได้รับการยื่นในปี พ.ศ. 2464 โดยชาวฝรั่งเศสMaxime Guillaume ^[2]เครื่องยนต์ของเขาจะเป็นเทอร์โบเจ็ตแบบไหลตามแนวแกน แต่ไม่เคยถูกสร้างขึ้น เนื่องจากต้องมีการพัฒนาอย่างมากในด้านเทคโนโลยีคอมเพรสเซอร์^[3]

ในปี 1928 นักเรียนนายร้อยแห่งวิทยาลัย RAF Cranwell ของอังกฤษ ^[4] Frank Whittleได้ส่งแนวคิดของเขาเกี่ยวกับเทอร์โบเจ็ตไปยังผู้บังคับบัญชาอย่างเป็นทางการ ในเดือนตุลาคม 1929 เขาได้พัฒนาแนวคิดของเขาต่อไป^[5]เมื่อวันที่ 16 มกราคม 1930 ในอังกฤษ Whittle ได้ยื่นสิทธิบัตรฉบับแรกของเขา (ได้รับในปี 1932) ^[6] สิทธิบัตรดังกล่าวแสดงให้เห็นคอมเพรสเซอร์แกน สองขั้นตอนที่ป้อน คอมเพรสเซอร์แรงเหวี่ยงด้านเดียวคอมเพรสเซอร์แกนที่ใช้งานได้จริงนั้นเป็นไปได้จากแนวคิดของAA Griffithในเอกสารสำคัญในปี 1926 ("ทฤษฎีอากาศพลศาสตร์ของการออกแบบกังหัน") ต่อมา Whittle ได้มุ่งเน้นไปที่คอมเพรสเซอร์แรงเหวี่ยงที่ง่ายกว่าเท่านั้น ด้วยเหตุผลในทางปฏิบัติหลายประการ เครื่องยนต์ Whittle เป็นเทอร์โบเจ็ตเครื่องแรกที่ทำงานคือPower Jets WUเมื่อวันที่ 12 เมษายน 1937 ใช้เชื้อเพลิงเหลว ทีมของวิทเทิลเกือบตกใจเมื่อพยายามสตาร์ทเครื่องยนต์ครั้งแรก เมื่อเครื่องยนต์เร่งความเร็วเกินการควบคุมจนมีความเร็วสูงพอสมควร แม้ว่าระบบจ่ายเชื้อเพลิงจะถูกตัดออกแล้วก็ตาม ในเวลาต่อมา พบว่าเชื้อเพลิงรั่วไหลเข้าไปในห้องเผาไหม้ระหว่างการตรวจสอบก่อนสตาร์ทเครื่องยนต์ และสะสมอยู่ในแอ่งน้ำ ทำให้เครื่องยนต์ไม่หยุดเร่งจนกว่าเชื้อเพลิงที่รั่วไหลจะเผาไหม้หมด วิทเทิลไม่สามารถดึงดูดความสนใจของรัฐบาลให้สนใจสิ่งประดิษฐ์ของเขาได้ และการพัฒนาก็ดำเนินต่อไปอย่างเชื่องช้า

ในประเทศเยอรมนีฮันส์ ฟอน โอไฮน์ได้จดสิทธิบัตรเครื่องยนต์ที่คล้ายคลึงกันในปีพ.ศ. 2478 การออกแบบของเขาซึ่งเป็นเครื่องยนต์ไหลตามแกน ตรงข้ามกับเครื่องยนต์ไหลเหวี่ยงของวิทเทิล ได้รับการนำมาใช้โดยผู้ผลิตส่วนใหญ่ในที่สุดภายในทศวรรษปีพ.ศ. 2493 ^{[7] [8]}

เมื่อวันที่ 27 สิงหาคม 1939 เครื่องบินHeinkel He 178ซึ่งขับเคลื่อนโดยการออกแบบของ von Ohain ได้กลายเป็นเครื่องบินลำแรกของโลกที่บินโดยใช้แรงขับจากเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ต เครื่องบินลำนี้บินโดยนักบินทดสอบErich Warsitz [ ^9]เครื่องบินGloster E.28/39 (เรียกอีกอย่างว่า "Gloster Whittle" "Gloster Pioneer" หรือ "Gloster G.40") เป็นเครื่องบินเจ็ทลำแรกของอังกฤษที่บินได้ในปี 1941 เครื่องบินลำนี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อทดสอบเครื่องยนต์เจ็ท Whittle ในระหว่างการบิน และนำไปสู่การพัฒนาเครื่องบิน Gloster Meteor ^[10]

