محرك نفاث يتنفس الهواء

قام مهندسان، فرانك ويتل في المملكة المتحدة وهانز فون أوهين في ألمانيا ، بتطوير مفهوم المحرك النفاث التوربيني بشكل مستقل إلى محركات عملية خلال أواخر الثلاثينيات.

تتكون المحركات النفاثة التوربينية من مدخل، وضاغط ، وغرفة احتراق، وتوربين (يدير الضاغط)، وفوهة دافعة. يُسخن الهواء المضغوط في غرفة الاحتراق، ثم يمر عبر التوربين، ويتمدد في الفوهة لإنتاج تيار دافع عالي السرعة ^{[ 3 ].}

تتميز المحركات النفاثة التوربينية بكفاءة دفع منخفضة عند سرعات أقل من ضعف سرعة الصوت (ماخ 2) ، وتُصدر ضجيجًا عاليًا، نتيجةً للسرعة العالية جدًا للعادم. أما الطائرات النفاثة الحديثة فتُزود بمحركات توربينية مروحية . هذه المحركات، بسرعات عادمها المنخفضة، تُصدر ضجيجًا أقل وتستهلك وقودًا أقل. ولا تزال المحركات النفاثة التوربينية تُستخدم لتشغيل صواريخ كروز متوسطة المدى نظرًا لسرعة عادمها العالية، ومساحة سطحها الأمامية الصغيرة التي تُقلل من مقاومة الهواء، وبساطتها النسبية التي تُخفض التكلفة.

معظم محركات الطائرات النفاثة الحديثة هي محركات توربينية مروحية. يقوم ضاغط الضغط المنخفض، المعروف عادةً بالمروحة، بضغط الهواء في قناة جانبية، بينما يقوم الجزء الداخلي منه بشحن الضاغط الأساسي. غالبًا ما تكون المروحة جزءًا لا يتجزأ من ضاغط الضغط المنخفض متعدد المراحل. يمر تدفق الهواء الجانبي إما إلى "فوهة باردة" منفصلة أو يختلط مع غازات عادم التوربين منخفض الضغط، قبل أن يتمدد عبر "فوهة التدفق المختلط".

في ستينيات القرن الماضي، لم يكن هناك فرق يُذكر بين محركات الطائرات النفاثة المدنية والعسكرية، باستثناء استخدام الاحتراق اللاحق في بعض التطبيقات (فوق الصوتية). أما اليوم، فتُستخدم المحركات التوربينية المروحية في الطائرات المدنية لأن سرعة عادمها تتناسب بشكل أفضل مع سرعة الطيران دون الصوتية للطائرة. عند سرعات الطيران المدنية، تكون سرعة عادم المحرك النفاث التوربيني عالية للغاية، مما يُهدر الطاقة. بينما تُحسّن سرعة العادم المنخفضة للمحرك التوربيني المروحي من استهلاك الوقود. كما يُؤدي تدفق الهواء المتزايد من المروحة إلى قوة دفع أكبر عند السرعات المنخفضة. بالإضافة إلى ذلك، تُقلل سرعة العادم المنخفضة من ضوضاء المحرك النفاث بشكل ملحوظ.

للمروحة الأمامية الكبيرة نسبيًا عدة تأثيرات. فمقارنةً بمحرك نفاث توربيني ذي قوة دفع مماثلة، يتميز المحرك التوربيني المروحي بمعدل تدفق كتلة هواء أكبر بكثير، ويولد التدفق عبر قناة التجاوز جزءًا كبيرًا من قوة الدفع. لم يتم إشعال هواء القناة الإضافي، مما يمنحه سرعة منخفضة، ولكن لا حاجة إلى وقود إضافي لتوفير هذه القوة. بدلًا من ذلك، تُستمد الطاقة من القلب المركزي، مما يقلل أيضًا من سرعة العادم. وبالتالي، ينخفض ​​متوسط ​​سرعة هواء العادم المختلط ( قوة دفع نوعية منخفضة )، مما يقلل من هدر الطاقة ولكنه يقلل من السرعة القصوى. إجمالًا، يمكن أن يكون المحرك التوربيني المروحي أكثر كفاءة في استهلاك الوقود وأقل ضجيجًا، كما أن المروحة تسمح بتوفير قوة دفع صافية أكبر عند السرعات المنخفضة.

لذا، تتميز محركات التوربينات النفاثة المدنية اليوم بسرعة عادم منخفضة ( قوة دفع نوعية منخفضة - قوة الدفع الصافية مقسومة على تدفق الهواء) لتقليل ضوضاء المحرك إلى أدنى حد وتحسين كفاءة استهلاك الوقود . ونتيجة لذلك، تكون نسبة التجاوز (تدفق التجاوز مقسومًا على تدفق المحرك الأساسي) عالية نسبيًا (تتراوح النسب الشائعة من 4:1 إلى 8:1)، حيث تقترب نسبة محرك رولز رويس ترينت XWB من 10:1. ^{[ 9 ]} ولا يتطلب الأمر سوى مرحلة مروحة واحدة، لأن انخفاض قوة الدفع النوعية يعني انخفاض نسبة ضغط المروحة.

