เครื่องยนต์ไอพ่น  jet engine เป็นเครื่องยนต์แรงปฏิกิริยา  Reaction engine ที่พ่นไอร้อนความเร็วสูงออกทางด้านหลังทำให้เกิดแรงผลัก  thrust ไปข้างหน้า, การขับเคลื่อนของไอพ่น  Jet Propulsion นี้สอดคล้องกับ 

กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน ที่ว่าแรงกิริยาเท่ากับแรงปฏิกิริยา นิยามของเครื่องยนต์ไอพ่นที่กว้างขวางนี้ครอบคลุมถึงเครื่องแบบเทอร์โบเจ็ท, เทอร์โบแฟน, เครื่องยนต์จรวด, แรมเจ็ท และพัลส์เจ็ท โดยทั่วไปเครื่องยนต์ไอพ่นเป็นชนิดสันดาบ combustion engines แต่ก็มีบางชนิดก็ไม่มีการสันดาบ.

ในภาษาพูดโดยทั่วไป, เครื่องยนต์ไอพ่นจะหมายถึงอย่างหลวมๆว่าเป็นเครื่องยนต์ไอพ่นที่ใช้อากาศหายใจแบบสันดาบภายใน  internal combustion airbreathing jet engine หรือ เครื่องยนต์แบบใช้ท่อ 

duct engineซึ่งปกติจะประกอบด้วยตัวอัดอากาศ  air compressor ที่หมุนด้วยกำลังขับจากกังหัน : turbine ตามหลักของวัฏจักรเบรตัน Brayton cycle พลังงานที่เหลือทิ้งในรูปของก๊าซร้อนจะสร้างแรงผลักที่จะเคลื่อนที่ผ่านหัวฉีด  nozzle. อากาศยานไอพ่นใช้เครื่องยนต์ประเภทนี้สำหรับการเดินทางระยะไกล. อากาศยานไอพ่นในยุคแรกใช้เครื่องยนต์แบบเทอร์โบเจ็ทซึ่งค่อนข้างไม่มีประสิทธิภาพสำหรับการบินความเร็วต่ำกว่าเสียง  subsonic. อากาศยาน subsonic ที่ทันสมัยปกติจะใช้เครื่องยนต์แบบ high-bypass turbofan. เครื่องยนต์เหล่านี้ให้ความเร็วสูงและมีประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงดีกว่าเครื่องยนต์ใช้อากาศหายใจแบบใบพัดและแบบลูกสูบในการเดินทางระยะไกล

การนำเครื่องยนต์ไอพ่นไปใช้งาน

รถยนต์ที่ติดเครื่องยนต์ไอพ่น

เครื่องยนต์ไอพ่นแบบเทอร์โบแฟน JT9D ของ Pratt & Whitney ที่ติดตั้งบนเครื่องบิน Boeing 747

เครื่องยนต์ไอพ่นให้กำลังกับอากาศยาน, ขีปนาวุธและยานอากาศไร้คนขับ. ในรูปของเครื่องยนต์จรวด, พวกมันให้พลังกับพลุ, จรวดแบบจำลอง, ยานอวกาศและขีปนาวุธทางทหาร.

เครื่องยนต์ไอพ่นขับเคลื่อนรถยนต์ความเร็วสูง, โดยเฉพาะรถแข่ง, ด้วยสถิติตลอดกาลโดยรถจรวด : rocket car. รถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยเทอร์โบแฟนชื่อ ThrustSSC เป็นตัวทำสถิติความเร็วในปัจจุบัน.

การออกแบบเครื่องยนต์ไอพ่นมักจะได้รับการปรับปรุงสำหรับการใช้งานที่ไม่ใช้อากาศยาน, โดยใช้เป็นเครื่องกังหันแก๊สในอุตสาหกรรม, เช่นในการผลิตไฟฟ้า, เครื่องสูบน้ำ, แก๊สธรรมชาติหรือน้ำมัน, และขับเคลื่อนเรือหรือยานบนบกอื่นๆ. เครื่องยนกังหันแก๊สอุตสาหกรรมสามารถผลิตกำลังได้สูงถึง 50,000 แรงม้า. เครื่องยนต์เหล่านี้จำนวนมากถูกนำไปพัฒนาเพื่อใช้กับงานตั้งแต่เครื่องเทอร์โบเจ็ททางทหารแบบเก่าเช่นเครื่องต้นแบบ J57 และ J75 ของ Pratt & Whitney. นอกจากนี้ ยังมีพวกอนุพันธ์ของ JT8D low-bypass turbofan ของ P&W ที่สามารถผลิตกำลังงานได้ถึง 35,000 แรงม้า.

เครื่องยนต์กังหันแก๊สอุตสาหกรรม, แสดงชิ้นส่วนภายใน. โดย: Nabonaco

ชนิดของเครื่องยนต์

เครื่องยนต์ไอพ่นมีหลายแบบ แต่ทุกแบบจะได้แรงผลักไปข้างหน้า  forward thrust จากหลักการของ "การขับเคลื่อนด้วยไอพ่น"

เครื่องยนต์ชนิดใช้อากาศหายใจ  

Airbreathing engine

บทความหลัก: Airbreathing jet engine

โดยทั่วไป อากาศยานจะถูกขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์ไอพ่นชนิดใช้อากาศหายใจ, เครื่องยนต์แบบนี้ที่มีการใช้งานส่วนใหญ่เป็นแบบเทอร์โบแฟน ซึ่งให้ประสิทธิภาพที่ดีเมื่อบินที่ความเร็วต่ำกว่าความเร็วเสียง.

เครื่องยนต์ชนิดที่ใช้กำลังจากกังหัน

เครื่องยนต์ที่ใช้กำลังจากกังหัน (อังกฤษ: turbine powered) ชนิดต่างๆ

บทความหลัก: Gas turbine

เครื่องยนต์กังหันแก๊สจัดเป็นเครื่องยนต์แบบโรตารี ที่สกัดพลังงานจากการไหลของแก๊สที่เผาไหม้. เครื่องยนต์นี้ประกอบด้วย ตัวอัดอากาศ  air compressorที่ต้นทาง เชื่อมต่อเข้ากับกังหัน  turbine ปลายทาง โดยมีห้องเผาไหม้  combustion chamber อยู่ระหว่างกลาง. ในเครื่องยนต์ของอากาศยาน, ส่วนประกอบหลักทั้งสามนี้มักถูกเรียกว่า "ตัวผลิตแก๊ส"  gas generator เครื่องยนต์กังหันแก๊สมีหลากหลายรูปแบบ แต่พวกมันทั้งหมดใช้ระบบของตัวผลิตแก๊สแบบใดแบบหนึ่งทั้งสิ้น.

เทอร์โบเจ็ท

เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท

บทความหลัก: Turbojet

เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท จัดเป็นเครื่องยนต์แบบกังหันแก๊ส  gas turbine engine ที่ทำงานตามขั้นตอนดังนี้

 (1) อัดอากาศเข้าช่องนำอากาศเข้า inlet

(2) ตัวอัดอากาศทำการอัดอากาศตามแนวแกน  axial compression หรืออัดอากาศตามแรงเหวี่ยงหนีศูนย์  centrifugal compression หรือทั้งสองแบบ, 

(3) ทำการผสมเชื้อเพลิงเข้ากับอากาศที่ถูกบีบอัดแล้วนั้น, 

(4) เผาใหม้ส่วนผสมนั้นในห้องเผาไหม้, 

(5) จากนั้นก็ส่งแก๊สร้อนที่ถูกบืบอัดผ่านกังหันและหัวฉีด  nozzle แล้วพ่นแก๊สออกมาด้านหลัง. เท่ากับว่ากังหันจะสกัดพลังงานจากแก๊สขยายตัวที่ไหลผ่านตัวมัน, ส่งพลังงานนั้นให้กับตัวบืบอัด, เป็นการแปลงพลังงานภายในของเชื้อเพลิงให้เป็นพลังงานจลน์ในแก๊สที่ปล่อยออกมา, เป็นการสร้างแรงผลัก : thrust. อากาศทั้งหมดที่เข้าทาง inlet ถูกส่งผ่านเข้าไปยัง compressor, ผ่านห้องเผาใหม้และกังหัน, ไม่เหมือนเครื่องยนต์แบบ turbofan ที่อธิบายอยู่ข้างล่างนี้

