Voorbij de turbofan

Je hebt nu de volledige gereedschapskist in handen: luchtinlaat, compressor, verbrandingskamer, turbine, straalpijp, omloopstroom. De laatste les speelt daar een spelletje mee — blijf onderdelen weghalen en kijk wat er nog blijft vliegen. De stamboom van straalvoortstuwing blijkt één machine te zijn, stap voor stap versimpeld, waarbij elke versimpeling flexibiliteit inruilt voor een nieuwe hoek van het vliegenvelop.

Ruil de straalpijp in voor een reductiekast: turboprop en turboshaft

Stuur aan op efficiëntie en de fan groeit door, tot de mantel zichzelf niet meer terugbetaalt — haal hem weg, vertraag de as met een reductiekast, en zet er een propeller op: de turboprop, onverslaanbaar in brandstofverbruik onder zo'n 650 km/h, en dus het werkpaard van elk regionaal toestel en elk militair transportvliegtuig. Ga nog een stap verder en laat alles als aswerk vertrekken — geen stuwende uitlaat meer — en je hebt een turboshaft: de motor van elke serieuze helikopter, plus tanks, schepen en energiecentrales. Dezelfde kern als in les 2; alleen het aandeel van de straalpijp in de energie is nu volledig herverdeeld.

Haal de machinerie weg: de ramjet

Ga nu de andere kant op. Voorbij Mach 2–3 duikt er iets vreemds op: ram lucht bij die snelheid een inlaat in, en de ramcompressie alleen al — de schokfysica uit de les 'Snel vliegen', nu aan het werk — perst hem net zo hard samen als een mechanische compressor zou doen. Dus weg met de compressor. En omdat er dan niets meer is om aan te drijven, weg met de turbine ook. Wat overblijft is een ramjet: een gevormde koker, brandstofinjectoren, vlamhouders, een straalpijp — helemaal geen bewegende delen. Het addertje onder het gras zit in de naam: geen ram, geen jet. Onder ruwweg Mach 1 levert hij niets, dus heeft elke ramjet hulp nodig om aan de praat te komen — een raketbooster, of een moedervliegtuig. De J58-motoren van de SR-71 speelden dubbelspel: voorbij Mach 3 gingen ze zich, via omloopkanalen om de machinerie heen, steeds meer als een ramjet gedragen.

Vertraag de lucht niet eens: de scramjet

Aan de grens van het mogelijke blijft er nog één probleem over. Een ramjet vertraagt zijn interne luchtstroom nog altijd tot onder de geluidssnelheid voordat hij verbrandt — en voorbij Mach 5–6 verhit dat afremmen de lucht zo hevig dat verbranding zinloos wordt (het territorium van de hittebarrière). De laatste versimpeling: vertraag hem niet. Verbrand de brandstof in de supersone luchtstroom — a een ramjet met supersone verbranding, ofwel een scramjet — een prestatie die je eerlijk gezegd het beste kunt vergelijken met een brandende lucifer in een orkaan, met maar milliseconden om de brandstof te mengen en te verbranden voordat hij de motor weer verlaat. NASA's X-43A haalde Mach 9,6 met dat ene toestel; elk hypersoon programma op aarde jaagt vandaag op datzelfde kunstje.

De complete kaart

Zet de familie op volgorde van snelheid, en elk lid blijkt hetzelfde idee te zijn, met een andere hoeveelheid machinerie aan boord: turboshaft en turboprop (alles als aswerk, voor zweven en korte sprongen), turbofan met hoge omloopverhouding (de zoete plek voor lijnvliegtuigen), lage omloopverhouding plus naverbranding (gevechtsvliegtuigen), turbojet (het pure origineel), ramjet (Mach 3–5, geen bewegende delen), scramjet (hypersoon, nog altijd niet helemaal onder controle). Daar voorbij zit de raket — die zijn eigen zuurstof meesjouwt en helemaal bij een andere cursus hoort. Je kent de hele machine nu. Het examen is de volgende stap; daarin moet je de familie zien, niet alleen de losse onderdelen.