Proudové motory

1. ÚVOD

Proudové motory se využívají v letectví, bez využití vrtule, kde znamenaly veliký pokrok ve vývoji. Při stejné hmotnosti a rychlosti poskytuje více než dvojnásobný výkon proti motorům pístovým. Nejlepší účinnosti dosahuje v rychlostech blížících se rychlosti zvuku a v řídkém ovzduší ve vysokých výškách.

2. HISTORIE

2.1. Počátky vzniku

V době po roce 1930 britský pilot a letecký inženýr Frank Whittle pracoval na myšlence tryskového ( proudového ) pohonu. Místo vířící vrtule, která letadlo táhne, budou horké plyny, řítící se z trysky proudového motoru, tlačit letadlo vpřed. Whittleovy návrhy však pravděpodobně nenalézaly mnoho peněz, ale v roce 1937 byl spuštěn první proudový motor na světě, upevněný na Whittleově zkušebním podstavci.
Německý konstruktér Hans von Ohain si vypůjčil Whittleovy nápady a zkoušel svůj vlastní motor o několik měsíců později. Potom, v roce 1939, první letadlo s proudovým motorem zaburácelo ve vzduchu. Bylo to německé letadlo Heinkel He-178. od té doby se proudové motory staly většími, výkonnějšími a hospodárnějšími.
V roce 1941 jej poprvé a potom mnohokrát během druhé světové války vyzkoušeli Britové v několika verzích na letounech Gloster.
Američané vyšli z předané dokumentace a ověřili vlastní systém proudového notoru roku 1942 na Lockheedově letounu Shooting Star. Stroj přelétl napříč USA průměrnou rychlostí blížící se 1000 km/h.
Prvenství tryskového letu však náleží Němcům. 27. srpna 1939 zakroužil Heinkelův zkušební pilot Warsitz s turbínovým letounem He-178 ve dvou kruzích nad továrním letištěm Warnow.

2.2. Vývoj

První proudové motory po druhé světové válce dosahovaly užitečný tah odpovídající výkonu asi 1000 kW a jejich turbíny byly poháněny spalinami o teplotě 800oC. rozměry i výkony turbín se stále zvyšovaly, počet turbinových i kompresorových kol v motorech vzrostl.
Britská firma Metropolitan – Vickers zavedla hned po druhé světové válce tzv. dvouproudové motory vyznačující se lepší účinností. K motorům se na místě vstupu vzduchu montuje navíc ještě ventilátor, a proto se jim též říká turboventilátorové motory. Pro obří letouny se dnes tyto motory propouštějí turbínovými koly plyny o teplotě 1280oC a vyvozují tah asi 250 kN.
Proudové motory se vyrábějí ve velkých sériích. Největší výrobce, americký General Eletric, jich vyrobil od roku 1945 padesát tisíc. Jejich životnost vzrostla z původních několika desítek hodin a na deset tisíc i více provozních hodin.