เทอร์โบแฟน

ภาพจำลองการทำงานของเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนชนิด low bypass, สีเขียวแสดงถึงบริเวณที่อากาศหรือส่วนผสมระหว่างอากาศและเชื้อเพลิงมีความดันต่ำ, สีม่วงหมายถึงบริเวณที่ความดันสูง

บทความหลัก: Turbofan

เครื่องยนต์เทอร์โบแฟนจัดเป็นเครื่องยนต์กังหันแก๊สที่มีความคล้ายกันกับเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท. เนื่องจากมันใช้แกนของแก๊สเจนเนอเรเตอร์ (ได้แก่ compressor, combustor, และ turbine) ในการเปลี่ยนรูปพลังงานจากเชื้อเพลิงเป็นพลังงานจลน์ในไอเสียที่พ่นที่ออกจากท้ายเครื่อง. สิ่งที่ทำให้เครื่องยนต์เทอโบแฟน แตกต่างจากเทอร์โบเจ็ท คือมันติดตั้งชิ้นส่วนเพิ่มเติมนั่นคือ พัดลม fan เช่นเดียวกับ compressor, พัดลมได้รับกำลังขับจากส่วนที่เป็นกังหันของเครื่องยนต์. ไม่เหมือนกับ turbojet, อากาศบางส่วนถูกเร่งความเร็วโดยพัดลมให้ ไม่ผ่าน หรือ bypass แกนของแก๊สเจนเนอเรเตอร์และถูกพ่นออกผ่านหัวฉีด. อากาศที่ bypass นี้จะมีความเร็วที่ต่ำกว่า, แต่มีมวลมากกว่า, สร้างแรงผลักโดยพัดลมได้ประสิทธิภาพมากกว่าแรงผลักที่เกิดจากแกน. เทอร์โบแฟนโดยทั่วไปมีประสิทธิภาพมากกว่าเทอร์โบเจ็ทที่ความเร็วน้อยกว่าเสียง, แต่มีพื้นที่ด้านหน้าใหญ่กว่าทำให้เกิดแรงต้านมากกว่า

เครื่องยนต์เทอร์โบแฟนชนิด high-bypass (CF6) สร้างโดย General Electric

เครื่องยนต์เทอร์โบแฟนนี้สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทโดยทั่วไปคือแบบ low bypass และแบบ high bypass. แบบ low bypass จะมีอัตราส่วนการ bypass ประมาณ 2 : 1 หรือน้อยกว่า นั่นหมายความว่าแต่ละ 3 กิโลกรัมของอากาศที่ไหลเข้าแกนของเครื่อง (core engine) จะมีอากาศประมาณ 2 กิโลกรัมหรือน้อยกว่าไม่ไหลผ่าน หรือ bypass แกนของเครื่อง (core engine)

เครื่องยนต์เทอร์โบแฟนแบบ Low bypass นั้นมักจะใช้ท่อเป่าอากาศร้อนแบบผสม mixed exhaust nozzle นั่นหมายความว่า อากาศที่ผ่านแกนเครื่องและไม่ผ่านแกนเครื่องทั้งสองส่วนจะต้องผ่านหัวฉีดตัวเดียวกันเป็นไอพ่นออกจากท้ายเครื่องยนต์

เครื่องยนต์เทอร์โบแฟนชนิด High bypass นั้นจะมีอัตราส่วนการ bypass ที่สูงกว่า บางครั้งอาจจะอยุ่ที่ระดับ 5:1 หรือ 6:1. เครื่องยนต์ประเภทนี้สามารถสร้างแรงขับได้มากกว่าเครื่อง low bypass หรือเทอร์โบเจ็ท เนื่องจากอากาศมีมวลปริมาณมหาศาลเกินกว่าพัดลมจะสามารถเร่งได้ และโดยทั่วไป เครื่องยนต์ high bypass จะมีประสิทธิภาพด้านการใช้เชื้อเพลิงดีกว่าด้วย

เทอร์โบพร๊อปและเทอร์โบชาฟต์

บทความหลัก: Turboprop และ Turboshaft

เครื่องยนต์แบบเทอร์โบพร๊อป

เครื่องยนต์แบบเทอร์โบพร๊อป  Turboprop engine เป็นอนุพันธ์ของเครื่องยนต์เจ็ท, แต่ยังคงเป็นเครื่องยนต์กังหันแก็ส, ที่สกัดกำลังจากไอเสียที่ร้อนเพื่อนำไปหมุนเพลา, จากนั้นแรงหมุนจากเพลาจึงจะถูกนำไปใช้สร้างแรงผลักด้วยวิธีการอื่นบางอย่าง. โดยที่ไม่ได้เข้มงวดนักว่ามันเป็นเครื่องยนต์เจ็ทที่มันจะต้องพึ่งพากลไกระดับรองในการสร้างแรงผลัก, เทอร์โบพร็อปก็คล้ายกันมากกับเครื่องยนต์เจ็ทแบบใช้กังหันอื่นๆ, และมักจะถูกอธิบายว่าเป็นอย่างนั้น.

ในเครื่องยนต์แบบเทอร์โบพร็อป, ส่วนหนึ่งของแรงผลักของเครื่องยนต์ถูกสร้างโดยการหมุนของใบพัด, แทนที่จะพึ่งพาไอร้อนความเร็วสูงที่พ่นออกมาแต่เพียงอย่างเดียว. เมื่อแรงผลักไอพ่นของมันถูกเสริมด้วยใบพัด, เทอร์โบพร็อปบางครั้งถูกเรียกว่าเป็นเครื่องยนต์ไอพ่นพันธ์ผสม. ในขณะที่เทอร์โบพร็อปจำนวนมากผลิตแรงผลักส่วนใหญ่ด้วยใบพัด, ไอพ่นร้อนเป็นจุดออกแบบที่สำคัญ, และแรงผลักจะได้รับสูงสุดโดยการ matching ระหว่างแรงผลักที่เกิดจากใบพัดกับแรงผลักที่เกิดจากไอพ่น. เทอร์โบพร็อปโดยทั่วไปมีการทำงานที่ดีกว่าเทอร์โบเจ็ทหรือเทอร์โบแฟนที่ความเร็วต่ำเมื่อใบพัดมีประสิทธิภาพที่สูง, แต่จะมีเสียงรบกวนมากที่ความเร็วสูง.

เครื่องยนต์แบบเทอร์โบชาฟต์  Turboshaft engines คล้ายกันมากกับเทอร์โบพร๊อป, แต่สิ่งที่ต่างคือกำลังเกือบทั้งหมดที่ได้จากกังหันแก๊สจะนำไปขับเพลาหมุน : rotating shaft, ซึ่งจะถูกใช้ไปหมุนเครื่องยนต์แทนที่จะเป็นใบพัด, เพราะฉะนั้น มันจึงผลิตแรงขับที่เกิดจากไอพ่นเพียงเล็กน้อยหรือไม่ได้ผลิตเลย. เฮลิคอปเตอร์จะใช้เครื่องยนต์ชนิดนี้.

พร๊อปแฟน

เครื่องยนต์แบบพร๊อปแฟน

เครื่องยนต์แบบพร๊อปแฟน (ชึ่งอาจเรียกว่า unducted fan หรือ open rotor หรือ ultra-high bypass ก็ได้) คือเครื่องยนต์เจ็ทที่ใช้แก๊สเจนเนอเรเตอร์เป็นตัวขับเคลื่อน fan ที่เปิดหน้าออก, คล้ายกับเครื่องยนต์แบบเทอร์โบพร๊อป. พร๊อปแฟนจะสร้างแรงผลักส่วนใหญ่จากใบพัด, ไม่ใช่จากไอพ่น.

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการออกแบบของเครื่องยนต์แบบเทอร์โบพร๊อปกับพร๊อปแฟนก็คือแผ่นของใบพัด  propeller blades บนพร๊อปแฟนถูกทำให้สามารถกวาดไปได้ด้วยความเร็วสูงถึง 0.8 เท่าของความเร็วเสียง : 0.8 Mach ซึ่งสูสีกับเครื่องยนต์แบบเทอร์โบแฟนที่ใช้ในเชิงพาณิชย์ที่ทันสมัย. เครื่องยนต์ชนิดนี้มีข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงเหนือเครื่องยนต์แบบเทอร์โบพร๊อปด้วยความสามารถในการทำงานของเทอร์โบแฟนในทางพานิชย์ ในขณะที่การวิจัยและการทดสอบอย่างมีนัยสำคัญ (รวมทั้งการทดสอบการบิน)ได้ดำเนินการไปแล้วกับเครื่องยนต์แบบพร๊อปแฟน, ยังไม่มีเครื่องยนต์แบบนี้เข้าสู่ขบวนการผลิต.