تتميز المحركات التوربينية المروحية في الطائرات المدنية عادةً بواجهة أمامية كبيرة وواضحة لاستيعاب مروحة ضخمة، إذ يعتمد تصميمها على مرور كتلة هواء أكبر بكثير حول قلب المحرك للاستفادة من هذه الميزة. أما في الطائرات العسكرية ، حيث يكون الضجيج والكفاءة أقل أهمية مقارنةً بالأداء ومقاومة الهواء، فإن كمية أقل من الهواء تمر عادةً حول قلب المحرك. كما أن المحركات التوربينية المروحية المصممة للطائرات المدنية دون سرعة الصوت عادةً ما تحتوي على مروحة أمامية واحدة فقط، لأن قوة الدفع الإضافية فيها تتولد من كتلة هواء إضافية كبيرة مضغوطة بشكل معتدل، بدلاً من كمية أقل من الهواء المضغوط بشدة.

تتميز المحركات التوربينية المروحية العسكرية بقوة دفع نوعية عالية نسبيًا ، وذلك لزيادة قوة الدفع إلى أقصى حد ممكن لمساحة أمامية محددة، حيث يُعد ضجيج النفاثات أقل أهمية في الاستخدامات العسكرية مقارنةً بالاستخدامات المدنية. وعادةً ما تكون المراوح متعددة المراحل ضرورية للوصول إلى نسبة ضغط المروحة العالية اللازمة لقوة الدفع النوعية العالية. وعلى الرغم من استخدام درجات حرارة عالية عند مدخل التوربين في كثير من الأحيان، إلا أن نسبة التجاوز تميل إلى أن تكون منخفضة، وعادةً ما تكون أقل بكثير من 2.0.

تُعدّ محركات التوربينات المروحية مشتقة من محركات الطائرات النفاثة، وهي في جوهرها توربينات غازية، تستمد طاقتها من غازات العادم الساخنة لتدوير عمود دوار، يُستخدم بدوره لتوليد قوة الدفع بطريقة أخرى. ورغم أنها لا تُصنّف ضمن محركات الطائرات النفاثة بالمعنى الدقيق للكلمة، لاعتمادها على آلية مساعدة لتوليد قوة الدفع، إلا أن محركات التوربينات المروحية تُشبه إلى حد كبير محركات الطائرات النفاثة الأخرى التي تعتمد على التوربينات، وغالبًا ما تُوصف بهذا الوصف.

في محركات التوربينات المروحية، يُنتج جزء من قوة الدفع عن طريق تدوير المروحة ، بدلاً من الاعتماد كلياً على عادم النفاثات عالية السرعة. ولأنها تُنتج قوة الدفع في كلا الاتجاهين، يُشار إلى محركات التوربينات المروحية أحيانًا على أنها نوع من المحركات النفاثة الهجينة. وهي تختلف عن محركات التوربينات المروحية في أن المروحة التقليدية، بدلاً من المروحة الأنبوبية، تُوفر الجزء الأكبر من قوة الدفع. تستخدم معظم محركات التوربينات المروحية نظام تخفيض السرعة بين التوربين والمروحة. ( تتميز محركات التوربينات المروحية المزودة بنظام تخفيض السرعة أيضًا، ولكنها أقل شيوعًا). يُمثل عادم النفاثات الساخنة نسبةً ضئيلةً من قوة الدفع، ويتم الحصول على أقصى قوة دفع من خلال موازنة مساهمتي قوة الدفع. ^{[ 10 ]} تتميز محركات التوربينات المروحية عمومًا بأداء أفضل من محركات التوربينات النفاثة أو التوربينات المروحية عند السرعات المنخفضة حيث تكون كفاءة المروحة عالية، ولكنها تُصبح أكثر ضجيجًا وأقل كفاءة عند السرعات العالية. ^{[ 11 ]}

تتشابه محركات التوربينات العمودية إلى حد كبير مع محركات التوربينات المروحية، وتختلف عنها في أن جميع الطاقة تقريبًا في العادم يتم استخراجها لتدوير العمود الدوار، والذي يستخدم لتشغيل الآلات بدلاً من المروحة، وبالتالي فهي تولد قوة دفع نفاثة ضئيلة أو معدومة، وغالبًا ما تستخدم لتشغيل المروحيات . ^{[ 7 ]}

