Ei kyse ole sotilaallisesta vs. siviilikäyttöön tarkoitetusta moottorista, vaan ääntä hitaammin lentävästä vs. ääntä hitaammin lentävään yliäänitehoon kykenevästä moottorista

Huomattakoon, että ääntä hitaammin lentävissä sotilaskäyttöön tarkoitetuissa sotilaslentokoneissa käytetään samoja moottoreita kuin siviililentokoneissakin, vaikka nimet saattavatkin olla erilaiset.

Eroja syntyy vain silloin, kun lentokone suunnitellaan lentämään yliäänellä. Tämä edellyttää hyvin erilaista lähestymistapaa moottorin integrointiin:

• Yliäänilentokoneiden moottorit asennetaan lähelle keskilinjaa. Jos mahdollista, ne ovat suoraan imuaukkojen takana, jotta imuvirtauksen ei tarvitse muuttaa suuntaa. SR-71:n kaltaiset poikkeukset ovat harvinaisia.
• Yliäänilentokoneiden imuaukot ovat pidempiä ja teräväreunaisia, toisin kuin aliäänilentokoneiden lyhyet, tylpät imuaukot. Useimmissa on myös muuttuva geometria, jotta ne pystyvät sopeutumaan hyvin erilaisiin virtausolosuhteisiin yliäänen nopeudessa.
• Koska imuaukon tehtävänä on hidastaa moottoriin menevää ilmaa, yliääniautojen imuaukoissa ei voi olla suurta kaappauspinta-alaa, sillä muuten niiden yliäänilennossa aiheuttama ylivuotovastus olisi liian suuri. Yliäänimoottoreiden on tuotettava työntövoimansa paljon pienemmällä ilmamassalla kuin puhtaasti aliäänimoottoreiden. Unohda häive, tämä on todellinen syy yliäänikykyisten moottoreiden pienempiin halkaisijoihin.
• Yliäänikoneen suutin on myös muuttuva, toisin kuin aliäänikoneiden kiinteä suutin. Tämä taas auttaa säätämään sitä virtausolosuhteisiin, mutta tässä tapauksessa suurin ero on uudelleenlämmitys päällä ja pois päältä. Jälkipolttomoottorit kykenevät paljon suurempiin poistumisnopeuksiin pienemmän halkaisijansa kompensoimiseksi. Ne kiihdyttävät vähemmän ilmaa suuremmalle nopeudelle vastaavan työntövoiman aikaansaamiseksi.
• Viimeinen kohta mainittiin, mutta se ansaitsee oman luodin: Yliäänimoottorit käyttävät jälkipolttimia, jotta työntövoima riittäisi yliäänilentoon ylipäätään. Kuumilla pakokaasuilla on paljon suurempi tilavuus kuin kylmällä imuvirralla, mikä on otettava huomioon laajentamalla suutinta.

Huomaa, että siviilikäyttöön tarkoitetussa Concordessa käytettiin myös muuttuvaa imuaukkoa ja suutinta sekä jälkipolttimia. Siinä oli moottori, jota käytettiin aiemmin BAC TSR-2:ssa, joka oli yliäänikäinen sotilaslentokone.

Todellinen ero ei ole siviili- ja sotilaslentokoneiden välillä, vaan puhtaasti ääntä hitaammin lentävien ja ääntä hitaammin lentävien välillä. Aluksi molemmat saavutettiin samoilla moottoreilla. Edellä mainittua J-57:ää käytettiin myös yliäänikäisessä F-100-sotilassuihkukoneessa. Vasta 1960-luvulla nämä linjat erkanivat toisistaan, ja aliäänikoneissa kasvoi yhä suurempia matalapainekompressorivaiheita. Näitä taas pyörittivät yliäänikoneissa käytetyt korkeapaineytimet.