หมายเหตุ* เครื่องยนต์เทอร์โบพร๊อปทั่วไปจะมีขีดจำกัดความเร็ว สาเหตุมาจากประสิทธิภาพของใบพัด เนื่องจากเมื่อความเร็วสูงถึงจุดหนึ่ง จะเกิดการ stall ที่ปลายสุดของใบพัด ทำให้เกิดแรงต้านการเคลื่อนที่เพิ่มขึ้นมาก นี่จึงเป็นสาเหตุที่ทำให้เครื่องยนต์เทอร์โบพร๊อปมีประสิทธิภาพต่ำเมื่อบินด้วยความเร็วสูง (ประมาณ 700 กม./ชม.)

เครื่องยนต์ชนิดที่ใช้กำลังแบบแรม

เครื่องยนต์เจ็ทชนิดที่ใช้กำลังแบบแรม  Ram powered jet engines คือเครื่องยนต์ชนิดใช้อากาศหายใจชนิดหนึ่ง ซึ่งคล้ายกับเครื่องยนต์กังหันแก๊สและใช้หลักการของวัฏจักรเบรย์ตันเช่นเดียวกัน. อย่างไรก็ตาม สิ่งที่แตกต่างคือวิธีการอัดอากาศที่ไหลเข้ามา. ในขณะที่เครื่องยนต์กังหันแก๊สจะใช้ตัวบีดอัดแบบรอบแกนหรือหนีศูนย์, แต่เครื่องยนต์แบบแรมจะใช้การบีบอัดโดยให้อากาศไหลผ่าน inlet หรือตัวดิฟฟิวเซอร์ diffuserเครื่องยนต์แบบแรมยังจัดว่าเป็นเครื่องยนต์ชนิดใช้อากาศหายใจที่ซับซ้อนน้อยที่สุด เนื่องจากไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ขณะปฏิบัติงาน

แรมเจ็ท

บทความหลัก: Ramjet

แผนภาพแสดงการทำงานของเครื่องยนต์แรมเจ็ท โดยที่ตัวอักษร M หมายถึงตัวเลขมัค เช่น M>1 หมายถึงความเร็วของอากาศที่ไหล ณ จุดนั้นมากกว่าความเร็วเสียง

แรมเจ็ท เป็นเครื่องยนต์เจ็ทที่ได้รับพลังงานจากแรมชนิดที่พื้นฐานที่สุด ประกอบด้วย 3 ส่วน คือ

1. ทางเข้าของอากาศ  inlet ที่ทำหน้าที่บีบอัดอากาศที่ไหลเข้าเครื่องยนต์
2. ตัวจุดระเบิดcombustor ทำหน้าที่ฉีดเชื้อเพลิงและจุดระเบิด
3. หัวฉีด nozzle ทำหน้าที่เร่งไอเสียให้ออกไปทางท้ายเครื่องยนต์เพื่อสร้างแรงขับดัน thrust

เครื่องยนต์ชนิดนี้จำเป็นต้องให้อากาศไหลเข้าด้วยความเร็วค่อนข้างสูง จึงจะสามารถอัดอากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพราะฉะนั้นเครื่องยนต์นี้จึงไม่สามารถทำงานได้เมื่อเครื่องบินอยู่นิ่งๆบนพื้น แต่จะสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อบินด้วยความเร็วเหนือเสียง  supersonic

ลักษณะเฉพาะของเครื่องยนต์ชนิดนี้คือ การเผาไหม้จะทำที่ความเร็วต่ำกว่าความเร็วเสียง. อากาศความเร็วเหนือเสียงที่ไหลเข้าถูกทำให้ช้าลงผ่าน inlet, จากนั้นมันจะถูกเผาใหม้ที่ความเร็วต่ำกว่าเสียงมากๆ เพราะฉะนั้น เครื่องยนต์แรมเจ็ทจึงถูกจำกัดที่ประมาณ มัค 5 เท่านั้น

สแครมเจ็ทบทความหลัก: Scramjet

การทำงานของเครื่องยนต์สแครมเจ็ท

สแครมเจ็ทใช้กลไกที่ใกล้เคียงกับแรมเจ็ทมาก เหมือนแรมเจ็ท มันประกอบด้วยสามส่วนหลักๆ ได้แก่ inlet, combustor และ nozzle

สิ่งที่แตกต่างกันระหว่างแรมเจ็ทและสแครมเจ็ทก็คือสแครมเจ็ทจะไม่ทำให้อากาศที่ไหลเข้าช้าลงต่ำกว่าความเร็วเสียงเพื่อการเผาไหม้, แต่มันใช้การเผาใหม้แบบความเร็วเหนือเสียงแทน. คำว่าสแครมเจ็ท scram jet นี้มาจากคำว่า "supersonic combusting ramjet"

เนื่องจากสแครมเจ็ทใช้การเผาใหม้ที่ความเร็วเหนือเสียง, มันจึงสามารถทำงานได้ที่ความเร็วสูงกว่ามัค 6 ในที่ซึ่งแรมเจ็ททั่วไปจะมีประสิทธิภาพที่ต่ำมาก. ความแตกต่างอีกอย่างหนึ่งระหว่างแรมเจ็ทและสแครมเจ็ทมาจากวิธีที่แต่ละแบบของเครื่องยนต์บีบอัดอากาศที่ไหลเข้า: ในขณะที่ inlet ทำการบีบอัดเป็นส่วนใหญ่สำหรับแรมเจ็ท, ความเร็วสูงในจุดที่สแครมเจ็ททำงานยอมให้มันใช้ข้อได้เปรียบของการบีบอัดที่สร้างขึ้นโดยคลื่นช็อก shock wave ที่อ้อมๆ

มีเครื่องยนต์สแครมเจ็ทไม่มากที่เคยถูกสร้างขึนและทำการบิน. ในเดือนพฤษภาคม 2010 เครื่อง Boeing X-51 ทำสถิติความอดทนสำหรับการเผาสแครมเจ็ทที่นานที่สุดที่มากกว่า 200 วินาที

เครื่องยนต์ชนิดเผาไหม้ไม่ต่อเนื่อง (Non-continuous combustion)

แผนภาพจำลองการทำงานของ pulsejet

ชนิด	คำอธิบาย	ข้อดี	ข้อเสีย
motor jet	เป็นชนิดที่เลิกใช้งานแล้วที่ทำงานคล้ายกับเทอร์โบเจ็ท แต่แทนที่จะใช้กังหันขับ compressor แต่ใช้ลูกสูบแทน	สร้างไอพ่นความเร็วสูงกว่าแบบใบพัด, ให้แรงผลักดีกว่าที่ความเร็วสูง	น้ำหนักมาก, ประสิทธิภาพต่ำและได้กำลังต่ำ. ยกตัวอย่าง Caproni Campini N.1
Pulsejet	อากาศถูกอัดและเผาไหม้เป็นระยะๆแทนการเผาไหม้อย่างต่อเนื่อง. บางรูปแบบมีการใช้วาล์วด้วย	เป็นการออกแบบที่ธรรมดามาก, ใช้ทั่วไปกับอากาศยานต้นแบบ	เสียงดัง, ประสิทธิภาพต่ำ (อัตราส่วนการอัดต่ำ), ทำงานได้ไม่ดีเมื่อมีขนาดใหญ่, วาล์วในแบบที่ใช้วาล์วมีการสึกหรอเร็ว
Pulse detonation	คล้ายกับพัลส์เจ็ท, แต่การเผาไหม้จะเป็นแบบการระเบิดรุนแรง  detonation แทนที่จะเป็นการเผาใหม้แบบ deflagration, อาจจะมีหรือไม่มีวาล์วก็ได้	มีประสิทธิภาพเครื่องยนต์สูงสุดในทางทฤษฎี	เสียงดังมากๆ, ชิ้นส่วนเกิดความล้าทางกล  mechanical fatigue สูง , การเริ่มต้น detonation ยาก, ยังไม่มีการนำมาใช้งานจริง

จรวด

บทความหลัก: Rocket engine

การขับเคลื่อนเครื่องยนต์ด้วยจรวด

เครื่องยนต์จรวด ใช้หลักการพื้นฐานด้านกายภาพเดียวกันกับเครื่องยนต์ไอพ่นในการสร้างการขับดันโดยผ่านแรงผลัก, แต่ที่แตกต่างคือมันไม่ต้องใช้อากาศทั่วไปบนผิวโลกเพื่อสร้างออกซิเจน; เนื่องจากจรวดจะบรรทุกชิ้นส่วนทั้งหมดของวัสดุที่จำเป็นต่อการสร้างกำลังขับขึ้นไปด้วย. วิธีนี้สามารถทำให้เครื่องยนต์ชนิดนี้สามารถทำงานได้ที่ระดับความสูงใดๆก็ได้และในอวกาศ.