เครื่องบินเทอร์โบเจ็ตสองลำแรกที่ใช้งานได้คือMesserschmitt Me 262และGloster Meteorเริ่มให้บริการในปี 1944 ใกล้สิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่สองโดยเริ่มให้บริการในเดือนเมษายนและเดือนกรกฎาคม Me 262 มี Meteor เพียงประมาณ 15 ลำเท่านั้นที่เข้าร่วมการรบในสงครามโลกครั้งที่สอง แต่มีการผลิต Me 262 มากถึง 1,400 ลำ โดยมี 300 ลำที่เข้าร่วมการรบ ถือเป็นเครื่องบินเจ็ตที่โจมตีภาคพื้นดินและได้รับชัยชนะในการรบทางอากาศเป็นครั้งแรก^{[11] [12] [13]}

อากาศจะถูกดึงเข้าไปในคอมเพรสเซอร์แบบหมุนผ่านช่องรับอากาศ และถูกอัดให้มีแรงดันสูงขึ้นก่อนที่จะเข้าสู่ห้องเผาไหม้เชื้อเพลิงจะถูกผสมกับอากาศที่ถูกอัดและเผาไหม้ในห้องเผาไหม้ ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้จะออกจากห้องเผาไหม้และขยายตัวผ่านกังหันซึ่ง จะดึง พลังงานออกมาเพื่อขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ ก๊าซที่ออกจากกังหันยังคงมีพลังงานจำนวนมากซึ่งจะถูกแปลงเป็นไอพ่นความเร็วสูงในหัวฉีดขับเคลื่อน

เทอร์โบเจ็ตรุ่นแรกๆ ใช้คอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยง (เช่นในHeinkel HeS 3 ) หรือคอมเพรสเซอร์แบบแกน (เช่นในJunkers Jumo 004 ) ซึ่งทำให้เครื่องยนต์มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กลงแต่ยาวขึ้น การเปลี่ยนใบพัดที่ใช้ในเครื่องยนต์ลูกสูบด้วยไอพ่นไอเสียความเร็วสูงทำให้สามารถบินด้วยความเร็วที่สูงขึ้นได้

การใช้งานเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ตครั้งสุดท้ายคือConcordeซึ่งใช้ เครื่องยนต์ Olympus 593อย่างไรก็ตาม การศึกษาร่วมกันระหว่าง Rolls-Royce และ Snecma สำหรับเครื่องยนต์ SST รุ่นที่สองที่ใช้แกน 593 นั้นทำขึ้นกว่าสามปีก่อนที่ Concorde จะเข้าประจำการ พวกเขาประเมินเครื่องยนต์บายพาสที่มีอัตราส่วนบายพาสระหว่าง 0.1 ถึง 1.0 เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการขึ้นบินและการบินเดินทาง^[14] อย่างไรก็ตาม 593 ตอบสนองข้อกำหนดทั้งหมดของโปรแกรม Concorde ^[15]การประมาณการที่ทำขึ้นในปี 1964 สำหรับการออกแบบ Concorde ที่ Mach 2.2 แสดงให้เห็นว่าค่าปรับในระยะทางสำหรับเครื่องบินโดยสารความเร็วเหนือเสียงในแง่ของไมล์ต่อแกลลอนเมื่อเทียบกับเครื่องบินโดยสารความเร็วต่ำกว่าเสียงที่ Mach 0.85 (Boeing 707, DC-8) นั้นค่อนข้างน้อย เนื่องมาจากแรงต้านที่เพิ่มขึ้นอย่างมากนั้นได้รับการชดเชยโดยประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ที่เพิ่มขึ้นเป็นส่วนใหญ่ (ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้นจากแรงดันกระบอกสูบที่เพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้แรงดันคอมเพรสเซอร์เพิ่มขึ้นตามไปด้วย ยิ่งความเร็วของเครื่องบินสูงขึ้นเท่าใด ความเร็วของเครื่องบินก็จะเข้าใกล้ความเร็วของไอพ่นไอเสียก็จะยิ่งเพิ่มประสิทธิภาพการขับเคลื่อน) ^[16]

เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ตส่งผลกระทบอย่างมากต่อการบินพาณิชย์นอกจากจะให้ความเร็วในการบินที่เร็วกว่าแล้ว เทอร์โบเจ็ตยังมีความน่าเชื่อถือมากกว่าเครื่องยนต์ลูกสูบ โดยบางรุ่นแสดงระดับความน่าเชื่อถือในการจัดส่งเกิน 99.9% เครื่องบินพาณิชย์ก่อนยุคเจ็ตได้รับการออกแบบด้วยเครื่องยนต์มากถึงสี่เครื่อง เนื่องมาจากความกังวลเกี่ยวกับความล้มเหลวระหว่างเที่ยวบิน เส้นทางการบินต่างประเทศถูกวางแผนไว้เพื่อให้เครื่องบินอยู่ห่างจากสนามบินลงจอดไม่เกินหนึ่งชั่วโมง ทำให้เที่ยวบินยาวนานขึ้น ความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้นที่มาพร้อมกับเทอร์โบเจ็ตทำให้สามารถออกแบบด้วยเครื่องยนต์สามและสองเครื่อง และสามารถบินตรงระยะไกลได้มากขึ้น^[17]

โลหะผสมที่ทนอุณหภูมิสูงเป็น เทคโนโลยีสำคัญที่ ฉุดรั้งความก้าวหน้าของเครื่องยนต์ไอพ่น เครื่องยนต์ไอพ่นที่ไม่ใช่ของสหราชอาณาจักรซึ่งผลิตขึ้นในช่วงทศวรรษปี 1930 และ 1940 ต้องได้รับการยกเครื่องใหม่ทุกๆ 10 หรือ 20 ชั่วโมงเนื่องจากเกิดการคืบคลานและใบพัดได้รับความเสียหายประเภทอื่นๆ อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ของอังกฤษใช้ โลหะผสม Nimonicซึ่งทำให้สามารถใช้งานได้ยาวนานโดยไม่ต้องยกเครื่อง เช่น เครื่องยนต์Rolls-Royce WellandและRolls-Royce Derwent [ ^18]และในปี 1949 เครื่องยนต์De Havilland Goblinซึ่งได้รับการทดสอบประเภทเป็นเวลา 500 ชั่วโมงโดยไม่ต้องบำรุงรักษา^[19]จนกระทั่งในช่วงทศวรรษปี 1950 เทคโนโลยี โลหะผสมพิเศษ จึง ทำให้ประเทศอื่นๆ สามารถผลิตเครื่องยนต์ที่ใช้งานได้จริงในเชิงเศรษฐกิจได้^[20]

เทอร์โบเจ็ตของเยอรมันในยุคแรกมีข้อจำกัดอย่างมากเกี่ยวกับปริมาณการทำงานที่สามารถทำได้เนื่องจากขาดวัสดุที่ทนอุณหภูมิสูงที่เหมาะสมสำหรับกังหัน เครื่องยนต์ของอังกฤษ เช่น Rolls -Royce Wellandใช้วัสดุที่ดีกว่าซึ่งทำให้มีความทนทานมากขึ้น เครื่องยนต์ Welland ได้รับการรับรองประเภทเป็นเวลา 80 ชั่วโมงในช่วงแรก และต่อมาขยายเป็น 150 ชั่วโมงระหว่างการยกเครื่อง เนื่องจากสามารถทำงานต่อเนื่องได้นานถึง 500 ชั่วโมงในการทดสอบ^[21]

บริษัทเจเนอรัลอิเล็กทริกในสหรัฐอเมริกาอยู่ในตำแหน่งที่ดีในการเข้าสู่ธุรกิจเครื่องยนต์ไอพ่นเนื่องจากประสบการณ์กับวัสดุที่ทนอุณหภูมิสูงที่ใช้ในเทอร์โบซูเปอร์ชาร์จเจอร์ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง^[22]

