Wanneer een jet een extra kick nodig heeft om van een vliegdekschip te lanceren, voorbij Mach 1 te stoten, of vijandelijke wapens te ontwijken, gebruikt het zijn naverbrander.
Vanaf dit verhaal
Produceert een grote stoot van stuwkracht en dramatische vlammen-de naverbrander is een eenvoudig ontwerp dat dateert uit de Tweede Wereldoorlog, toen ingenieurs in Duitsland, de Verenigde Staten, en elders knutselden met manieren om de stuwkracht van onderkrachtige straalmotoren te verhogen zonder veel gewicht toe te voegen.
Amerikanen testten hun eerste naverbrandingsmotor in 1943, en zes decennia later blijven naverbranders in gebruik onder de nieuwste generatie Amerikaanse oorlogsvliegtuigen, die supersonische kruissnelheden kunnen bereiken zonder hen, maar blijven vertrouwen op hen voor kritieke manoeuvres.
Een typische straalmotor gebruikt slechts ongeveer de helft van de zuurstof die hij verbruikt, waardoor een grote hoeveelheid potentiële energie overblijft. De naverbrander, een lang verlengstuk aan de achterkant van de motor, combineert een groot deel van de resterende zuurstof met straalbrandstof, die in de snelle uitlaatstroom van de turbine van de motor wordt gespoten, en ontsteekt het mengsel. De resulterende vlam schiet door een straalpijp aan de achterkant van de motor en geeft een harde stoot extra stuwkracht.
De grootte van de boost varieert. De naverbranders op de Olympus-motoren die de supersonische straal van de Concorde aandreven, voegden slechts ongeveer 17 procent toe aan de stuwkracht van die motor.
Voor de motoren die moderne gevechtsvliegtuigen aandrijven, varieert de toename van ongeveer 40 tot 70 procent. Een kenmerk van een naverbrandingsmotor is inefficiëntie: Het gebruik ervan slurpt tot drie keer zoveel brandstof, zodat piloten het gebruik ervan meestal beperken tot een paar minuten per missie.
Hoewel het ontwerp van een naverbrander eenvoudig is, werkt het met uiterst gevoelige toleranties. Het handhaven van een stabiele vlam is de eerste uitdaging, omdat de ontsteking moet plaatsvinden in lucht die van de turbine van de motor naar de naverbrander raast met enkele honderden meters per seconde.
“Het is alsof je een butaan aansteker uit het raam van je auto steekt en hem achter de zijspiegel houdt,” zegt Derk Philippona, een ingenieur met een beurs bij Pratt & Whitney, die verschillende met naverbrander uitgeruste motoren produceert, waaronder die voor de F-22A Raptor van de Amerikaanse luchtmacht.
Brandstof komt binnen door een reeks kleine buisjes – meestal 10 of zo – die een ring rond de motor vormen. De brandstof spuit uit honderden kleine gaatjes in de buisjes in de luchtstroom, waar het wordt ontstoken, meestal door een elektrisch vonktoestel.
“Je moet ervoor zorgen dat wanneer je brandstof in de hoge-snelheidsluchtstroom spuit, het niet gewoon uit de uitlaat blaast,” zegt Louis Povinelli, hoofdwetenschapper voor turbomachines en voortstuwingssystemen bij NASA’s Glenn Research Center in Cleveland, Ohio. Het ontstekingsproces is “nog steeds een beetje een zwarte kunst,” zegt hij.