เครื่องยนต์ชนิดนี้จะถูกใช้สำหรับการส่งดาวเทียม, การสำรวจอวกาศและการขับเคลื่อนด้วยมนุษย์, และปฏิบัติการลงพื้นดวงจันทร์ในปี 1969.

เครื่องยนต์จรวดใช้สำหรับการบินในระดับความสูงที่สูงมาก เนื่องจากเป็นการบินโดยไม่ต้องอาศัยออกซิเจนจากบรรยากาศรอบข้าง ทำให้สามารถปฏิบัติงานได้ที่ความสูงใดๆก็ได้ หรือในกรณีที่ต้องการสร้างความเร่งที่สูงมากได้ ซึ่งเป็นเพราะเครื่องยนต์ชนิดนี้มีอัตราส่วนแรงผลักต่อน้ำหนักตัว  thrust-to-weight ratio ที่สูงมาก

อย่างไรก็ตาม, ความเร็วไอพ่นที่สูงและสารขับหรือเชื้อเพ:ลิงขับ : propellant ที่อุดมไปด้วยตัว oxidizer ที่หนักกว่าจะส่งผลให้มีการใช้ propellant มากกว่าการใช้เทอร์โบแฟนมากๆ, แม้กระนั้นก็ตาม ที่ความเร็วสูงอย่างสุดขั้ว พวกมันมีประสิทธิภาพด้านพลังงานดีมาก สมการหนึ่งสำหรับการประมาณค่าแรงผลักสุทธิของเครื่องยนต์จรวดเป็นดังนี้:

${\displaystyle F_{N}={\dot {m}}\,g_{0}\,I_{sp-vac}-A_{e}\,p\;}$

โดยที่ ${\displaystyle F_{N}}$ เป็นแรงผลักสุทธิ  net thrust  , ${\displaystyle I_{sp(vac)}}$ เป็นแรงกระตุ้นเฉพาะ specific impulse, ${\displaystyle g_{0}}$ เป็นแรงโน้มถ่วงมาตรฐาน  standard gravity, ${\displaystyle {\dot {m}}}$ คืออัตราการไหลของเชื้อเพลิงขับ มีหน่วยเป็น kg/s, ${\displaystyle A_{e}}$พื้นที่หน้าตัดของ nozzle ที่ทางออกของไอพ่น, และ ${\displaystyle P}$ เป็นความดันบรรยากาศ

ประเภท	คำอธิบาย	ข้อดี	ข้อเสีย
จรวด	บรรทุกเชื้อเพลิงและสารผลิตอ๊อกซิเจนทั้งหมดไปบนเครื่อง, ปล่อยไอพ่นออกมาเพื่อผลักดัน	มีชิ้นส่วนเคลื่อนไหวไม่กี่ชิ้น, Mach 0 ถึง Mach 25+, ประสิทธิภาพสูงที่ความเร็วสูง(> Mach 5.0 หรือกว่านั้น), อัตราส่วนของแรงผลัก/น้ำหนักมากกว่า 100, ไม่มีช่องอากาศเข้าที่ซับซ้อน, อัตราส่วนแรงอัดสูง, ความเร็วไอพ่นสูงมาก (เร็วกว่าเสียง), อัตราส่วนค่าใช้จ่าย/แรงผลักดี, ค่อนข้างง่ายในการทดสอบ, ทำงานในสูญญากาศหรือนอกบรรยากาศของโลกได้ดีที่สุดซึ่งนุ่มนวลกว่าบนโครงสร้างยานที่ความเร็วสูง, พื้นที่ผิวหน้าค่อนข้างเล็กเพื่อรักษาความเย็น, และไม่มีกังหันในสายธารไอพ่นร้อน. เผาใหม้ที่อุณหภูมิสูงมากและอัตราส่วนการขยายตัวของหัวฉีดที่สูงทำให้มีปรธสิทธิภาพที่สูงมากที่ความเร็วสูงมากๆ	ต้องใช้เชื้อเพลิงจำนวนมาก - specific impulse ที่ต่ำมากๆ — ราว 100–450 วินาที. แรงเค้นด้านอุณหภูมิของห้องเผาใหม้ที่สูงอย่างยิ่งยวดทำให้การนำกลับมาใช้ใหม่ทำได้ยากกว่า. ทั่วไปแล้วต้องบรรทุกตัวทำอ็อกซิเจนไปบนเครื่องซึ่งเป็นการเพิ่มความเสี่ยง. มีเสียงดังเกินกว่าปกติ.

Hybrid

เครื่องยนต์แบบรอบผสม  Combined cycle engines ใช้หลักการทำงานพร้อมกันของเครื่องยนต์ไอพ่นสองเครื่องหรือมากกว่าที่แตกต่างกัน.

ประเภท	คำอธิบาย	ข้อดี	ข้อเสีย
Turborocket	turbojet ที่ติดตั้งตัว oxidizer เช่น oxygen ผสมกับกระแสอากาศเพื่อเพิ่มความสูงเต็มที่	ใกล้กับการออกแบบเดิมอยู่มาก, ทำงานที่ระดับความสูงมากๆ, พิสัยของความสูงและความเร็วอากาศที่กว้าง	ความเร็วอากาศถูกจำกัดที่พิสัยเดียวกันกับเครื่องยนต์ turbojet, การบรรทุกตัว oxidizer เช่น LOX อาจเป็นอันตราย. หนักกว่าจรวดธรรมดามาก.
Air-augmented rocket	ที่สำคัญเป็น ramjet ที่อากาศไหลเข้าถูกบีบอัดและเผาใหม้ด้วยไอพ่นจากจรวด	ความเร็วจากมัค 0 ถึงมัค 4.5+ (สามารถวิ่งนอกบรรยากาศได้ด้วย), ประสิทธิภาพดีที่มัค 2 ถึงมัค 4	ประสิทธิภาพคคล้ายกับของจรวดที่ความเร็วต่ำหรือนอกบรรยากาศ, ช่องอากาศเข้ายุ่งยาก, เป็นประเภทที่ค่อนข้างไม่ได้รับการพัฒนาและไม่ได้รับความสนใจ, การระบายความร้อนยุ่งยาก, เสียงดังมาก, อัตราส่วนแรงผลัก/น้ำหนักคล้ายกับของ ramjets.
Precooled jet engine/Liquid air cycle engine (LACE)	อากาศเข้าถูกทำให้เย็นที่อุณหภูมิต่ำมากๆที่ทางเข้าในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน  heat exchanger ก่อนผ่านไปยัง ramjet และ/หรือ turbojet และ/หรือเครื่องยนต์จรวด.	ทดสอบบนพื้นดินได้ง่าย. อัตราส่วนแรงผลัก/น้ำหนัก ~14 พร้อมด้วยประสิทธิภาพด้านเชื้อเพลิงที่ดีตลอดพิสัยที่กว้างของความเร็วอากาศ, มัค 0 ถึง 5.5+; การผสมกันของประสิทธิภาพหลายอย่างอาจทการบินขึนสู่วงโคจร, หรือการเดินทางระหว่างทวีประยะทางไกลระยะเดียวได้รวดเร็วมาก	ยังคงอยู่ในขั้นต้นแบบเท่านั้น. ตัวอย่างเช่น RB545, Reaction Engines SABRE, ATREX. ต้องใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเหลวซึ่งมีความเข้มข้นต่ำมากและต้องการถังเก็บที่ป้องกันความร้อนขนาดใหญ่มาก.