การฉีดน้ำเป็นวิธีการทั่วไปที่ใช้เพื่อเพิ่มแรงขับ โดยปกติแล้วในระหว่างการบินขึ้น ในเทอร์โบเจ็ตยุคแรกๆ ที่มีแรงขับจำกัดตามอุณหภูมิที่กังหันจะเข้าได้ น้ำจะเพิ่มแรงขับที่ขีดจำกัดอุณหภูมิ แต่ป้องกันไม่ให้เกิดการเผาไหม้อย่างสมบูรณ์ โดยมักจะทิ้งร่องรอยของควันที่มองเห็นได้ชัดเจน

อุณหภูมิที่อนุญาตให้เข้าสู่กังหันเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่อเวลาผ่านไป ทั้งจากการนำโลหะผสมและสารเคลือบคุณภาพสูงมาใช้ และจากการนำการออกแบบระบายความร้อนของใบพัดมาใช้และประสิทธิภาพที่เพิ่มมากขึ้น ในเครื่องยนต์ยุคแรก นักบินจะต้องตรวจสอบและหลีกเลี่ยงขีดจำกัดอุณหภูมิของกังหัน โดยปกติแล้วจะเกิดขึ้นระหว่างการสตาร์ทและที่การตั้งค่าแรงขับสูงสุด มีการนำการจำกัดอุณหภูมิอัตโนมัติมาใช้เพื่อลดภาระงานของนักบินและลดโอกาสที่กังหันจะเสียหายเนื่องจากอุณหภูมิที่สูงเกินไป

กระสุนหัวเครื่องเป็นส่วนประกอบของเทอร์โบเจ็ตที่ใช้ในการเบี่ยงอากาศเข้าไปในช่องไอดี ด้านหน้าของไดรฟ์อุปกรณ์เสริม และเพื่อรองรับมอเตอร์สตาร์ท

จำเป็นต้องมีท่อไอดีหรือท่อที่อยู่ด้านหน้าคอมเพรสเซอร์เพื่อช่วยส่งอากาศที่เข้ามา ไปยังใบพัดคอมเพรสเซอร์ที่หมุนอยู่ได้ อย่างราบรื่นเครื่องยนต์รุ่นเก่าจะมีใบพัดแบบอยู่กับที่ด้านหน้าใบพัดที่เคลื่อนที่ ใบพัดเหล่านี้ยังช่วยส่งอากาศไปที่ใบพัดอีกด้วย อากาศที่ไหลเข้าไปในเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ตจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ช้ากว่าเสียงเสมอ ไม่ว่าเครื่องบินจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าใดก็ตาม

ช่องรับอากาศจะต้องจ่ายอากาศให้กับเครื่องยนต์โดยมีการเปลี่ยนแปลงความดันเพียงเล็กน้อย (เรียกว่า การบิดเบือน) และสูญเสียพลังงานระหว่างทางให้น้อยที่สุด (เรียกว่า การฟื้นคืนความดัน) การเพิ่มขึ้นของแรงดันกระบอกสูบในช่องรับอากาศคือปัจจัยที่ช่องรับอากาศมีส่วนสนับสนุนต่ออัตราส่วนความดันโดยรวมและประสิทธิภาพเชิงความร้อน ของระบบ ขับเคลื่อน

ช่องรับอากาศจะมีบทบาทสำคัญมากขึ้นเมื่อเกิดแรงอัดมากกว่าขั้นตอนคอมเพรสเซอร์ ตัวอย่างที่รู้จักกันดี ได้แก่ระบบขับเคลื่อน Concorde และ Lockheed SR-71 Blackbird ซึ่งไอดีและเครื่องยนต์มีส่วนทำให้แรงอัดรวมอยู่ที่ 63%/8% ^[23]ที่ความเร็ว Mach 2 และ 54%/17% ^[24]ที่ความเร็ว Mach 3+ ช่องรับอากาศมีตั้งแต่ "ความยาวศูนย์" ^[25]บน ระบบ เทอร์โบแฟนPratt & Whitney TF33 ในเครื่องบินLockheed C-141 Starlifterไปจนถึงช่องรับอากาศคู่ยาว 65 ฟุต (20 ม.) บนเครื่องบินNorth American XB-70 Valkyrieซึ่งแต่ละช่องจะจ่ายอากาศเข้าเครื่องยนต์สามเครื่องด้วยอัตราการไหลของอากาศเข้าประมาณ 800 ปอนด์ต่อวินาที (360 กก./วินาที)