محرك المروحة الدافعة (يُسمى أيضًا "محرك نفاث دافع"، أو "مروحة بدون قناة"، أو "دوار مفتوح"، أو "نسبة تجاوز عالية جدًا") هو محرك نفاث يستخدم مولد الغاز لتشغيل مروحة مكشوفة، على غرار محركات التوربينات المروحية. ومثل محركات التوربينات المروحية، تولد محركات المروحة الدافعة معظم قوة دفعها من المروحة وليس من نفث العادم. ويكمن الاختلاف الرئيسي بين تصميم محركات التوربينات المروحية ومحركات المروحة الدافعة في أن شفرات المروحة في محركات المروحة الدافعة ذات زاوية انحناء عالية تسمح لها بالعمل بسرعات تقارب 0.8 ماخ ، وهي سرعة تنافسية مع محركات التوربينات المروحية التجارية الحديثة. تتميز هذه المحركات بكفاءة استهلاك الوقود لمحركات التوربينات المروحية مع قدرة الأداء لمحركات التوربينات المروحية التجارية. ^{[ 12 ]} وعلى الرغم من إجراء أبحاث واختبارات مكثفة (بما في ذلك اختبارات الطيران) على محركات المروحة الدافعة، إلا أنه لم يدخل أي منها مرحلة الإنتاج.

• مدخل الهواء (المدخل (المدخل )- بالنسبة للطائرات دون سرعة الصوت، يُعد المدخل قناةً ضرورية لضمان تدفق هواء سلس إلى المحرك، حتى مع اقتراب الهواء من اتجاهات غير الاتجاه الأمامي المباشر. يحدث هذا على الأرض بفعل الرياح الجانبية، وأثناء الطيران مع حركات ميل وانحراف الطائرة. يُقلل طول القناة إلى الحد الأدنى لتقليل السحب والوزن. ^{[ 13 ]} يدخل الهواء إلى الضاغط بسرعة تقارب نصف سرعة الصوت، لذا عند سرعات طيران أقل من ذلك، يتسارع التدفق على طول المدخل، بينما يتباطأ عند سرعات طيران أعلى. وبالتالي، يجب أن يستوعب الشكل الداخلي للمدخل كلاً من التدفق المتسارع والمتشتت دون خسائر كبيرة. أما بالنسبةللطائرات فوق سرعة الصوت، فيحتوي المدخل على خصائص مثل المخاريط والمنحدرات لإنتاج سلسلة منالموجات الصدمية، والتي تتشكل عندما يتباطأ التدفق فوق الصوتي. يتباطأ الهواء من سرعة الطيران إلى سرعة دون سرعة الصوت عبر الموجات الصدمية، ثم إلى حوالي نصف سرعة الصوت عند الضاغط من خلال الجزء دون الصوتي من المدخل. يتم اختيار نظام الموجات الصدمية المحدد، مع مراعاة عدد من القيود مثل التكلفة واحتياجات التشغيل، لتقليل الخسائر مما يؤدي بدوره إلى زيادة استعادة الضغط في الضاغط إلى أقصى حد. ^{[ 14 ]}
• الضاغط أوالمروحة – يتكون الضاغط من مراحل. تتألف كل مرحلة من شفرات دوارة وأجزاء ثابتة أو ريش. مع مرور الهواء عبر الضاغط، يزداد ضغطه ودرجة حرارته. وتأتي الطاقة اللازمة لتشغيل الضاغط من التوربين(انظر أدناه)، على شكلعزم دوران وسرعة دورانالعمود
• تُوصل قنوات التجاوز تدفق الهواء من المروحة بأقل قدر من الفاقد إلى فوهة الدفع الجانبية. وبدلاً من ذلك، يمكن مزج تدفق المروحة مع عادم التوربين قبل دخوله إلى فوهة دفع واحدة. وفي ترتيب آخر، يمكن تركيب غرفة احتراق لاحقة بين الخلاط والفوهة.
• العمود – يربط العمودالتوربينبالضاغطعلىطول معظم أجزاء المحرك. قد يصل عدد الأعمدة إلى ثلاثة أعمدة متحدة المركز، تدور بسرعات مستقلة، مع عدد مماثل من مجموعات التوربينات والضواغط. وقد يتدفق هواء التبريد للتوربينات عبر العمود من الضاغط.
• قسم الموزع : – يعمل الموزع على إبطاء تدفق الهواء الخارج من الضاغط لتقليل فقدان التدفق في غرفة الاحتراق. كما أن الهواء الأبطأ ضروري للمساعدة في استقرار لهب الاحتراق، ويؤدي ارتفاع الضغط الساكن إلى تحسينكفاءة الاحتراق. ^{[ 15 ]}

• غرفة الاحتراق أو غرفة الاحتراق - يتم حرق الوقود بشكل مستمر بعد إشعاله في البداية أثناء بدء تشغيل المحرك.

• التوربين – التوربين عبارة عن سلسلة من الأقراص ذات الشفرات تعمل كطاحونة هوائية، حيث تستخلص الطاقة من الغازات الساخنة الخارجة من غرفة الاحتراق . يُستخدم جزء من هذه الطاقة لتشغيل الضاغط . تحتوي محركات التوربين المروحي، والتوربين العمودي، والتوربين النفاث على مراحل توربينية إضافية لتشغيل المروحة، أو مروحة التجاوز، أو دوار المروحية . في التوربين الحر ، يدور التوربين الذي يُشغل الضاغط بشكل مستقل عن التوربين الذي يُشغل المروحة أو دوار المروحية. يمكن استخدام هواء التبريد، المُستخرج من الضاغط، لتبريد شفرات التوربين، وريشه، وأقراصه، مما يسمح بارتفاع درجة حرارة غازات دخول التوربين مع الحفاظ على نفس درجة حرارة مواد التوربين.

