När ett jetflygplan behöver en extra kick för att starta från ett hangarfartyg, passera Mach 1 eller undvika fiendens vapen, använder det sin efterbrännare.
Från den här historien
Efterbrännaren, som ger ett stort tryck och en dramatisk flamma, är en enkel konstruktion som härstammar från andra världskriget, då ingenjörer i Tyskland, USA och på andra håll hittade sätt att öka dragkraften hos undermåliga jetmotorer utan att lägga till mycket vikt.
Amerikanerna testade sin första efterförbränningsmotor 1943, och sex decennier senare används efterförbrännare fortfarande i den senaste generationen av amerikanska stridsflygplan, som kan uppnå överljudshastigheter utan efterförbrännare men som fortsätter att förlita sig på dem för kritiska manövrar.
En typisk jetmotor använder bara ungefär hälften av det syre den får in, vilket lämnar en stor mängd potentiell energi. Efterbrännaren, som är en lång förlängning på baksidan av motorn, kombinerar en stor del av det återstående syret med flygbränsle som sprutas in i avgasströmmen med hög hastighet från motorns turbin och antänder blandningen. Den resulterande blåslampan skjuter ut genom ett munstycke på baksidan av motorn och ger en hård spark med extra dragkraft.
Storleken på boostet varierar. Efterbrännarna på Olympus-motorerna som drev överljudsflygplanet Concorde ökade endast med cirka 17 procent av motorns dragkraft.
För de motorer som driver moderna stridsflygplan varierar ökningen från cirka 40 till 70 procent. Ett kännetecken för en motor med efterförbränning är ineffektivitet: Att använda den förbrukar upp till tre gånger så mycket bränsle, så piloter begränsar vanligtvis användningen av den till några få minuter per uppdrag.
Trots att konstruktionen av en efterbrännare är enkel, fungerar den med extremt känsliga toleranser. Att bibehålla en stabil låga är den första utmaningen, eftersom tändningen måste ske i luften som rusar från motorns turbin in i efterbrännaren med flera hundra fot per sekund.
”Det är som att tända en butanljusare när man sticker ut den genom bilrutan och håller den bakom sidospegeln”, säger Derk Philippona, ingenjör med ett stipendium hos Pratt & Whitney, som tillverkar flera motorer med efterbrännare, bland annat till det amerikanska flygvapnets F-22A Raptor.
Bränslet kommer in genom en rad små rör – typiskt sett ett tiotal – som bildar en ring runt motorn. Bränslet sprutar från hundratals små hål i rören ut i luftströmmen, där det antänds, vanligtvis av en elektrisk gnist.
”Man måste försäkra sig om att när man sprutar ut bränsle i luftströmmen med hög hastighet, så blåser det inte bara ut genom avgasröret”, säger Louis Povinelli, chefsforskare för turbomaskiner och framdrivningssystem vid NASA:s Glenn Research Center i Cleveland, Ohio. Tändningsprocessen är ”fortfarande något av en svart konst”, säger han.