Tausta

Työntövoima on ilman massavirta kerrottuna moottorin lento- ja suuttimen nopeuden erotuksella. Työntövoiman lisäämiseksi aliäänimoottorit pyrkivät maksimoimaan massavirran (lisäämällä ohitussuhdetta), kun taas yliäänimoottorit luottavat enemmän suuttimen nopeuden lisäämiseen (käyttämällä jälkipolttimia). Koska nettotyöntövoima on mahdollista vain silloin, kun ulostulonopeudet ovat suurempia kuin lentonopeus, moottorin ulostulonopeuden on kasvettava suunnitellun lentonopeuden myötä.

Ydinmoottorit eivät juurikaan eroa toisistaan – loppujen lopuksi imu huolehtii siitä, että ilma pääsee moottoriin Machin nopeudella 0,4-0,5 lentonopeudesta riippumatta. General Electricin F110:n (asennettu mm. F-15- ja F-16-hävittäjiin) ytimestä tuli Boeing 737:ssä tai Airbus A320:ssa käytettävän CFM-56-turbiinimoottorin ydin. Suurin ero on niiden ohitussuhteessa. Mitä hitaampi suunnittelunopeus on, sitä suurempi ohitussuhde voi olla. Hyvin alhaisella nopeudella vaihteeton, suojattu puhallin vaihdetaan vaihteelliseen, vapaasti pyörivään potkuriin, toisin sanoen suihkukone muuttuu potkuriturbiiniksi. Imu ja suutin ovat kuitenkin hyvin erilaiset.

Optimaalinen ohitussuhde muuttuu jatkuvasti, mutta koska vetovastuskerroin laskee Mach 1:n ylityksen jälkeen, lentokoneet suunnitellaan joko maksimissaan Mach-lukua 0,9 tai alle tai 1,6 tai yli. Vastaavat ohitussuhteet ovat nykyään jopa 12 aliäänimoottoreille ja alle 1 yliäänimoottoreille. Tämä tuottaa jyrkän rajan äänennopeudessa, ja monet yliäänilentoon suunnitellut sotilasmoottorit menettivät jälkipolttimensa ja varustettiin isolla tuulettimella, jolloin niistä tuli aliäänisten liikennelentokoneiden moottoreita.

Eroavaisuudet ali- ja yliäänimoottoreiden välillä kasvavat sitä suuremmiksi, mitä kauemmaksi niiden ytimestä siirrytään. Korkeapainekompressori, polttokammio ja korkeapaineturbiini näyttävät ja toimivat samalla tavalla, mutta aliäänimoottoreiden matalapainekompressori nielee paljon enemmän ilmaa ja sen halkaisija on paljon suurempi. Yliäänimoottoreissa puolestaan on useimmiten jälkipoltin. Suurimmat erot ovat kuitenkin imuaukoissa (suuri, tylpillä huulilla varustettu pitot-imuaukko ääntä hitaammissa lentokoneissa ja säädettävä piikki- tai ramppi-imuaukko ääntä nopeammissa lentokoneissa) ja suuttimessa (kiinteä imuaukko ääntä hitaammissa lentokoneissa ja monimutkainen, säädettävä, konvergentti-divergentti suutin ääntä nopeammissa lentokoneissa). Tämä johtuu hyvin erilaisista ilman nopeuksista ja paljon suuremmista ulostulonopeuksista, joita vaaditaan yliäänilennossa.

Katsokaa yllä olevan kuvan (lähde) XB-70:n ilmanotto-osaa. Sisäänottoalue on melko pieni, ja sen jälkeen imuputki laajenee ilmavirran hidastumisen mahdollistamiseksi. Imuosan kaltevat sivuseinät aiheuttavat paljon vastusta Mach 3:ssa. Ajattele nyt, että kuusi GE YJ-93:a korvataan moottoreilla, joiden halkaisija on vielä suurempi. Vielä tylsemmästä imuaukosta johtuva aaltovastuksen lisääntyminen kumoaisi kaikki suuremman ohivirtaussuhteen edut.

Mitä on vähemmän ilmeistä, on se, että tämä imuosa tuottaa myös ehkä puolet työntövoiman kokonaisvoimasta. Mutta tämä vastaus on jo liian pitkä, joten säästän tämän toiseen vastaukseen.