  

• الحارق اللاحق أوإعادة التسخين(بريطاني) - (يُستخدم بشكل أساسي في المجال العسكري) يُنتج قوة دفع إضافية عن طريق حرق الوقود في أنبوب العادم. تؤدي إعادة تسخين غاز عادم التوربين إلى رفع درجة حرارة مدخل فوهة الدفع وسرعة العادم. يتم زيادة مساحة الفوهة لاستيعاب الحجم النوعي الأعلى لغاز العادم. يحافظ هذا على تدفق الهواء نفسه عبر المحرك لضمان عدم حدوث أي تغيير في خصائص تشغيله.

• العادم أو الفوهة - تمر غازات عادم التوربين عبر فوهة الدفع لتوليد تيار عالي السرعة. عادةً ما تكون الفوهة متقاربة ذات مساحة تدفق ثابتة.
• الفوهة فوق الصوتية – عند نسب ضغط عالية للفوهة (ضغط دخول الفوهة/الضغط المحيط)،فوهة متقاربة-متباعدة (دي لافال). يستمر التمدد إلى الضغط الجوي وسرعة الغاز فوق الصوتية في اتجاه مجرى الهواء بعد عنق الفوهة، مما يُنتج قوة دفع أكبر.

تخضع المكونات المختلفة المذكورة أعلاه لقيودٍ فيما يتعلق بكيفية تركيبها معًا لتحقيق أعلى كفاءة أو أداء. لا يمكن أبدًا النظر إلى أداء وكفاءة المحرك بمعزل عن بعضهما؛ فعلى سبيل المثال، تصل كفاءة استهلاك الوقود/المسافة لمحرك نفاث أسرع من الصوت إلى أقصى حد لها عند سرعة تقارب 2 ماخ، بينما تزداد مقاومة الهواء للمركبة التي تحمله وفقًا لقانون التربيع، وتزداد هذه المقاومة بشكل كبير في نطاق السرعة الانتقالية. وبالتالي، فإن أعلى كفاءة لاستهلاك الوقود للمركبة ككل تكون عادةً عند سرعة تقارب 0.85 ماخ.

لتحسين أداء المحرك بما يتناسب مع استخدامه المقصود، من المهم تصميم مدخل الهواء، والحجم الكلي، وعدد مراحل الضاغط (مجموعات الشفرات)، ونوع الوقود، وعدد مراحل العادم، وتركيب المعادن المستخدمة في المكونات، وكمية الهواء الجانبي المستخدم، ومكان إدخاله، بالإضافة إلى عدد من العوامل الأخرى. ومن الأمثلة على ذلك تصميم مدخل الهواء.

تُحاكى الديناميكا الحرارية لمحرك نفاث نموذجي يعمل بالهواء تقريبًا بدورة برايتون ، وهي دورة ديناميكية حرارية تصف آلية عمل محرك التوربينات الغازية ، الذي يُعد أساس المحرك النفاث الذي يعمل بالهواء وغيره. سُميت هذه الدورة نسبةً إلى جورج برايتون (1830-1892)، المهندس الأمريكي الذي طورها، على الرغم من أن الإنجليزي جون باربر هو من اقترحها وحصل على براءة اختراعها عام 1791. ^{[ 2 ]} وتُعرف أيضًا أحيانًا بدورة جول .

يشير صافي قوة الدفع الاسمية المُعلنة لمحرك نفاث عادةً إلى حالة الدفع الساكن عند مستوى سطح البحر، إما في ظل الغلاف الجوي القياسي الدولي أو في ظروف يوم حار (مثل ISA+10  درجة مئوية). على سبيل المثال، يبلغ صافي قوة الدفع الساكنة عند الإقلاع لمحرك GE90-76B حوالي 76000  رطل (360  كيلو نيوتن) عند مستوى سطح البحر، ISA+15  درجة مئوية.

بطبيعة الحال، سينخفض ​​صافي الدفع مع الارتفاع، بسبب انخفاض كثافة الهواء. ومع ذلك، هناك أيضًا تأثير لسرعة الطيران.