Water jet

บทความหลัก: Pump-jet

Water jet หรือ pump jet, เป็นระบบขับเคลื่อนทางน้ำที่ใช้การพ่นของน้ำ. เครื่องกลไกประกอบด้วยใบพัดที่เป็นท่อกับหัวฉีด, หรือตัวอัดแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ centrifugal compressor กับห้วฉีด.

รูปแสดง pump jet

ประเภท	คำอธิบาย	ข้อดี	ข้อเสีย
Water jet	เพื่อขับเคลื่อน water rockets และ jetboats; พ่นน้ำออกทางด้านหลังทางหัวพ่น	ในเรือ, สามารถวิ่งในน้ำตื้นได้, ความเร่งสูง, ไม่มีความเสี่ยงเรื่องเครื่อง overload (ไม่เหมือนใบพัด), เสียงดังและลำตัวสั่นน้อย, ควบคุมการเปลี่ยนทิศทางได้ทุกความเร็วเรือ, ประสิทธิภาพด้านความเร็วสูง, เสียหายจากเศษเล็กเศษน้อยได้ยาก, เขื่อถือได้มาก, ยืดหยุ่นต่อน้ำหนักบรรทุกได้ดีกว่า, ทำอันตรายต่อสัตว์ป่าได้น้อย	อาจมีประสิทธิภาพต่ำกว่าเครื่องใบพัดที่ความเร็วต่ำ, แพงกว่า, น้ำหนักบนเรือสูงกว่าเนื่องจากน้ำที่ไหลเข้า, อาจทำงานได้ไม่ดีถ้าเรือมีน้ำหนักมากกว่าขนาดของเจ็ทที่ติดตั้ง

หลักการด้านกายภาพทั่วไป

เครื่องยนต์เจ็ททุกเครื่องเป็นเครื่องยนต์ปฏิกิริยาที่สร้างแรงผลักโดยการปล่อยไอพ่นออกทางด้านหลังที่ความเร็วค่อนข้างสูง. แรงทั้งหลายภายในเครื่องยนต์จะเป็นตัวสร้างไอพ่นนี้, ซึ่งจะให้แรงผลักที่แข็งแกร่งในเครื่องยนต์ซึ่งผลักให้ยานไปข้างหน้า.

เครื่องยนต์เจ็ตสร้างไอพ่นของมันจากเชื้อเพลิงในถังเก็บที่ติดมากับเครื่องยนต์ (เหมือนกับใน 'จรวด') เช่นเดียวกับในเครื่องยนต์ใช้ท่อ  duct engine (ที่ใช้กันทั่วไปบนเครื่องบิน) โดยการบริโภคของเหลวภายนอก (มักเป็นอากาศ) และขับไล่มันออกที่ความเร็วที่สูงขึ้น.

หัวฉีดที่สร้างแรงขับ

หัวฉีดที่สร้างแรงขับ propelling nozzle เป็นองค์ประกอบสำคัญของเครื่องยนต์เจ็ททุกเครื่องเพราะมันสร้างไอพ่น (ไอเสีย). หัวฉีดที่สร้างแรงขับเปลี่ยนก๊าซร้อนที่อยู่ภายใต้การบีบอัดเคลื่อนไหวช้าให้เป็นแก๊สที่เย็นกว่า, ความดันต่ำกว่า, แต่เคลื่อนที่เร็วกว่าโดยกรรมวิธีที่เรียกว่า adiabatic expansion หัวฉีดที่สร้างแรงขับสามารถทำงานที่ความเร็วต่ำกว่าเสียง, เท่าเสียงหรือเหนือเสียง, แต่ในการทำงานปกติ หัวฉีดมักจะทำงานที่ความเร็วเสียงหรือเหนือเสียง. หัวฉีดดำเนินการเพื่อควบคุมการไหลและด้วยเหตุนี้มันจึงช่วยเพิ่มความดันในเครื่องยนต์, และทางกายภาพแล้วหัวฉีดมักจะเป็นแบบ convergent, หรือ convergent-divergent. หัวฉีดแบบ convergent-divergent สามารถให้ความเร็วไอพ่นแบบเหนือเสียงเจ็ทภายในส่วนของ divergent, ในขณะที่หัวฉีดแบบ convergent ของเหลวไอเสียไม่สามารถมีความเร็วเกินกว่าความเร็วของเสียงของแก๊สที่อยู่ภายในหัวฉีด

แรงผลัก

แรงผลักสุทธิ (F_N) ของ turbojet ถูกกำหนดโดย

${\displaystyle F_{N}=({\dot {m}}_{air}+{\dot {m}}_{fuel})v_{e}-{\dot {m}}_{air}v}$

เมื่อ:
ṁ air	= อัตรามวลของอากาศที่ไหลผ่านเครื่องยนต์
ṁ fuel	= อัตรามวลของเชื้อเพลิงที่ไหลเข้าเครื่องยนต์
ve	= ความเร็วของไอพ่น (ไอเสีย)และคาดว่าจะต่ำกว่าความเร็วเสียง
v	= ความเร็วของอากาศไหลเข้า = ความเร็วอากาศจริงของอากาศยาน
(ṁ air + ṁ fuel)ve	= แรงผลักรวมที่หัวฉีด (FG)
ṁ air v	= แรงต้านจาก ram ของอากาศไหลเข้า

สมการข้างต้นใช้เฉพาะสำหรับเครื่องยนต์ไอพ่นใช้อากาศหายใจเท่านั้น. มันไม่ได้นำไปใช้กับเครื่องยนต์จรวด. เกือบทุกประเภทของเครื่องยนต์เจ็ทมีช่องอากาศเข้า, ซึ่งเป็นช่องที่ของของไหลจำนวนมากออกจากไอเสีย. อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์จรวดธรรมดาไม่ได้มีช่องเข้า, ทั้งตัวสร้างอ๊อกซิเจน  oxidizer และเชื้อเพลิงถูกบรรทุกไปกับยาน. เพราะฉะนั้นเครื่องยนต์จรวดไม่มีแรงต้านแรม  ram drag และแรงผลักรวมของหัวฉีดเครื่องยนต์จรวดเป็นแรงผลักสุทธิของเครื่องยนต์. ผลก็คือ, ลักษณะของแรงผลักของมอเตอร์จรวดจะมีความแตกต่างจากส่วนที่เป็นของเครื่องยนต์เจ็ทใช้หายใจ, และแรงผลักเป็นอิสระจากความเร็ว.

ถ้าความเร็วของไอพ่นจากเครื่องยนต์เจ็ทจะมีค่าเท่ากับความเร็วเสียง, หัวฉีดของเครื่องยนต์เจ็ทจะถูกเรียกว่ามันสำลัก. ถ้าหัวฉีดสำลัก, ความดันที่หัวฉีดที่ออกจากเครื่องบินจะมีค่ามากกว่าความดันบรรยากาศ, และเงื่อนไขพิเศษจะต้องถูกเพิ่มเข้าไปในสมการข้างต้นเพื่อนำมาคำนวณสำหรับแรงผลักของความดัน.

