Ramjet on moottorityyppi, joka käyttää ilman ominaisuuksia työntövoiman tuottamiseen. Ramjet-moottorit kiinnitetään useimmiten lentokoneisiin, ja ne edellyttävät, että lentokone liikkuu yli äänen nopeuden, jota kutsutaan myös Mach 1:ksi. Ne eroavat "tavallisista" lentokonemoottoreista, koska niissä ei ole liikkuvia osia, jotka puristavat ilmaa. Sen sijaan ne käyttävät paineaaltoja ilman puristamiseen.

 

Toimintaperiaate

Ramjetin perusidea on yksinkertainen: moottori ottaa vastaan eteenpäin liikkuvan aluksen ympäröivää ilmaa, nopeus ja muoto tuovat ilman moottorin sisään suuremmalla paineella (dynaaminen paine ja iskuaallot). Tämä ilman tiivistymä korvaa mekaanisen kompressorin. Ilma sekoitetaan polttoaineeseen ja sytytetään polttoaineen palaessa, laajenemisesta syntyvä pakokaasujen virtaus ohjataan kapean suuttimen kautta, jolloin työntövoima syntyy.

Rakenne ja pääosat

  • Ilmanotto (inlet) — muotoilu aiheuttaa paineaaltoja ja puristaa ilman sisään.
  • Polttoainejärjestelmä ja sytytin — ruiskuttaa ja sytyttää polttoaineen ilmavirtaan.
  • Palamisalue — tila, jossa polttoaine palaa ja paine nousee.
  • Suutin (nozzle) — muuttaa korkeapaineisen kaasun nopeudeksi ja tuottaa työntövoiman.

Käyttöalueet ja rajoitukset

Ramjetit eivät tuota käyttökelpoista työntöä alhaisilla nopeuksilla, joten ne tarvitsevat usein kantorakettia tai kantokoneen valmistamaan tarvittavan lähtönopeuden. Ne ovat tehokkaimmillaan supersonisilla nopeuksilla — tyypillisesti noin Mach 2–4 — ja niitä käytetään etenkin korkean nopeuden ohjuksissa, koelaitteissa ja joissain erikoisratkaisuissa. Hypersonisilla nopeuksilla (> Mach 5) ramjetin toimintaa rajoittavat korkeat lämpötilat ja palamisolosuhteet; tällöin käytetään usein scramjet-tekniikkaa.

Edut ja haitat

  • Edut: yksinkertainen rakenne ilman suuria liikkuvia osia, hyvä tehokkuus tietyllä nopeusalueella ja alhaisempi paino verrattuna vastaavaan turbokoneeseen ilman kompressoriosaa.
  • Haitat: ei sovellu pystylähtöön tai maassa paikallaan käyntiin, tarvitaan erillinen kiihdytys tai kantokone, sekä materiaalien ja jäähdytyksen vaatimukset nousevat korkeilla nopeuksilla.

Erot scramjetiin

Perusero on palamisnopeus suhteessa ilmavirtaan: ramjetissa palamisessa ilma hidastuu usein subsoniseksi ennen palamista, kun taas scramjet-moottorissa (supersonic combustion ramjet) ilma pysyy supersonisena myös palamisalueella. Tämä mahdollistaa tehokkaan toiminnan vielä paljon korkeammilla nopeuksilla.

Käynnistys ja integrointi

Koska ramjet ei toimi tyhjäkäynnillä, se rakennetaan yleensä osaksi monivaiheista järjestelmää: esimerkiksi raketti voi kiihdyttää ohjuksen riittävään nopeuteen, jonka jälkeen ramjet ottaa ohjat. Joissakin miehittämättömissä sovelluksissa ramjet on kiinnitetty kantokoneeseen, joka vie sen toimintanopeuteen ennen irrotusta.

Ramjet on siksi houkutteleva ratkaisu silloin, kun tarvitaan yksinkertaista, kevyttä ja suorituskykyistä moottoria tietylle korkean nopeuden alueelle, mutta se vaatii suunnittelussa kompromisseja käynnistyksen, materiaalien ja jäähdytyksen suhteen.