في البداية، ومع ازدياد سرعة الطائرة على المدرج، لن يرتفع ضغط ودرجة حرارة الفوهة إلا قليلاً، نظراً لصغر ارتفاع ضغط الهواء في مدخل الهواء. كما لن يطرأ تغيير يُذكر على معدل تدفق الكتلة. ونتيجةً لذلك، لا يزداد إجمالي قوة دفع الفوهة إلا بشكل طفيف مع سرعة الطيران. ومع ذلك، ولأنها محرك يعمل بالهواء المضغوط (على عكس الصاروخ التقليدي)، فإن هناك مقاومة ناتجة عن سحب الهواء من الغلاف الجوي. تُعرف هذه المقاومة بمقاومة الهواء. ورغم أن هذه المقاومة معدومة في حالة السكون، إلا أنها تزداد بسرعة مع سرعة الطيران، مما يؤدي إلى انخفاض صافي قوة الدفع.

مع ازدياد سرعة الطيران بعد الإقلاع، يبدأ ارتفاع ضغط الهواء في مدخل الهواء بالتأثير بشكل ملحوظ على ضغط/درجة حرارة الفوهة وتدفق الهواء الداخل، مما يؤدي إلى زيادة قوة الدفع الإجمالية للفوهة بسرعة أكبر. يبدأ هذا التأثير بموازنة مقاومة الهواء المتزايدة، مما يؤدي في النهاية إلى زيادة صافي قوة الدفع. في بعض المحركات، قد يكون صافي قوة الدفع، عند سرعة ماخ 1.0 مثلاً، عند مستوى سطح البحر، أكبر قليلاً من قوة الدفع الساكنة. عند سرعات أعلى من ماخ 1.0، ومع تصميم مدخل هواء دون سرعة الصوت، تميل خسائر الصدمة إلى تقليل صافي قوة الدفع، إلا أن تصميم مدخل هواء فوق صوتي مناسب يمكن أن يقلل من انخفاض استعادة ضغط الهواء الداخل، مما يسمح لصافي قوة الدفع بالاستمرار في الارتفاع في نطاق السرعات فوق الصوتية.

في بعض الحالات، قد تؤدي الظروف داخل محركات الطائرات النفاثة، نتيجةً لتدفق الهواء الداخل أو غيرها من التغيرات، إلى توقف شفرات الضاغط . عند حدوث ذلك، يتسرب الضغط من المحرك متجاوزًا الشفرات، ويستمر التوقف حتى ينخفض ​​الضغط ويفقد المحرك كل قوة الدفع. بعد ذلك، عادةً ما تعود شفرات الضاغط إلى وضعها الطبيعي، وتعيد ضغط المحرك. إذا لم تُصحح الظروف، تتكرر هذه الدورة عادةً. تُعرف هذه الظاهرة باسم " التذبذب ". اعتمادًا على نوع المحرك، قد يُلحق هذا ضررًا بالغًا به، ويُسبب اهتزازات مُقلقة للطاقم.

يجب احتواء أعطال المروحة أو الضاغط أو شفرات التوربين داخل غلاف المحرك. ولتحقيق ذلك، يجب تصميم المحرك بحيث يجتاز اختبارات احتواء الشفرات وفقًا لما تحدده جهات الاعتماد. ^{[ 16 ]}

يُستخدم مصطلح "ابتلاع الطيور" لوصف حالة دخول الطيور إلى مدخل محرك الطائرة النفاثة. يُعدّ هذا الأمر من المخاطر الشائعة على سلامة الطائرات، وقد تسبب في حوادث مميتة. ففي عام 1988، ابتلعت طائرة بوينغ 737 تابعة للخطوط الجوية الإثيوبية حمامًا في كلا محركيها أثناء الإقلاع، ثم تحطمت أثناء محاولتها العودة إلى مطار بحر دار ؛ ومن بين 104 أشخاص كانوا على متنها، توفي 35 شخصًا وأصيب 21 آخرون. وفي حادثة أخرى عام 1995، تحطمت طائرة داسو فالكون 20 في مطار باريس أثناء محاولة هبوط اضطراري بعد ابتلاعها طيور الزقزاق في أحد محركاتها، مما تسبب في عطل في المحرك ونشوب حريق في جسم الطائرة ؛ ولقي جميع الركاب العشرة الذين كانوا على متنها حتفهم. ^{[ 17 ]}

يجب تصميم محركات الطائرات النفاثة لتحمل ابتلاع طيور بوزن وعدد محددين، مع الحفاظ على قوة دفعها ضمن حدود معينة. يرتبط وزن وعدد الطيور التي يمكن ابتلاعها دون تعريض سلامة الطائرة للخطر بمساحة مدخل المحرك. ^{[ 18 ]} في عام 2009، ابتلعت طائرة إيرباص A320 ، الرحلة رقم 1549 التابعة لشركة الخطوط الجوية الأمريكية ، أوزة كندية واحدة في كل محرك. هبطت الطائرة اضطرارياً في نهر هدسون بعد إقلاعها من مطار لاغوارديا الدولي في مدينة نيويورك. لم يسفر الحادث عن أي وفيات. أوضحت هذه الحادثة مخاطر ابتلاع الطيور بما يتجاوز الحد المسموح به في تصميم الطائرة.

