Gdy odrzutowiec potrzebuje dodatkowego kopa, aby wystartować z lotniskowca, przekroczyć prędkość 1 Macha lub ominąć wrogą broń, używa dopalacza.
From This Story
Produkując duży wstrząs ciągu i dramatyczny płomień, dopalacz jest prostym projektem pochodzącym z czasów II wojny światowej, kiedy inżynierowie w Niemczech, Stanach Zjednoczonych i innych krajach majstrowali nad sposobami zwiększenia ciągu słabo zasilanych silników odrzutowych bez zwiększania masy.
Amerykanie przetestowali swój pierwszy silnik dopalający w 1943 roku, a sześć dekad później dopalacze są nadal używane w najnowszej generacji amerykańskich samolotów wojennych, które mogą osiągać ponaddźwiękowe prędkości przelotowe bez nich, ale nadal polegają na nich przy krytycznych manewrach.
Typowy silnik odrzutowy zużywa tylko około połowy tlenu, który pobiera, pozostawiając dużą ilość energii potencjalnej. Dopalacz, który jest długim przedłużeniem z tyłu silnika, łączy dużą część pozostałego tlenu z paliwem odrzutowym, wtryskiwanym do strumienia spalin o dużej prędkości z turbiny silnika, i zapala mieszankę. Powstała w ten sposób mieszanka wystrzeliwuje przez dyszę z tyłu silnika, dając silnego kopa dodatkowego ciągu.
Rozmiar dopalacza jest różny. Dopalacze w silnikach Olympus, które napędzały naddźwiękowy odrzutowiec Concorde, zwiększyły siłę ciągu tego silnika tylko o około 17 procent.
W przypadku silników napędzających nowoczesne myśliwce, wzrost wynosi od około 40 do 70 procent. Jedną z cech charakterystycznych silnika dopalającego jest jego nieefektywność: Użycie go powoduje zużycie do trzech razy więcej paliwa, więc piloci zazwyczaj ograniczają jego użycie do kilku minut w czasie misji.
Pomimo że konstrukcja dopalacza jest prosta, działa on z niezwykle czułymi tolerancjami. Utrzymanie stabilnego płomienia jest pierwszym wyzwaniem, ponieważ zapłon musi nastąpić w powietrzu pędzącym z turbiny silnika do dopalacza z prędkością kilkuset stóp na sekundę.
„To jak zapalanie zapalniczki butanowej, gdy wystawiasz ją przez okno samochodu i trzymasz za lusterkiem bocznym”, mówi Derk Philippona, inżynier pracujący w firmie Pratt & Whitney, która produkuje kilka silników wyposażonych w dopalacze, w tym te dla F-22A Raptor Sił Powietrznych USA.
Paliwo dostaje się do silnika przez serię małych rurek – zwykle 10 lub więcej – które tworzą pierścień wokół silnika. Paliwo tryska z setek maleńkich otworów w rurkach do strumienia powietrza, gdzie jest zapalane, zwykle przez elektryczne urządzenie iskrzące.
„Musisz mieć pewność, że kiedy rozpylasz paliwo do strumienia powietrza o dużej prędkości, nie wyleci ono po prostu przez rurę wydechową” – mówi Louis Povinelli, główny naukowiec ds. turbin i systemów napędowych w należącym do NASA Glenn Research Center w Cleveland w stanie Ohio. Proces zapłonu jest „nadal w pewnym sensie czarną sztuką”, mówi.