กังหันจะหมุนคอมเพรสเซอร์ด้วยความเร็วสูง โดยเพิ่มพลังงานให้กับกระแสลมในขณะที่บีบ (บีบอัด) อากาศให้มีขนาดเล็กลง การอัดอากาศจะเพิ่มแรงดัน และอุณหภูมิของอากาศ ยิ่งคอมเพรสเซอร์มีขนาดเล็กเท่าไร คอมเพรสเซอร์ก็จะหมุนเร็วขึ้นเท่านั้น พัดลม GE90-115B (ขนาดใหญ่) หมุนด้วยความเร็วประมาณ 2,500 รอบต่อนาที ในขณะที่คอมเพรสเซอร์เครื่องยนต์เฮลิคอปเตอร์ขนาดเล็กหมุนด้วยความเร็วประมาณ 50,000 รอบต่อนาที

เทอร์โบเจ็ตจะจ่ายอากาศระบายออกจากคอมเพรสเซอร์ไปยังเครื่องบินเพื่อการทำงานของระบบย่อยต่างๆ ตัวอย่างเช่นระบบควบคุมสิ่งแวดล้อม ระบบป้องกันน้ำแข็งและการเพิ่มแรงดันในถังเชื้อเพลิง เครื่องยนต์ต้องการอากาศที่ความดันและอัตราการไหลต่างๆ เพื่อให้เครื่องยนต์ทำงาน อากาศนี้มาจากคอมเพรสเซอร์ และถ้าไม่มีอากาศ กังหันก็จะร้อนเกินไป น้ำมันหล่อลื่นจะรั่วจากโพรงลูกปืน ลูกปืนกันแรงขับของโรเตอร์จะลื่นไถลหรือรับน้ำหนักเกิน และน้ำแข็งจะเกาะที่จมูกเครื่องบิน อากาศจากคอมเพรสเซอร์ซึ่งเรียกว่าอากาศรอง ใช้ในการระบายความร้อนของกังหัน ปิดผนึกโพรงลูกปืน ป้องกันน้ำแข็ง และเพื่อให้แน่ใจว่าภาระแกนของโรเตอร์ที่กระทำกับลูกปืนกันแรงขับจะไม่ทำให้เครื่องยนต์สึกหรอก่อนเวลาอันควร การจ่ายอากาศระบายไปยังเครื่องบินจะทำให้ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ลดลงเนื่องจากถูกอัด แต่จะไม่ส่งผลต่อการสร้างแรงขับ

คอมเพรสเซอร์แบบต่างๆ ที่ใช้ในเทอร์โบเจ็ตโดยทั่วไปจะเป็นแบบแกนหรือแบบแรงเหวี่ยง คอมเพรสเซอร์เทอร์โบเจ็ตในยุคแรกมีอัตราส่วนแรงดันต่ำถึงประมาณ 5:1 การปรับปรุงด้านอากาศพลศาสตร์รวมถึงการแบ่งคอมเพรสเซอร์ออกเป็นสองส่วนที่หมุนแยกกัน การรวมมุมใบพัดที่ปรับได้สำหรับใบพัดนำทางเข้าและสเตเตอร์ และการไล่อากาศออกจากคอมเพรสเซอร์ ทำให้เทอร์โบเจ็ตรุ่นหลังมีอัตราส่วนแรงดันรวม 15:1 หรือมากกว่านั้น หลังจากออกจากคอมเพรสเซอร์แล้ว อากาศจะเข้าสู่ห้องเผาไหม้