تعتمد نتيجة ابتلاع الطيور، وما إذا كان سيؤدي إلى حادث، سواءً على متن طائرة صغيرة سريعة، مثل الطائرات المقاتلة النفاثة ، أو طائرة نقل كبيرة، على عدد الطيور ووزنها ومكان اصطدامها بشفرات المروحة أو مقدمة الطائرة. وعادةً ما ينتج تلف المحرك عن الاصطدامات بالقرب من جذر الشفرة أو على مقدمة الطائرة.

نادراً ما تحلق الطيور على ارتفاعات عالية، لذا فإن أكبر خطر لابتلاع الطيور يكون أثناء الإقلاع والهبوط وأثناء الطيران على مستوى منخفض.

إذا حلّقت طائرة نفاثة في هواء ملوث بالرماد البركاني ، فهناك خطر من أن يتسبب الرماد المستنشق في تآكل شفرات الضاغط، وانسداد فتحات تهوية فوهات الوقود، وانسداد قنوات تبريد التوربين. قد تؤدي بعض هذه الآثار إلى تذبذب المحرك أو توقفه عن العمل أثناء الرحلة. عادةً ما تنجح محاولات إعادة تشغيل المحرك بعد توقفه، ولكن مع فقدان كبير في الارتفاع. هذا ما حدث مع رحلة الخطوط الجوية البريطانية رقم 9 التي حلّقت عبر غبار بركاني على ارتفاع 37,000  قدم. توقفت جميع محركات الطائرة الأربعة عن العمل، ونجحت محاولات إعادة تشغيلها على ارتفاع حوالي 13,000  قدم. ^{[ 19 ]}

أحد أنواع الأعطال التي تسببت في حوادث هو العطل غير المحكم، حيث تنفصل الأجزاء الدوارة من المحرك وتخرج من غلافه. يمكن لهذه الأجزاء عالية الطاقة أن تقطع خطوط الوقود والتحكم، وأن تخترق مقصورة الركاب. على الرغم من أن خطوط الوقود والتحكم تُضاعف عادةً لضمان الموثوقية، إلا أن تحطم رحلة الخطوط الجوية المتحدة رقم 232 كان نتيجة قطع خطوط السوائل الهيدروليكية للأنظمة الهيدروليكية الثلاثة المستقلة في آنٍ واحد بسبب شظايا ناتجة عن عطل غير محكم في المحرك. قبل حادثة تحطم رحلة الخطوط الجوية المتحدة رقم 232، كان يُنظر إلى احتمال حدوث عطل متزامن في الأنظمة الهيدروليكية الثلاثة على أنه واحد من مليار. ومع ذلك، لم تأخذ النماذج الإحصائية المستخدمة للوصول إلى هذا الرقم في الحسبان حقيقة أن المحرك الثاني كان مثبتًا في الذيل بالقرب من جميع الخطوط الهيدروليكية، ولا احتمال أن يؤدي عطل المحرك إلى إطلاق شظايا في اتجاهات متعددة. منذ ذلك الحين، ركزت تصاميم محركات الطائرات الحديثة على منع الشظايا من اختراق غطاء المحرك أو مجاري الهواء، واستخدمت بشكل متزايد مواد مركبة عالية القوة لتحقيق مقاومة الاختراق المطلوبة مع الحفاظ على وزن منخفض.

المحرك النفاث التضاغطي هو نوع من المحركات النفاثة التي تعمل بالهواء المضغوط، حيث يستخدم حركة المحرك الأمامية لضغط الهواء الداخل، دون الحاجة إلى ضاغط دوار. لا يستطيع هذا النوع من المحركات توليد قوة دفع عند سرعة صفرية، وبالتالي لا يمكنه تحريك الطائرة من وضع السكون. يتطلب هذا النوع من المحركات سرعة أمامية عالية ليعمل بكفاءة، ويعمل بكفاءة قصوى عند سرعات تقارب 3 ماخ  . ويمكنه العمل بسرعات تصل إلى 6 ماخ  .

تتكون محركات الدفع النفاث من ثلاثة أقسام: مدخل لضغط الهواء الداخل، وغرفة احتراق لحقن الوقود وحرقه، وفوهة لطرد الغازات الساخنة وتوليد قوة الدفع. تتطلب هذه المحركات سرعة عالية نسبيًا لضغط الهواء الداخل بكفاءة، لذا لا يمكنها العمل في حالة السكون، وتكون في ذروة كفاءتها عند السرعات فوق الصوتية . ومن السمات الرئيسية لمحركات الدفع النفاث أن الاحتراق يتم عند سرعات دون صوتية. يُبطأ الهواء الداخل بسرعة فوق صوتية بشكل كبير عند المدخل، حيث يحترق بعد ذلك عند سرعات أبطأ بكثير، أي دون صوتية. ^{[ 22 ]} ومع ذلك، كلما زادت سرعة الهواء الداخل، قلت كفاءة إبطائه إلى سرعات دون صوتية. لذلك، تقتصر سرعة محركات الدفع النفاث على حوالي 5 ماخ. ^{[ 23 ]}