อัตราการไหลของเชื้อเพลิงที่เข้าเครื่องยนต์มีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับอัตราการไหลของอากาศ ถ้าการมีส่วนร่วมของเชื้อเพลิงที่ให้กับแรงผลักรวมของหัวฉีดไม่ถูกนำมาพิจารณา, แรงผลักสุทธิจะเป็น:

${\displaystyle F_{N}={\dot {m}}_{air}(v_{e}-v)}$

ความเร็วของไอพ่น (v_e) ต้องมีค่ามากกว่าความเร็วอากาศจริงของอากาศยาน (v) ถ้าจำเป็นต้องมีแรงผลักไปข้างหน้าบนอากาศยาน. ความเร็ว (v_e) สามารถคำนวณแบบ thermodynamic ที่มีพื้นฐานจาก adiabatic expansion

การเสริมแรงผลัก

แรงผลักจากไอพ่นสามารถทำให้เพิ่มขึ้นได้โดยการฉีดของเหลวเพิ่มเติม ซึ่งจะถูกเรียกว่า แรงผลักเปียก. เครื่องยนต์ในช่วงต้นและเครื่องยนต์ไม่ทำงานหลังสันดาป  non-afterburning engineในปัจจุบันบางเครื่องใช้น้ำฉีดเพื่อเพิ่มแรงผลักชั่วคราว. น้ำถูกฉีดที่ช่องเข้าของตัวอัดอากาศหรือตัวกระจาย  diffuser เพื่อหล่อเย็นอากาศที่ถูกบีบอัดซึ่งเป็นการเพิ่มความดันสำหรับการเผาไหม้ที่อุณหภูมิสูงขึ้น. แรงผลักสามารถเพิ่มขึ้นได้ประมาณ 10-30%. เมธิลหรือเอทิลแอลกอฮอล์ (หรือส่วนผสมอย่างใดอย่างหนึ่งหรือทั้งสองอย่างกับน้ำ) ได้ถูกนำมาใช้ในอดีตสำหรับการฉีด. อย่างไรก็ตาม น้ำมีไอร้อนของการระเหยที่สูงขึ้น เพราะฉะนั้น ของเหลวเท่านั้นที่ถูกใช้โดยทั่วไปสำหรับการเสริมแรงผลักในวันนี้.

เครื่องยนต์รบทางทหารในวันนี้ใช้ตัว afterburner เพื่อเพิ่มแรงผลัก.

ประสิทธิภาพของพลังงาน

การพึ่งพาประสิทธิภาพของแรงผลัก (η) จากความเร็วยานพาหนะ/อัตราความเร็วไอพ่น (v/v_e) สำหรับครื่องยนต์ไอพ่นที่ใช้อากาศหายใจและเครื่องยนต์จรวด

ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (${\displaystyle \eta }$) ของเครื่องยนต์เจ็ทที่ติดตั้งในยานพาหนะมีสององค์ประกอบหลัก ได้แก่

• ประสิทธิภาพของแรงผลักดัน propulsive efficiency (${\displaystyle \eta _{p}}$): ปริมาณพลังงานของไอพ่นมีมากเท่าไรที่สิ้นสุดลงในร่างกายของยานพาหนะแทนที่จะถูกปล่อยทิ้งออกไปเป็นพลังงานจลน์ของไอพ่น
• ประสิทธิภาพของวงรอบ cycle efficiency (${\displaystyle \eta _{v_{e}}}$): ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์เป็นอย่างไรที่จะสามารถเร่งความเร็วของไอพ่นได้

แม้ว่าประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยรวม = ${\displaystyle \eta }$ เป็นเพียง:

${\displaystyle \eta =\eta _{p}\eta _{v_{e}}}$

สำหรับเครื่องยนต์เจ็ททั้งหมด ประสิทธิภาพของแรงผลักดันจะมีค่าสูงสุดเมื่อเครื่องยนต์ปล่อยไอเสียที่ความเร็วหนึ่งที่เท่ากับหรือใกล้เคียงกับความเร็วของยานพาหนะ เพราะสิ่งนี้ให้พลังงานจลน์ที่เหลือค้างอยู่มีค่าน้อยที่สุดสูตรสำหรับเครื่องยนต์ที่ใช้อากาศหายใจที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว ${\displaystyle v}$ที่มีความเร็วไอเสีย ${\displaystyle v_{e}}$ และตัดทิ้งการไหลของเชื้อเพลิงเป็น

${\displaystyle \eta _{p}={\frac {2}{1+{\frac {v_{e}}{v}}}}}$

และสำหรับจรวด

${\displaystyle \eta _{p}={\frac {2\,({\frac {v}{v_{e}}})}{1+({\frac {v}{v_{e}}})^{2}}}}$

นอกเหนือไปจากประสิทธิภาพของแรงขับดัน, ปัจจัยอื่นได้แก่ ประสิทธิภาพของวงรอบ; เป็นความสำคัญเนื่องจากเครื่องยนต์เจ็ทโดยทั่วไปจะอยู่ในรูปแบบของเครื่องจักรความร้อน. ประสิทธิภาพความร้อนของเครื่องยนต์จะถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของอุณหภูมิในเครื่องยนต์ที่ถึงจุดที่เป็นไอพ่นที่ปลายหัวฉีด, ซึ่งจะถูกจำกัดด้วยอัตราส่วนความดันโดยรวมที่สามารถทำได้. ประสิทธิภาพของวงรอบจะมีค่าสูงที่สุดในเครื่องยนต์จรวด (~ 60% +), เมื่อพวกมันสามารถบรรลุอุณหภูมิการเผาไหม้ที่สูงสุดขั้ว. ประสิทธิภาพของวงรอบใน turbojet และเครื่องที่คล้ายกันคือใกล้กว่า 30%, เนื่องจากอุณหภูมิรอบสูงสุดที่ต่ำกว่ามาก.

ประสิทธิภาพการเผาไหม้ของอากาศยานเครื่องยนต์กังหันก๊าซส่วนใหญ่ในระหว่างการ takeoff ที่ระดับน้ำทะเลจะเป็นเกือบ 100%. มันลดลงอย่างไม่เป็นเชิงเส้นที่ 98% ในระหว่างการบินล่องลม. อัตราส่วนระหว่างอากาศ-เชื้อเพลิงอยู่ในช่วง 50:1 ถึง 130:1. สำหรับห้องเผาไหม้ประเภทใดๆ, จะขีดจำกัดแบบอุดมและอ่อนแอของอัตราส่วนอากาศ-เชื้อเพลิง, ไกลเกินกว่าที่เปลวไฟจะถูกดับได้. ช่วงของอัตราส่วนอากาศ-เชื้อเพลิงระหว่างขีดจำกัดที่อุดมและอ่อนแอจะลดลงด้วยการเพิ่มขึ้นของความเร็วลม. ถ้าการเพิ่มของการไหลของมวลอากาศไปลดอัตราส่วนเชื้อเพลิงให้ต่ำกว่าค่าบางอย่าง, เปลวไฟก็จะดับไป

ในอากาศยานกังหัน, อัตราส่วนเชื้อเพลิงปกติจะน้อยกว่าอัตราเชื้อเพลิงที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดถึง 15%. เพราะฉะนั้น, เพียงส่วนหนึ่งของอากาศเท่านั้นที่จะถูกนำมาใช้ในกระบวนการเผาไหม้. ส่วนของเชื้อเพลิงไม่ได้ถูกเผาไหม้อย่างสมบูรณ์, มีการปล่อยส่วนผสมของก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์, เขม่า, และสารไฮโดรคาร์บอนไว้ข้างหลัง. ในขณะที่ไม่เคลื่อนที่ ของเสียเหล่านี้มีปริมาณถึง 50-2000 ppm (parts per million) และลดลงในระหว่างการล่องลมที่ 1-50 ppm. นั่นคือเหตุผลที่อากาศรอบๆสนามบินจึงเลวร้าย

แรงกระตุ้นเฉพาะ Specific impulse เมื่อทำหน้าที่เป็นความเร็วสำหรับไอพ่นประเภทที่แตกต่างกันด้วยเชื้อเพลิงน้ำมันก๊าด (hydrogen I_sp จะสูงเป็นสองเท่า). แม้ว่าประสิทธิภาพจะลดลงตามความเร็ว, แต่ก็ครอบคลุมระยะทางได้ใหญ่กว่า, ปรากฏว่าประสิทธิภาพต่อหน่วยระยะทาง (ต่อ กม.หรือ ไมล์) ค่อนข้างไม่ขึ้นอยู่กับความเร็วสำหรับเครื่องยนต์เจ็ทเมื่อเป็นกลุ่ม; อย่างไรก็ตามลำตัวเครื่อง : airframe กลายเป็นไม่มีประสิทธิภาพที่ความเร็วเหนือเสียง

.

การบริโภคเชื้อเพลิงหรือสารขับเคลื่อน

แนวคิดเพื่อประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด (แต่แตกต่างกัน) คืออัตราของการบริโภคของสารขับเคลื่อน  propellant. การบริโภคสารขับเคลื่อนในเครื่องยนต์เจ็ตสามารถวัดได้จาก'การบริโภคเชื้อเพลิงเฉพาะ'  Specific Fuel Consumption, 'แรงกระตุ้นเฉพาะ'  Specific impulse หรือ'ความเร็วไอเสียที่มีประสิทธิภาพ' Effective exhaust velocity. ทั้งหมดนี้เป็นการวัดในสิ่งเดียวกัน. แรงกระตุ้นเฉพาะและความเร็วไอเสียที่มีประสิทธิภาพเป็นสัดส่วนโดยตรงอย่างเคร่งครัด, ในขณะที่การบริโภคน้ำมันเชื้อเพลิงเฉพาะเป็นสัดส่วนผกผันกับตัวอื่นๆ.

