Sinds het eerste zweefvliegtuig een korte testvlucht maakte in het jaar 1891, is er veel veranderd aan de techniek waarmee vliegtuigen steeds grotere afstanden kunnen overbruggen. De eerste gemotoriseerde vliegtuigen maakten gebruik van een of meerdere propellers, en in de tijd van de Tweede Wereldoorlog begon de opkomst van de straalmotor. Tegenwoordig vliegen bijna alle grote verkeersvliegtuigen met straalmotoren, waar meerdere verschillende types van bestaan. Het meest gebruikte type is de turbofan. In onderstaand filmpje zie je hoe zo’n motor werkt en hoe een vliegtuig in de lucht blijft.
Bekijk in de film hoe een straalvliegtuig werkt.
Lees de informatie uit het filmpje nog eens rustig na
Figuur 1: Schematische weergave van de binnenkant van een turbofan-motor. 1: fan, 2: compressor, 3: verbrandingskamer, 4: turbines. Aan de voorkant wordt koude lucht de motor in gezogen, die er aan de achterkant met veel hogere temperatuur, druk en snelheid weer uit komt en zo het vliegtuig voortstuwt.
In figuur 1 zie je schematisch hoe een turbofan-straalmotor is opgebouwd. Aan de voorkant zit een grote propeller (1), oftewel fan in het engels. Nu begrijp je meteen hoe de turbofan-motor aan zijn naam komt.
Als deze propeller draait, zuigt hij constant lucht de motor in. Een deel van die lucht gaat de compressor (2) in. Die bestaat uit een aantal achter elkaar geplaatste fans, waarvan er een aantal draaien en een aantal stilstaan. Doordat de lucht daar doorheen moet, en doordat de buis waar de compressor in zit bovendien steeds smaller wordt, wordt de lucht sterk samengeperst.
Die samengeperste lucht komt terecht in de verbrandingskamer (3). Daar wordt kerosine, de brandstof van het vliegtuig, bij de lucht gespoten. Omdat die lucht zo sterk samengeperst, en bovendien sterk opgewarmd is, verbrandt die kerosine meteen. Bij die verbranding ontstaat nog veel hetere lucht, die de motor met hoge snelheid weer verlaat en zo het vliegtuig vooruit stuwt.
Achter de verbrandingskamer zitten ook de turbines (4). Die worden aangedreven door de hete lucht die er langs stroomt, en ze staan zelf weer via een as in verbinding met de fan en de compressor. Die worden op die manier dus aangedreven door de hete uitlaatlucht.
Andere straalmotoren
De turbofan is niet het enige type straalmotor. Veel militaire vliegtuigen vliegen bijvoorbeeld met zogenaamde turbojets. Het grooste verschil met turbofans is dat álle aangezogen lucht de compressor in gaat, in plaats van slechts een deel. Zo’n motor kan hogere snelheden bereiken, maar maakt wel veel meer lawaai en kost ook meer brandstof. Het voordeel van een turbofan-motor is dat de lucht die níet in de compressor terecht komt, aan de achterkant van de motor weer bij de warme uitlaatlucht gemengd wordt. Dat zorgt ervoor dat de motor een stuk minder lawaai maakt.
De wet van Bernoulli
Maar hoe blijft zo’n zwaar vliegtuig nou in de lucht? Daarvoor gebruikt men een truc die is afgekeken van vogels. De vleugels hebben een speciale vorm (zie figuur 2). Aan de bovenkant zijn de vleugels bol, maar aan de onderkant vlak. Daardoor moet de lucht die langs de bovenkant van de vleugels stroomt, een langere weg afleggen dan de lucht aan de onderkant. Omdat de lucht toch evensnel aan de achterkant van de vleugel aan moet komen, stroomt de lucht aan de bovenkant sneller.En nu komt een natuurkundige wet om de hoek kijken: de Wet van Bernoulli. Die wet zegt (kort samengevat) het volgende:
Hoe sneller lucht langs een voorwerp stroomt, des te lager is de druk op dat voorwerp.
Dat zorgt ervoor dat de langzame lucht aan de onderkant van de vleugel veel harder tegen de vleugel duwt dan de snelle lucht aan de bovenkant. En als het vliegtuig maar snel genoeg vooruit gaat, is dat verschil genoeg om het hele geval op te tillen en in de lucht te houden…
Figuur 2: De vleugels hebben een speciale vorm, waardoor de lucht langs de bovenkant sneller stroomt dan langs de onderkant. Dat is een truc die afgekeken is van de vleugels van vogels.