2.3. Proudové motory u nás

Plodný vývoj našich proudových motorů započala až v roce 1954 konstrukční skupina ing. Rady a ing. Pospíšila, začleněná tehdy do VZLÚ. První její prací byla vzduchová turbínka určená k pohonu navíjecího zařízení vzdušného terče L-03. na vývoj turbínky navázala řada studií a projektů proudových a turbovrtulových motorů. V dubnu 1955 pak přišel závažný úkol. Ing. Rublič začínal pracovat na projektu proudového cvičného letounu L-29 a skupina ing. Rady měla pro tento letoun vyvinout proudový motor o tahu asi 8,33 kN. Práce na projektu nového motoru M – 710 pokračovaly poměrně rychle. Předpokládal se osový kompresor, šest trubkových spalovacích komor a jednostupňová turbína. Taková koncepce by byla dobrou základnou vývoje ke zvyšování tahu podle potřeb konstruktérů draku a pravděpodobně i s výhledem na pozdější dvouproudové uspořádání. Avšak projekt M-710 nepřešel do konstrukční fáze a nestavěl se ani v prototypu.
Počátkem roku 1956 prosazovali zástupci vojenského letectva názor, že motor má mít odstředivý kompresor, podobně jako jej měly tehdejší motory M-05 a M-06. V září 1956 o tom bylo definitivně rozhodnuto. Taková koncepce motoru má své nesporné klady. Motor je vhodný pro polní letiště, je spolehlivý a není tak citlivý na nasáté předměty ( písek a prach) a jako motor s osovým kompresorem. Ovšem není to motor s velkou perspektivou dalšího rozvoje. Znovu tedy byl obětován výhled dalšího zdokonalování okamžité potřebě.
Prototyp nového motoru M – 701 ( viz obrázek č.1 ) se poprvé rozběhl při pozemní zkoušce v roce 1958, pro letové zkoušky byl motor instalován na místo zadního střeliště bombardéru Il-28. zkušební technik v přídi letounu mohl za letu sledovat na měřících přístrojích průběh zkoušek a chování motoru v různých fázích zatěžování.
V rámci VZLÚ započal další náročný vývojový úkol lopatkového motoru vlastní koncepce, tentokrát turbovrtulového M – 601 konstrukce ing. Václava Kačírka. Počítalo se s ním pro pohon lehkých dopravních letounů, ukázalo se však, že bude vhodný i pro jiné kategorie letadel schopných využít jeho výkon. Základní agregát motoru M-601 se rozběhl poprvé v prosinci 1964 po dosti obtížné fázi úvodního výzkumu a vývoje. Obtíže a zdržení vznikaly zejména z nepoměru objemu potřebné pracovní kapacity, dané náročností práce, ke skutečné kapacitě, dané k dispozici pro její vládnutí. Práce se urychlily až teprve v polovině šedesátých let, když se ukázala nezbytnost vyvinout účelný turbovrtulový motor pro letoun L-410, chystaný konstrukčně v Kunovicích. Z původního motoru M-601 se postupně začaly vyvíjet dokonalejší motory tohoto druhu, potřebné pro nové typy letadel.

3. PRINCIP
Nejjednodušší proudové motory fungují na principu akce a reakce. Vypouštějí horké spaliny ze zadní části motoru. Tam narazí do vzduchu takovou rychlostí, že následná reakce letadlo pohání vřed, jako když vypouštíte vzduch z balónku.
Konkrétněji, každou sekundu nasává dmychadlo více než jednu tunu vzduchu do vstupu – což je dosti vzduchu, aby vyplnil dva průměrné domy. Pouze malá část z něho přijde do vlastního motoru, zbytek pak proudí přes vnitřní obal motoru a obklopuje horký a rychle se pohybující plyn v centrálním motoru.
Dmychadlo je ohromný ventilátor, který má více než padesát pečlivě tvarovaných lopatek. Konce lopatek se při otáčení pohybují tak rychle, až 10 000 km/h., že musí být vyrobeny ze zpevněné slitiny titanu.
Proud vzduchu, který takto nabíhá čelním otvorem do motoru je stlačován lopatkovým kompresorem. Ten stlačuje vstupující vzduch na vysoký tlak.
Stlačený vzduch pak proudí do spalovací komory, kde se prudce zahřívá a rozpíná se do prostoru. Přesně zde dochází k : palivo ( karosen ) se vstřikuje do stlačeného vzduchu v této speciální komoře sestrojené ze žáruvzdorného materiálu. Palivo a vzduch hoří způsobem plynulého a řízeného „pomalého výbuchu“.
Reakce vylétajícího proudu žhavých plynů způsobuje tah motoru. Žhavým plynům stojí v cestě jen běžné kolo turbíny ze žáruvzdorného materiálu, jejíž lopatky jsou roztáčeny plyny vycházejícími ze spalovací komory. Lopatková kola turbín pohánějí hlavní hřídel s dmychadlem a hnací hřídele kompresorů.
Rozpálené plyny pak velikou proudí ze zadní trysky motoru. ( viz obrázek č. 2 )