กระบวนการเผาไหม้ในเครื่องเผาไหม้มีความแตกต่างอย่างมากจาก กระบวนการเผาไหม้ ในเครื่องยนต์ลูกสูบ ในเครื่องยนต์ลูกสูบ ก๊าซที่เผาไหม้จะถูกจำกัดให้มีปริมาตรเล็กน้อย และเมื่อเชื้อเพลิงเผาไหม้ แรงดันก็จะเพิ่มขึ้น ในเทอร์โบเจ็ต ส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงจะถูกเผาไหม้ในเครื่องเผาไหม้และผ่านไปยังกังหันในกระบวนการไหลต่อเนื่องโดยไม่มีการสร้างแรงดัน ในทางกลับกัน ความดันที่สูญเสียไปเล็กน้อยจะเกิดขึ้นในเครื่องเผาไหม้

ส่วนผสมเชื้อเพลิงและอากาศสามารถเผาไหม้ได้ในอากาศที่เคลื่อนที่ช้าเท่านั้น ดังนั้นหัวฉีดเชื้อเพลิงจึงรักษาพื้นที่การไหลย้อนกลับไว้สำหรับการเผาไหม้ที่มีอัตราส่วนสโตอิชิโอเมตริกโดยประมาณในโซนหลัก จากนั้นจึงเติมอากาศอัดเพิ่มเติมเข้าไป ซึ่งจะทำให้กระบวนการเผาไหม้เสร็จสมบูรณ์ และลดอุณหภูมิของผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ให้อยู่ในระดับที่กังหันรับได้ โดยทั่วไปแล้ว อากาศจะถูกใช้สำหรับการเผาไหม้น้อยกว่า 25% เนื่องจากต้องใช้ส่วนผสมที่บางโดยรวมเพื่อให้คงอยู่ภายในขีดจำกัดอุณหภูมิของกังหัน

ก๊าซร้อนที่ออกจากห้องเผาไหม้จะขยายตัวผ่านกังหัน วัสดุทั่วไปสำหรับกังหัน ได้แก่อินโคเนลและนิโมนิก [ ^26]ใบพัดและใบพัดของกังหันที่ร้อนที่สุดในเครื่องยนต์จะมีช่องระบายความร้อนภายใน อากาศจากคอมเพรสเซอร์จะผ่านช่องเหล่านี้เพื่อรักษาอุณหภูมิของโลหะให้อยู่ในขีดจำกัด ส่วนขั้นตอนที่เหลือไม่จำเป็นต้องระบายความร้อน

ในระยะแรก กังหันเป็นกังหันแบบพัลส์ (คล้ายกับเพลตันวีล ) และหมุนเนื่องจากแรงกระแทกของกระแสก๊าซร้อน ในระยะต่อมาจะเป็นท่อรวมที่เร่งความเร็วของก๊าซ พลังงานจะถูกถ่ายโอนไปยังเพลาผ่านการแลกเปลี่ยนโมเมนตัมในลักษณะตรงข้ามกับการถ่ายโอนพลังงานในคอมเพรสเซอร์ พลังงานที่พัฒนาขึ้นโดยกังหันจะขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์และอุปกรณ์เสริม เช่น เชื้อเพลิง น้ำมัน และปั๊มไฮดรอลิก ซึ่งขับเคลื่อนโดยกล่องเกียร์เสริม

หลังจากกังหัน ก๊าซจะขยายตัวผ่านหัวฉีดไอเสีย ทำให้เกิดไอพ่นความเร็วสูง ในหัวฉีดที่บรรจบกัน ท่อจะแคบลงเรื่อยๆ จนถึงคอท่อ อัตราส่วนแรงดันของหัวฉีดบนเทอร์โบเจ็ตจะสูงเพียงพอที่การตั้งค่าแรงขับที่สูงขึ้น เพื่อทำให้หัวฉีดสำลัก

อย่างไรก็ตาม หาก ติดตั้ง หัวฉีดเดอ ลาวาล แบบบรรจบ-แยกออกจากกัน ส่วนที่แยกออกจากกัน (พื้นที่การไหลที่เพิ่มขึ้น) จะทำให้ก๊าซเข้าถึงความเร็วเหนือเสียงภายในส่วนที่แยกออกจากกัน แรงขับเพิ่มเติมจะเกิดขึ้นจากความเร็วไอเสียที่สูงขึ้นที่เกิดขึ้น

