Prawidłowe przypisanie krzywych: 1 – prędkość, 2 – ciśnienie, 3 – temperatura dokładnie odpowiada temu, co faktycznie dzieje się ze strumieniem powietrza w turbinowym silniku odrzutowym wzdłuż kanału przepływowego. W części wlotowej i w sprężarce prędkość (krzywa 1) rośnie umiarkowanie – łopatki sprężarki przyspieszają przepływ, ale główny „zysk” energetyczny idzie w ciśnienie. Dlatego ciśnienie (krzywa 2) rośnie bardzo wyraźnie w strefie sprężania. To jest podstawowy cel sprężarki: podnieść ciśnienie całkowite powietrza przed komorą spalania, zgodnie z zasadami termodynamiki silników tłokowych i turbinowych (cykl Braytona/Joule’a). Temperatura (krzywa 3) w sprężarce też rośnie, ale łagodniej, bo wzrost temperatury jest skutkiem ubocznym sprężania adiabatycznego i strat. W komorze spalania sytuacja wygląda inaczej: ciśnienie praktycznie pozostaje prawie stałe (krzywa 2 jest tam prawie pozioma), bo palniki są tak projektowane, żeby spalanie zachodziło przy minimalnym spadku ciśnienia – to jest jedna z kluczowych zasad dobrej konstrukcji komór spalania według standardów producentów silników i norm certyfikacyjnych EASA/FAA. Za to temperatura gwałtownie rośnie (krzywa 3 ostro w górę), bo do sprężonego powietrza wtryskiwane jest paliwo i następuje intensywne spalanie. Prędkość w komorze spalania zwykle jest kontrolowana tak, aby płomień był stabilny, więc nie rośnie tam dramatycznie. Za turbiną i w dyszy wylotowej mamy etap rozprężania. Turbina odbiera część energii gazów: ciśnienie (krzywa 2) spada, temperatura (krzywa 3) też wyraźnie maleje, bo energia cieplna zamieniana jest na pracę mechaniczną wirnika. W samej dyszy wylotowej rozprężanie jest już głównie kinetyczne: ciśnienie spada w kierunku ciśnienia otoczenia, temperatura dalej trochę maleje, natomiast prędkość (krzywa 1) bardzo rośnie – to właśnie ta duża prędkość strumienia spalin generuje ciąg, zgodnie z II zasadą dynamiki Newtona i równaniem pędu. W praktyce, patrząc na wykresy z dokumentacji silników, zawsze zobaczysz podobny układ: duży wzrost ciśnienia w sprężarce, skok temperatury w komorze spalania i maksymalną prędkość za dyszą. Moim zdaniem warto ten schemat mieć „w głowie”, bo pomaga rozumieć wskazania czujników EGT, N1/N2 i ciśnień w trakcie diagnostyki i obsługi liniowej silników.
W tym zadaniu łatwo się pomylić, bo prędkość, ciśnienie i temperatura faktycznie zmieniają się jednocześnie, ale każdy z tych parametrów ma charakterystyczny „podpis” w poszczególnych sekcjach silnika. Kluczowe jest zrozumienie, co jest głównym celem sprężarki, komory spalania i dyszy. Typowy błąd polega na automatycznym łączeniu największego skoku na wykresie z ciśnieniem, podczas gdy w rzeczywistości największy gwałtowny skok w komorze spalania dotyczy temperatury, a nie ciśnienia. Sprężarka jest zaprojektowana tak, żeby przede wszystkim zwiększyć ciśnienie powietrza. Dlatego krzywa reprezentująca ciśnienie musi wyraźnie rosnąć w sekcji sprężania, a potem w komorze spalania utrzymywać się na mniej więcej stałym poziomie. Jeżeli na wykresie wybierzemy krzywą, która ma ogromny pik w obszarze spalania i przypiszemy ją do ciśnienia, to jest to sprzeczne z zasadą działania komory spalania typu „stałe ciśnienie”, która jest podstawą cyklu Braytona. W dobrze zaprojektowanej komorze spalania spadek ciśnienia jest możliwie mały, bo każdy niepotrzebny ubytek ciśnienia to strata sprawności i gorszy ciąg. Z kolei temperatura rośnie w sprężarce tylko do pewnego poziomu, a dopiero w komorze spalania następuje jej bardzo gwałtowny skok, bo dodajemy energię chemiczną paliwa. Jeżeli ktoś przypisze do temperatury wykres, który rośnie głównie w sprężarce i potem już prawie się nie zmienia, to miesza skutki sprężania z efektem spalania. To typowy błąd: patrzymy na „łagodny” przebieg i uznajemy go za temperaturę, a ta naprawdę w komorze spalania osiąga wartości rzędu kilkuset do ponad tysiąca stopni Celsjusza względem wlotu. Prędkość natomiast nie jest parametrem, który w sprężarce rośnie najbardziej dramatycznie. W rzeczywistości duże przyspieszenie strumienia następuje dopiero w dyszy wylotowej, gdzie zachodzi rozprężanie do wysokiej prędkości, często bliskiej lub przekraczającej prędkość dźwięku. Dlatego krzywa prędkości musi wyraźnie rosnąć w końcowej części kanału, a nie mieć maksimum w komorze spalania. Mylenie prędkości z ciśnieniem albo temperaturą zwykle wynika z intuicyjnego podejścia „im większa energia, tym wszystko rośnie naraz”, ale w turbinowym silniku odrzutowym poszczególne sekcje są tak projektowane, żeby każdy odcinek kanału robił swoją konkretną robotę: sprężarka podnosi głównie ciśnienie, komora spalania podnosi głównie temperaturę przy prawie stałym ciśnieniu, a dysza zamienia energię ciśnienia i temperatury w prędkość strumienia. Dopiero takie podejście daje poprawne przypisanie krzywych do prędkości, ciśnienia i temperatury.