สำหรับเครื่องยนต์แบบ airbreathing เช่น turbojets, ประสิทธิภาพการใช้พลังงานและประสิทธิภาพสารขับเคลื่อน (เชื้อเพลิง) เป็นสิ่งเดียวกันอย่างมาก, เนื่องจากสารขับเคลื่อนเป็นเชื้อเพลิงและแหล่งที่มาของพลังงานอย่างหนึ่ง. ในระบบจรวด, สารขับเคลื่อนยังเป็นไอเสีย, และนี่หมายความว่าสารขับเคลื่อนพลังงานสูงให้ประสิทธิภาพการขับเคลื่อนที่ดีกว่า แต่ในบางกรณีย้งสามารถให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่"ลดลง"จริงๆอีกด้วย.

ตามตารางด้านล่าง ที่ turbofans ต่ำกว่าเสียงเช่น CF6 turbofan ของ General Electric ใช้เชื้อเพลิงในการสร้างแรงผลักดันแค่หนึ่งวินาทีน้อยกว่าที่ Rolls-Royce / Snecma Olympus 593 turbojet ของคองคอร์ดใช้ทำอย่างเดียวกันมาก. อย่างไรก็ตามเนื่องจากพลังงานเป็นผลคูณระหว่างแรงกับระยะทางและระยะทางต่อวินาทีมีค่ามากกว่าสำหรับคองคอร์ด, กำลังที่สร้างขึ้นจริงจากเครื่องยนต์ที่กินเชื้อเพลิงเท่ากันสำหรับคองคอร์ดที่มัค 2 จึงสูงกว่า CF6. ดังนั้นเครื่องยนต์ของคองคอร์ดจึงมีประสิทธิภาพมากกว่าในแง่ของแรงผลักดันต่อไมล์.

ประเภทเครื่องยนต์	Scenario	SFC in lb/(lbf·h)	SFC in g/(kN·s)	Specific impulse (s)	Effective exhaust velocity (m/s)
NK-33 rocket engine	Vacuum	10.9	309	331	3,240
SSME rocket engine	Space shuttle Vacuum	7.95	225	453	4,423
Ramjet	Mach 1	4.5	127	800	7,877
J-58 turbojet	SR-71 at Mach 3.2 (Wet)	1.9	53.8	1,900	18,587
Rolls-Royce/Snecma Olympus 593	Concorde Mach 2 cruise (Dry)	1.195	33.8	3,012	29,553
CF6-80C2B1F turbofan	Boeing 747-400 cruise	0.605	17.1	5,950	58,400
General Electric CF6 turbofan	Sea level	0.307	8.696	11,700	115,000

อัตราส่วนแรงผลักดันต่อน้ำหนัก

บทความหลัก: Thrust-to-weight ratio

อัตราส่วนแรงผลักดันต่อน้ำหนักของเครื่องยนต์เจ็ทจะค่อนข้างแตกต่างกันที่ขนาด, แต่ส่วนใหญ่จะแตกต่างกันที่หน้าที่การทำงานของเทคโนโลยีการก่อสร้างเครื่องยนต์. ชัดเจนสำหรับเครื่องยนต์ที่กำหนด, เครื่องยนต์ยิ่งเบา, อัตราส่วนแรงผลักดันต่อน้ำหนักก็ยิ่งดี, เชื้อเพลิงก็ใช้น้อยในการชดเชยแรงต้านจากแรงยกที่จำเป็นในการแบกน้ำหนักเครื่องยนต์, หรือเพื่อเร่งมวลของเครื่องยนต์.

ตามตารางต่อไปนี้, เครื่องยนต์จรวดทั่วไปบรรลุอัตราส่วนแรงผลักดันต่อน้ำหนักสูงกว่าเครื่องยนต์แบบใช้ท่อเช่นเครื่องยนต์แบบ turbojet และ turbofan มาก. เบื้องต้นเป็นเพราะจรวดเกือบทั่วไปจะใช้ของเหลวหนาแน่นหรือมวลปฏิกิริยาของแข็งซึ่งจะให้ปริมาตรขนาดเล็กกว่ามากและด้วยเหตุนี้ระบบแรงดันที่จ่ายให้หัวฉีดจึงมีขนาดเล็กกว่าและน้ำหนักเบากว่ามากเพื่อให้ได้ผลการทำงานเดียวกัน. เครื่องยนต์แบบใช้ท่อต้องจัดการกับอากาศที่มีขนาดความหนาแน่นน้อยกว่าสองหรือสามเท่าและมันยังต้องให้แรงกดดันตลอดพื้นที่ขนาดใหญ่มากกว่า, ซึ่งมีผลในวิศวกรรมวัสดุมากกว่าที่จำเป็นในการยึดเครื่องยนต์ไว้ร่วมกันและสำหรับเครื่องอัดอากาศ

Jet or Rocket engine	Mass (kg)	Mass (lb)	Thrust (kN)	Thrust (lbf)	Thrust-to-weight ratio
RD-0410 nuclear rocket engine	2,000	4,400	35.2	7,900	1.8
J58 jet engine (SR-71 Blackbird)	2,722	6,001	150	34,000	5.2
Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 turbojet with reheat (Concorde)	3,175	7,000	169.2	38,000	5.4
Pratt & Whitney F119	1,800	3,900	91	20,500	7.95
RD-0750 rocket engine, three-propellant mode	4,621	10,188	1,413	318,000	31.2
RD-0146 rocket engine	260	570	98	22,000	38.4
SSME rocket engine (Space Shuttle)	3,177	7,004	2,278	512,000	73.1
RD-180 rocket engine	5,393	11,890	4,152	933,000	78.5
RD-170 rocket engine	9,750	21,500	7,887	1,773,000	82.5
F-1 (Saturn V first stage)	8,391	18,499	7,740.5	1,740,100	94.1
NK-33 rocket engine	1,222	2,694	1,638	368,000	136.7
Merlin 1D rocket engine	440	970	690	160,000	159.9

แรงขับของจรวดเป็นแรงขับแบบสูญญากาศถ้าไม่ได้บอกว่าเป็นอย่างอื่น

การเปรียบเทียบแต่ละประเภท

การเปรียบเทียบตามความเหมาะสมสำหรับ (จากซ้ายไปขวา) turboshaft, low bypass และ turbojet ในการบินที่ระดับความสูง 10 กิโลเมตรใน​​ความเร็วที่แตกต่างกัน. แนวนอนแกนเป็นความเร็ว, เมตร/วินาที. แกนแนวตั้งแสดงที่มีประสิทธิภาพเครื่องยนต์.

เครื่องยนต์ใบพัดจะมีประโยชน์สำหรับการเปรียบเทียบ. พวกมันสามารถเร่งมวลอากาศขนาดใหญ่ แต่ด้วยความเร็วที่มีการเปลี่ยนแปลงสูงสุดค่อนข้างน้อย. ความเร็วที่ต่ำนี้จำกัดแรงผลักดันสูงสุดของเครื่องบินขับเคลื่อนด้วยใบพัดใดๆ. อย่างไรก็ตาม เพราะพวกมันเร่งมวลอากาศขนาดใหญ่, เครื่องยนต์ใบพัด, เช่น turboprops, สามารถมีประสิทธิภาพมาก.

ในทางตรงกันข้าม, turbojets สามารถเร่งมวลขนาดเล็กมากของอากาศเข้าและเชื้อเพลิงที่ถูกเผาไหม้, แต่พวกมันปล่อยไอพ่นออกมาที่ความเร็วสูงมากซึ่งสามารถทำได้โดยใช้หัวฉีดแบบเดอวาล 

 de Laval nozzle เพื่อเร่งไอเสียของเครื่องยนต์. นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมพวกมันจึงเหมาะสำหรับเครื่องบินเดินทางด้วยความเร็วเหนือเสียงและสูงกว่า.

turbofans มีไอเสียผสมที่ประกอบด้วยอากาศบายพาสและผลิตภัณฑ์ก๊าซเผาไหม้ร้อนจากเครื่องยนต์หลัก. ปริมาณอากาศที่บายพาสเครื่องยนต์หลักเมื่อเทียบกับปริมาณอากาศที่ไหลเข้าไปในเครื่องยนต์จะเป็นตัวกำหนดสิ่งที่เรียกว่าอัตราการบายพาส  bypass ratio (BPR) ของ turbofan.