تُعدّ المحركات النفاثة الضاغطة مفيدةً للغاية في التطبيقات التي تتطلب محركًا صغيرًا وبسيطًا للاستخدام بسرعات عالية، مثل الصواريخ ، بينما يسعى مصممو الأسلحة إلى استخدام تقنية المحركات النفاثة الضاغطة في قذائف المدفعية لزيادة مداها: إذ يُتوقع أن قذيفة هاون عيار 120 ملم، إذا ما زُوّدت بمحرك نفاث ضاغط، يُمكن أن تصل إلى مدى 35 كيلومترًا (22 ميلًا) . ^{[ 24 ]} كما استُخدمت هذه المحركات بنجاح، وإن لم يكن بكفاءة عالية، كمحركات نفاثة طرفية في دوارات المروحيات . ^{[ 25 ]} أما المحركات النفاثة النبضية فهي محركات دون سرعة الصوت تستخدم أيضًا ضغط الضاغط، ولكن باحتراق متقطع على عكس الاحتراق المستمر المستخدم في المحرك النفاث الضاغط. وهي نوعٌ مميزٌ من المحركات النفاثة.  

تُعدّ محركات سكرامجت تطورًا لمحركات رامجت، وهي قادرة على العمل بسرعات أعلى بكثير من أي نوع آخر من محركات التنفس الهوائي. تشترك هذه المحركات مع محركات رامجت في بنية مماثلة، فهي عبارة عن أنبوب ذي شكل خاص يضغط الهواء دون أجزاء متحركة من خلال ضغط الهواء الديناميكي. تتكون من مدخل، وغرفة احتراق، وفوهة. الفرق الرئيسي بين محركات رامجت ومحركات سكرامجت هو أن محركات سكرامجت لا تُبطئ تدفق الهواء الداخل إلى سرعات دون سرعة الصوت للاحتراق. وبالتالي، لا تحتوي محركات سكرامجت على المشتت المطلوب في محركات رامجت لإبطاء تدفق الهواء الداخل إلى سرعات دون سرعة الصوت. فهي تستخدم الاحتراق فوق الصوتي بدلاً من ذلك، واسم "سكرامجت" مشتق من " محرك رامجت احتراقي فوق صوتي " .

تبدأ محركات سكرامجيت بالعمل بسرعات لا تقل عن 4 ماخ، ولها سرعة قصوى مفيدة تبلغ حوالي 17 ماخ. ^{[ 26 ]} ونظرًا للتسخين الديناميكي الهوائي عند هذه السرعات العالية، فإن التبريد يمثل تحديًا للمهندسين.

بما أن المحركات النفاثة الأسرع من الصوت (سكرمجت) تستخدم الاحتراق فوق الصوتي، فإنها تستطيع العمل بسرعات تتجاوز 6 ماخ، حيث تكون المحركات النفاثة التقليدية غير فعالة. ويكمن فرق آخر بين المحركات النفاثة التقليدية ومحركات سكرمجت في كيفية ضغط كل نوع من المحركات لتدفق الهواء الداخل: فبينما يوفر مدخل الهواء معظم الضغط في المحركات النفاثة التقليدية، تسمح السرعات العالية التي تعمل بها محركات سكرمجت بالاستفادة من الضغط الناتج عن الموجات الصدمية ، وخاصةً الموجات الصدمية المائلة . ^{[ 27 ]}

لم يتم بناء وتشغيل سوى عدد قليل جدًا من محركات سكرامجت. في مايو 2010، سجلت طائرة بوينغ X-51 رقماً قياسياً في مدة تشغيل محرك سكرامجت، حيث تجاوزت مدة التشغيل 200 ثانية. ^{[ 28 ]}

يتطلب تشغيل المحرك النفاث التوربيني على كامل نطاق الطيران، من الصفر إلى ما يزيد عن 3 ماخ، خصائص تُمكّن الضاغط من العمل بكفاءة عند درجات حرارة المدخل العالية التي تتجاوز 2.5 ماخ، وكذلك عند سرعات الطيران المنخفضة. ^{[ 29 ]} تمثلت آلية ضاغط J58 في سحب تدفق الهواء من المرحلة الرابعة للضاغط عند سرعات تزيد عن 2 ماخ تقريبًا. ^{[ 30 ]} أُعيد تدفق الهواء المسحوب، بنسبة 20% عند 3 ماخ، إلى المحرك عبر 6 أنابيب خارجية لتبريد بطانة غرفة الاحتراق اللاحق والفوهة الرئيسية، بالإضافة إلى توفير هواء إضافي للاحتراق. ^{[ 31 ]} كان محرك J58 المحرك النفاث التوربيني الوحيد العامل، وقد صُمم للعمل بشكل متواصل حتى عند أقصى احتراق لاحق، وذلك للتحليق بسرعة 3.2 ماخ.