แรงขับมักเพิ่มขึ้นมากที่สุดในเทอร์โบเจ็ตที่มีการฉีดน้ำ/เมทานอลหรือการเผาไหม้ต่อเนื่องเครื่องยนต์บางรุ่นใช้ทั้งสองวิธี

การฉีดของเหลวได้รับการทดสอบกับPower Jets W.1ในปี 1941 โดยเริ่มแรกใช้แอมโมเนียก่อนจะเปลี่ยนเป็นน้ำแล้วจึงเปลี่ยนเป็นน้ำ-เมทานอล ระบบเพื่อทดลองใช้เทคนิคนี้ในGloster E.28/39ได้ถูกคิดค้นขึ้นแต่ก็ไม่เคยนำมาใช้จริง^[27]

เครื่องเผาไหม้หลังหรือ "ท่อไอพ่นอุ่นซ้ำ" คือห้องเผาไหม้ที่เพิ่มเข้ามาเพื่ออุ่นก๊าซไอเสียของกังหันอีกครั้ง การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงนั้นสูงมาก โดยทั่วไปแล้วจะสูงกว่าเครื่องยนต์หลักถึง 4 เท่า เครื่องเผาไหม้หลังมักใช้กับเครื่องบินที่บินด้วยความเร็วเหนือเสียง เท่านั้น โดยส่วนใหญ่เป็นเครื่องบินทางทหาร เครื่องบินโดยสารที่บินด้วยความเร็วเหนือเสียง 2 ลำ ได้แก่ คอนคอร์ด และตู-144ก็ใช้เครื่องเผาไหม้หลังเช่นกัน เช่นเดียวกับ เครื่องบินบรรทุก ของ Scaled Composites White Knightซึ่งเป็นเครื่องบินทดลองสำหรับยานอวกาศ ที่บินด้วย ความเร็วต่ำกว่าวงโคจรSpaceShipOne

Reheat ได้รับการทดลองบินในปีพ.ศ. 2487 โดยใช้ เครื่องยนต์ W.2/700ในเครื่องบินGloster Meteor I [ ^28]

แรงขับ สุทธิของเทอร์โบเจ็ตจะกำหนดโดย: ^{[29] [30]}${\displaystyle F_{N}\;}$

${\displaystyle F_{N}=({\dot {m}}_{air}+{\dot {m}}_{f})V_{j}-{\dot {m}}_{air}V}$

ที่ไหน:

${\displaystyle {\dot {m}}_{air}}$	คืออัตราการไหลของอากาศผ่านเครื่องยนต์
${\displaystyle {\dot {m}}_{f}}$	คืออัตราการไหลของเชื้อเพลิงเข้าสู่เครื่องยนต์
${\displaystyle V_{j}\;}$	คือความเร็วของไอพ่น (ไอเสีย) และถือว่าน้อยกว่าความเร็วเสียง
${\displaystyle V\;}$	คือความเร็วอากาศที่แท้จริงของเครื่องบิน
${\displaystyle ({\dot {m}}_{air}+{\dot {m}}_{f})V_{j}}$	แทนค่าแรงขับรวมของหัวฉีด
${\displaystyle {\dot {m}}_{air}V}$	แสดงถึงแรงลากของไอดี

หากความเร็วของเจ็ตเท่ากับความเร็วเสียงหัวฉีดจะเรียกว่า " อุดตัน " หากหัวฉีดอุดตัน ความดันที่ระนาบทางออกของหัวฉีดจะมากกว่าความดันบรรยากาศ และต้องเพิ่มเงื่อนไขเพิ่มเติมในสมการข้างต้นเพื่อคำนึงถึงแรงขับดันของความดัน^[31]

อัตราการไหลของเชื้อเพลิงที่เข้าสู่เครื่องยนต์นั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับอัตราการไหลของอากาศ^[29]หากไม่นับการมีส่วนสนับสนุนของเชื้อเพลิงต่อแรงขับรวมของหัวฉีด แรงขับสุทธิจะเป็นดังนี้:

${\displaystyle F_{N}={\dot {m}}_{air}(V_{j}-V)}$

ความเร็วของเจ็ตจะต้องเกินความเร็วอากาศที่แท้จริงของเครื่องบินหากต้องการให้มีแรงขับไปข้างหน้าสุทธิบนโครงเครื่องบิน ความเร็วสามารถคำนวณได้ทางอุณหพลศาสตร์โดยอาศัยการขยายตัวของอากาศแบบอะเดียแบติก^[32]${\displaystyle V_{j}\;}$${\displaystyle V\;}$${\displaystyle V_{j}\;}$

การทำงานของเทอร์โบเจ็ตถูกจำลองโดยประมาณโดยใช้รอบ Brayton

ประสิทธิภาพของกังหันก๊าซจะเพิ่มขึ้นโดยการเพิ่มอัตราส่วนความดันโดยรวม ซึ่งต้องใช้คอมเพรสเซอร์ที่มีอุณหภูมิสูงขึ้น และการเพิ่มอุณหภูมิทางเข้ากังหัน ซึ่งต้องใช้คอมเพรสเซอร์ที่มีวัสดุที่ดีกว่า และ/หรือการปรับปรุงการระบายความร้อนของใบพัด/ใบพัด นอกจากนี้ ยังเพิ่มขึ้นโดยการลดการสูญเสียขณะที่การไหลเคลื่อนตัวจากช่องรับอากาศไปยังหัวฉีดขับเคลื่อน การสูญเสียเหล่านี้จะถูกวัดโดยประสิทธิภาพของคอมเพรสเซอร์และกังหัน และการสูญเสียความดันในท่อ เมื่อใช้งานในแอปพลิเคชันเทอร์โบเจ็ต ซึ่งเอาต์พุตจากกังหันก๊าซจะถูกใช้ในหัวฉีดขับเคลื่อน การเพิ่มอุณหภูมิของกังหันจะเพิ่มความเร็วของเจ็ต ที่ความเร็วต่ำกว่าเสียงปกติ ประสิทธิภาพการขับเคลื่อนจะลดลง ทำให้เกิดการสูญเสียโดยรวม ซึ่งสะท้อนให้เห็นจากการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่สูงขึ้น หรือที่เรียกว่า SFC ^[33]อย่างไรก็ตาม สำหรับเครื่องบินที่ความเร็วเหนือเสียง สิ่งนี้อาจเป็นประโยชน์ และเป็นส่วนหนึ่งของเหตุผลที่ Concorde ใช้เทอร์โบเจ็ต ระบบเทอร์โบเจ็ตเป็นระบบที่ซับซ้อน ดังนั้น เพื่อให้มั่นใจว่าระบบดังกล่าวจะทำงานได้อย่างเหมาะสมที่สุด จึงมีความเรียกร้องให้มีการพัฒนาโมเดลใหม่ๆ เพื่อยกระดับระบบควบคุมเพื่อนำความรู้ล่าสุดจากด้านระบบอัตโนมัติมาใช้ เพื่อเพิ่มความปลอดภัยและประสิทธิผล^[34]

• ระบบสตาร์ทด้วยอากาศ
• เครื่องยนต์ภายนอกโครงกระดูก
• รถเจ็ท
• เครื่องยนต์เทอร์ไบน์ขัดข้อง
• การพัฒนาเทอร์โบเจ็ตที่ RAE
• เครื่องยนต์รอบแปรผัน

• Springer, Edwin H. (2001). การสร้างเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ตแบบเทอร์โบชาร์จเจอร์ Turbojet Technologies

• เอริช วาร์ซิตซ์ นักบินเครื่องบินเจ็ตคนแรกของโลก: มีวิดีโอหายาก (Heinkel He 178) และคำบรรยายเสียง
• คำอธิบายเครื่องยนต์ลูกสูบของ NASA: รวมถึงโมเดลซอฟต์แวร์
• ความเป็นไปได้ของระบบขับเคลื่อนไอพ่น: การสำรวจในปี พ.ศ. 2484 พร้อมการอภิปรายการออกแบบเชิงทดลองในช่วงทศวรรษปี ค.ศ. 1920 และ 1930
• เอกสาร Whittle Power Jet – จดหมายโต้ตอบจากคลังเอกสารของ Peterhouse, Cambridge College ที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนา เครื่องยนต์ลูกสูบ ของ WhittleในCambridge Digital Library
• [1]