4.VYUŽITÍ

4.1. Dopravní letadla

Proudové motory značně ovlivnily konstrukci letounů. Protože u rychlosti těsně pod 1000 km/h. ve výši kolem 8 km, pro něž jsou určeny, se již objevuje vliv stlačitelnosti vzduchu, dostala křídla a ocasní plochy letounů šípovitý tvar. Křídla jsou štíhlá s tenkými profily. Povrch letounu musí být dokonale hladký. Aby měly letouny příznivý tlak při startu a přistávání, mají křídla na zadních hranách vztlakové klapky, které se při přistání úplně vysouvají a zvětšují zakřivení profilu.
Proudové motory se zpočátku montovaly přímo do profilu křídel a u vícemotorových letounů se zavěšovaly po jednom či v dvou gondolách pod křídly. Dnes se většinou umísťují až na záď letounu. Motory mají také tlumiče hluku.
Podvozky proudových letounů jsou mimořádně nízké, protože se nemusí přihlížet k rozměrům vrtule. Kola se speciálními pneumatikami, snášejícími mimořádné zatížení, jsou bržděna mnohokotoučovými brzdami.

Boeing 707
V roce 1949 vzlétlo první proudové dopravní letadlo na světě. Byl to de Havilland Comet, který mohl pojmout více než 100 osob a měl rychlost 730 km/h. v roce 1952 už létal s cestujícími na pravidelných linkách. V roce 1954 vykonal první zkušební let Boeing 707. bylo to dopravní letadlo, které se stalo nejlépe prodávaným letadlem na světě, dopravujícím milióny osob na různých světových linkách. ( viz obrázek č. 3 )

Jumbo Jet
Stále ještě největší proudové dopravní letadlo na světě, Boeing 747 „ Jumbo Jet“, může dopravovat více než 500 cestujících. V provozu se objevilo v roce 1970. přestože není zvlášť rychlé, vejde se do něho tolik osob, že cena letenky je nižší než v menším letadle. Boeing 747 a jiné kolosy s velkými trupy, jako Lockheed Tristar, přispěly k takovým cenám letenek, že jsou přístupné většímu počtu lidí. ( viz obrázek č. 4 )

4.2. Stíhačky

Moderní proudové stíhačky a experimentální proudová letadla létají neuvěřitelnými rychlostmi. V roce 1976 dosáhlo letadlo Lockheed SR –71A „ Blackbird“ Machova čísla 2,9, čili 2,9-násobné rychlosti zvuku, to je přes 3 500 km/h. rozpětí jeho křídla je pouze o málo větší než u letadla Gloster Meteor, ale je téměř třikrát delší a více než pětkrát rychlejší.
V roce 1967 pokusné letadlo Bell X-15 letělo rychlostí 7 270 km/h.

5. ZÁVĚR

Proudové motory znamenaly veliký pokrok ve vývoji, díky kterému se lidé mohou přepravovat mnohem rychleji a bezpečněji a díky stále se zlepšujícím moderním technologiím se bude doba letu stále zkracovat.

6. POUŽITÁ LITERATURA

Jan Tůma : Velký obrazový atlas dopravy, ARTIA, Praha 1980
Všeobecná Encyklopedie, Diderot, Praha 1999
Václav Němeček : Československá letadla ( 1945 – 1984 ), Naše vojsko, Praha 1984
Andrew Nahum : Letadla, Fortuna Print, Praha 1990
Steve Parker : Létání a létající stroje, Osveta, 1994
Bill Guston : Člověk a letectví, IKAR, Praha 1997
http://mzak.webzdarma.cz/
http://www.volny.cz/skyfliers/
http://www.volny.cz/czechairliners/