يُلاحظ حل بديل في تركيب معاصر لم يصل إلى مرحلة التشغيل، وهو طائرة ماخ 3 GE YJ93/XB-70. وقد استخدم ضاغطًا متغيرًا في الجزء الثابت. ^{[ 32 ]} كما تم تحديد حل آخر في اقتراح لطائرة فانتوم استطلاعية ماخ 3. وكان هذا الحل هو التبريد المسبق للضاغط، وإن كان متاحًا لفترة قصيرة نسبيًا. ^{[ 33 ] [ 34 ]}

يمكن تشغيل المحركات النفاثة بأي نوع من الوقود تقريبًا. يُعدّ الهيدروجين وقودًا مرغوبًا للغاية، فمع أن الطاقة لكل مول منه ليست عالية بشكل استثنائي، إلا أن جزيئه أخف بكثير من جزيئات أخرى. تبلغ الطاقة لكل كيلوغرام من الهيدروجين ضعف الطاقة لكل كيلوغرام من أنواع الوقود الأكثر شيوعًا، مما يُعطي ضعف الدفع النوعي. إضافةً إلى ذلك، فإن المحركات النفاثة التي تعمل بالهيدروجين سهلة التصنيع نسبيًا - فقد كان أول محرك نفاث توربيني يعمل بالهيدروجين. كما أن محركات الصواريخ التي تعمل بالهيدروجين، وإن لم تكن محركات أنبوبية، فقد شهدت استخدامًا واسع النطاق.

مع ذلك، يُعدّ الهيدروجين إشكاليًا في جميع الجوانب الأخرى تقريبًا. فمن عيوبه كثافته؛ إذ تُصبح خزاناته غير عملية للطيران في حالته الغازية، وحتى في حالته السائلة، تبلغ كثافته عُشر كثافة الماء. كما أنه شديد البرودة ويتطلب عزلًا حراريًا بالغًا يمنع تخزينه في أجنحة الطائرات. وستكون المركبة الناتجة ضخمة جدًا، ما يُصعّب استيعابها في معظم المطارات. أخيرًا، لا يوجد الهيدروجين النقي في الطبيعة، ويجب تصنيعه إما عن طريق إعادة تشكيل البخار أو التحليل الكهربائي المكلف . وقد حلّقت بعض الطائرات التجريبية التي تعمل بالهيدروجين بمراوح، كما اقتُرحت طائرات نفاثة قد تكون قابلة للتطبيق. ^{[ 35 ]}

تتمثل إحدى الأفكار التي طرحها روبرت ب. كارمايكل عام 1955 ^{[ 36 ]} في أن محركات الهيدروجين يمكن نظرياً أن تتمتع بأداء أعلى بكثير من محركات الهيدروكربون إذا تم استخدام مبادل حراري لتبريد الهواء الداخل. تسمح درجة الحرارة المنخفضة باستخدام مواد أخف وزناً، وزيادة تدفق الكتلة عبر المحركات، كما تسمح لغرف الاحتراق بحقن كمية أكبر من الوقود دون ارتفاع درجة حرارة المحرك.

تُفضي هذه الفكرة إلى تصميمات واعدة مثل محركات التفاعل SABRE ، التي قد تُتيح إطلاق مركبات فضائية أحادية المرحلة إلى المدار ، ^{[ 37 ]} و ATREX ، التي قد تُتيح استخدام المحركات النفاثة حتى سرعات تفوق سرعة الصوت وارتفاعات عالية كمعززات لمركبات الإطلاق. كما يجري الاتحاد الأوروبي دراسة هذه الفكرة لتطوير مفهوم يُتيح السفر الجوي السريع دون توقف بين قطبين متقابلين بسرعة 5 ماخ ( محركات التفاعل A2 ).

الصاروخ التوربيني الهوائي هو نوع من محركات الدفع النفاث ذات الدورة المركبة . يتضمن التصميم الأساسي مولد غاز ينتج غازًا عالي الضغط، يقوم بدوره بتشغيل مجموعة توربين/ضاغط تضغط الهواء الجوي إلى غرفة الاحتراق. ثم يُحرق هذا المزيج قبل خروجه من الجهاز عبر فوهة، مُولِّدًا قوة الدفع.

توجد أنواع مختلفة من الصواريخ التوربينية الهوائية. وتختلف هذه الأنواع عموماً في كيفية عمل قسم مولد الغاز في المحرك.

تُعرف الصواريخ التوربينية الهوائية عادةً باسم المحركات النفاثة التوربينية ، أو صواريخ المحركات النفاثة التوربينية ، أو موسعات الصواريخ التوربينية ، وغيرها. ونظرًا لعدم وجود إجماع على المسميات التي تنطبق على كل مفهوم على حدة، فقد تستخدم مصادر مختلفة الاسم نفسه لمفهومين مختلفين. ^{[ 38 ]}

هيس، دبليو جيه؛ مامفورد، إن في إس (1964). الدفع النفاث لتطبيقات الفضاء الجوي . نيويورك: شركة بيتمان للنشر.