ในขณะที่เครื่องยนต์ turbojet ใช้กำลังของเครื่องยนต์ทั้งหมดไปในการผลิตแรงผลักดันในรูปแบบของก๊าซไอเสียเจ็ทร้อนความเร็วสูง, อากาศบายพาสความเร็วต่ำที่เย็นของ turbofan ให้ผลผลิตระหว่าง 30% ถึง 70% ของแรงผลักดันทั้งหมดที่ผลิตโดยระบบ turbofan

แรงผลักดันสุทธิ (F_N) ที่สร้างโดย turbofan มีค่าเท่ากับ

${\displaystyle F_{N}={\dot {m}}_{e}v_{e}-{\dot {m}}_{o}v_{o}+BPR\,({\dot {m}}_{c}v_{f})}$

เมื่อ:

ṁ e	= อัตรามวลของกระแสไอเสียเผาใหม้ร้อนจากแกนของเครื่องยนต์
ṁo	= อัตรามวลของกระแสอากาศรวมที่ไหลเข้าเครื่อง turbofan = ṁc + ṁf
ṁc	= อัตรามวลของอากาศไหลเข้าที่แกนของเครื่องยนต์
ṁf	= อัตรามวลของกระแสอากาศไหลเข้าที่บายพาสหรือไม่ผ่านแกนของเครื่องยนต์
vf	= ความเร็วของกระแสอากาศที่ถูกบายพาสรอบๆเครื่องยนต์
ve	= ความเร็วของแก๊สเสียร้อนจากแกนของเครื่องยนต์
vo	= ความเร็วของอากาศไหลเข้าทั้งหมด = ความเร็วอากาศจริงของอากาศยาน
BPR	= Bypass Ratio

เครื่องยนต์จรวดมีไอเสียที่ความเร็วสูงอย่างยิ่งยวด ดังนั้นมันจึงเหมาะสมที่สุดสำหรับความเร็วสูง (เหนือเสียง)และระดับความสูงที่สูงมากๆ. ในขนาดของหัวฉีดที่กำหนด, แรงผลักดันและประสิทธิภาพของมอเตอร์จรวดจะดีขึ้นเล็กน้อยกับการเพิ่มระดับความสูงของการบิน (เพราะว่า แรงอัดกลับหลังตกลงซึ่งทำให้เป็นการเพิ่มแรงผลักดันรวมที่ปลายหัวฉีดพ่นออก), ในขณะที่ด้วยเครื่อง turbojet (หรือ turbofan) การตกลงของความหนาแน่นอากาศที่กำลังเข้าที่ช่องทางเข้า (และอากาศร้อนที่หัวฉีด) ทำให้แรงผลักดันรวมลดลงเมื่อระดับการบินสูงขึ้น. เครื่องยนต์จรวดจะมีประสิทธิภาพมากกว่าแม้แต่กับสแครมเจ็ทที่ความเร็วประมาณมัค 15

ระดับความสูงและความเร็ว

ด้วยข้อยกเว้นของ scramjets, เครื่องยนต์เจ็ทที่ปราศจากระบบการไหลเข้าสามารถรับอากาศที่มีความเร็วประมาณครึ่งหนึ่งของความเร็วของเสียงเท่านั้น. หน้าที่ของระบบท่อเข้าสำหรับเครื่องบินเร็วเท่าเสียงและเหนือเสียงคือการชะลออากาศและดำเนินการบางอย่างของการบีบอัด.

จำกัดบนระดับความสูงสุดสำหรับเครื่องยนต์ถูกกำหนดโดยความสามารถในการติดไฟ flammability - ในระดับที่สูงมากอากาศจะบางเกินไปที่จะเผาไหม้, หรือหลังจากการบีบอัด, ก็ร้อนเกินไป. สำหรับเครื่องยนต์ turbojet ระดับความสูงประมาณ 40 กิโลเมตรดูเหมือนจะเป็นไปได้, ในขณะที่สำหรับเครื่องยนต์แรมเจ็ท 55 กิโลเมตรอาจจะทำได้. scramjets ในทางทฤษฎีอาจสามารถจัดการที่ 75 กม. เครื่องยนต์จรวดแน่นอนไม่มีขีดจำกัดเรื่องความสูง.

ที่ระดับความสูงไม่มากนัก, การบินที่เร็วจะบีบอัดอากาศที่ด้านหน้าของเครื่องยนต์และสิ่งนี้ยิ่งเพิ่มความร้อนให้อากาศอย่างมาก. ขีดจำกัดด้านบนมักจะอยู่ที่ประมาณมัค 5-8, ตามตัวอย่างข้างบนประมาณมัค 5.5, ไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศมีแนวโน้มที่จะมีปฏิกิริยาเนื่องจากอุณหภูมิสูงที่ทางเข้าและสิ่งนี้สิ้นเปลืองพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ. ข้อยกเว้นสำหรับเรื่องนี้เป็น scramjets ซึ่งอาจจะสามารถที่จะประสบความสำเร็จประมาณมัค 15 หรือมากกว่า ขณะที่พวกมันหลีกเลี่ยงการชะลออากาศ, และอีกครั้งจรวดไม่มีการจำกัดความเร็ว.

เสียงรบกวน

เสียงที่ถูกปล่อยออกมาจากเครื่องยนต์เจ็ทมีที่มาหลายแหล่ง, รวมถึง, ในกรณีของเครื่องยนต์กังหันก๊าซ, พัดลม, คอมเพรสเซอร์, เตาเผา, กังหันและตัวขับเจ็ท

เครื่องยนต์เจ็ทผลิตเสียงที่เกิดจากการผสมที่รุนแรงของเจ็ทความเร็วสูงกับอากาศโดยรอบ. ในกรณีที่ความเร็วต่ำกว่าเสียง, เสียงรบกวนมีการผลิตโดยกระแสอากาศไหลวนและในกรณีที่ความเร็วเหนือเสียงโดยคลื่นมัค   Mach wave พลังเสียงที่แผ่ออกมาจากเจ็ทแปรตามความเร็วของเจ็ทยกกำลังแปดสำหรับความเร็วสูงถึง 2,000 ฟุต/วินาทีและแปรตามความเร็ว cubed ที่สูงกว่า 2,000 ฟุต/วินาที ดังนั้นไอพ่นความเร็วต่ำกว่าจะปล่อยเสียงออกมาจากเครื่องยนต์เช่น turbofans แบบบายพาสสูงจะเงียบที่สุด, ในขณะที่เจ็ทที่เร็วที่สุดเช่นจรวด, turbojets, และ ramjets จะดังที่สุด. สำหรับเครื่องบินเจ็ทเชิงพาณิชย์, เสียงรบกวนจากไอพ่นได้ลดลงจาก turbojet ผ่านทางเครื่องยนต์บายพาสไปที่ turbofans เป็นผลมาจากการลดอย่างก้าวหน้าในความเร็วของเครื่องเจ็ท. ตัวอย่างเช่น JT8D, เครื่องยนต์บายพาส, มีความเร็วเจ็ทที่ 1,450 ฟุต/วินาทีในขณะที่ JT9D, turbofan, มีความเร็วของเจ็ทที่ 885 ฟุต/วินาที (แบบเย็น) และ 1,190 ฟุต/วินาที (แบบร้อน)

การปรากฏตัวของ turbofan มาแทนที่เสียงไอพ่นที่โดดเด่นมากด้วยเสียงอื่นที่รู้จักกันว่าเป็นเสียงรบกวนแบบ "เสียงเลื่อย": buzz saw. ที่มาของมันเป็นคลื่นกระแทกที่เกิดขึ้นที่ใบพัดลมที่มีความเร็วเหนือเสียงในขณะ takeoff

ที่มา: https:// th.wikipedia.org/wiki