Motory

Co je to letectví? | Dynamika letu | Letadla | Motory | Historie letu | Co je UEET?
Slovníček | Zábava a hry | Vzdělávací odkazy | Plány výuky | Rejstřík stránek | Domů

Motory Jak funguje proudový motor? Co je to tah? Části proudového motoru První proudový motor – stručná historie raných motorů Typy proudových motorů Turbojety Turbovrtulový motor Turboventilátory Turbohřídel Ramjet Motory

Jak funguje proudový motor?

Jetové motory pohybují letadlem vpřed velkou silou, která vzniká obrovským tahem a způsobuje, že letadlo letí velmi rychle.

Všechny proudové motory, kterým se také říká plynové turbíny, pracují na stejném principu. Motor nasává vzduch vpředu pomocí ventilátoru. Kompresor zvyšuje tlak vzduchu. Kompresor je vyroben s mnoha lopatkami připevněnými k hřídeli. Lopatky se otáčejí vysokou rychlostí a stlačují nebo stlačují vzduch. Stlačený vzduch se pak rozstřikuje s palivem a elektrická jiskra zapálí směs. Hořící plyny se rozpínají a vystřelují tryskou v zadní části motoru. Jak proudy plynů vystřelují dozadu, motor a letadlo jsou taženy vpřed. Jak horký vzduch směřuje k trysce, prochází další skupinou lopatek zvanou turbína. Turbína je připojena ke stejné hřídeli jako kompresor. Roztočení turbíny způsobí roztočení kompresoru.

Na obrázku níže je znázorněno, jak vzduch proudí motorem. Vzduch prochází jádrem motoru a také kolem jádra. To způsobuje, že část vzduchu je velmi horká a část chladnější. Chladnější vzduch se pak mísí s horkým vzduchem v oblasti výstupu z motoru.

Toto je obrázek toho, jak vzduch proudí motorem

Co je to tah?

Tah je dopředná síla, která tlačí motor, a tedy i letadlo vpřed. Sir Isaac Newton zjistil, že „na každou akci existuje stejná a opačná reakce“. Motor tento princip využívá. Motor nasává velký objem vzduchu. Vzduch se ohřívá, stlačuje a zpomaluje. Vzduch je protlačován mnoha rotujícími lopatkami. Smícháním tohoto vzduchu s tryskovým palivem může teplota vzduchu dosáhnout až tří tisíc stupňů. Síla vzduchu se využívá k otáčení turbíny. Nakonec, když vzduch vystupuje, tlačí se zpět ven z motoru. Tím se letadlo pohybuje vpřed.

Části proudového motoru

Ventilátor – Ventilátor je první součástí proudového motoru. Velký rotující ventilátor nasává velké množství vzduchu. Většina lopatek ventilátoru je vyrobena z titanu. Poté tento vzduch urychlí a rozdělí na dvě části. Jedna část pokračuje přes „jádro“ neboli střed motoru, kde na ni působí ostatní součásti motoru.

Druhá část „obchází“ jádro motoru. Prochází kanálem, který obklopuje jádro, do zadní části motoru, kde vytváří většinu síly, která pohání letadlo vpřed. Tento chladnější vzduch pomáhá ztišit motor a zároveň zvyšuje tah motoru.

Kompresor – Kompresor je první součástí jádra motoru. Kompresor se skládá z ventilátorů s mnoha lopatkami a je připojen k hřídeli. Kompresor stlačuje vzduch, který do něj vstupuje, do postupně se zmenšujících ploch, což vede ke zvýšení tlaku vzduchu. To má za následek zvýšení energetického potenciálu vzduchu. Stlačený vzduch je vháněn do spalovací komory.

Spalovací motor – Ve spalovacím motoru je vzduch smíchán s palivem a poté zapálen. Je zde až 20 trysek, které rozprašují palivo do proudu vzduchu. Směs vzduchu a paliva se vznítí. Tím vzniká proud vzduchu s vysokou teplotou a energií. Palivo hoří s kyslíkem ve stlačeném vzduchu a vytváří horké expandující plyny. Vnitřek spalovacího zařízení je často vyroben z keramických materiálů, které zajišťují tepelně odolnou komoru. Teplota může dosahovat až 2700°.

Turbína – Vysokoenergetický proud vzduchu vycházející ze spalovacího zařízení vstupuje do turbíny a způsobuje otáčení lopatek turbíny. Turbíny jsou propojeny hřídelí, která otáčí lopatkami v kompresoru a roztáčí sací ventilátor v přední části. Tato rotace odebírá část energie z vysokoenergetického proudu, která se využívá k pohonu ventilátoru a kompresoru. Plyny vznikající ve spalovací komoře procházejí turbínou a roztáčejí její lopatky. Turbíny proudového motoru se otáčejí tisíckrát dokola. Jsou upevněny na hřídelích, které mají mezi sebou několik sad kuličkových ložisek.

Tryska – Tryska je výfukový kanál motoru. Je to část motoru, která ve skutečnosti vytváří tah letadla. Energeticky ochuzený proud vzduchu, který prošel turbínou, spolu s chladnějším vzduchem, který obešel jádro motoru, vytváří při výstupu z trysky sílu, která působí na pohon motoru, a tedy i letadla, vpřed. Kombinace horkého a studeného vzduchu je vytlačována a vytváří výfuk, který způsobuje tah vpřed. Před tryskou může být směšovač, který kombinuje vzduch o vysoké teplotě vycházející z jádra motoru se vzduchem o nižší teplotě, který byl obejit ve ventilátoru. Směšovač přispívá k tiššímu chodu motoru.

První proudový motor – stručná historie raných motorů

Sir Isaac Newton v 18. století jako první teoreticky předpokládal, že výbuch vedený dozadu může pohánět stroj dopředu velkou rychlostí. Tato teorie vycházela z jeho třetího pohybového zákona. Když horký vzduch prochází tryskou dozadu, letadlo se pohybuje vpřed.

Henri Giffard sestrojil vzducholoď, kterou poháněl první letecký motor, parní stroj o výkonu tří koní. Byla velmi těžká, příliš těžká na to, aby mohla létat.

V roce 1874 postavil Felix de Temple jednoplošník, který letěl jen krátký skok z kopce pomocí parního stroje na uhlí.

Otto Daimler koncem 19. století vynalezl první benzinový motor.

V roce 1894 se Američan Hiram Maxim pokusil pohánět svůj trojitý dvouplošník dvěma parními motory spalujícími uhlí. Letěl jen několik vteřin.

Rané parní stroje byly poháněny rozžhaveným uhlím a pro let byly obecně příliš těžké.

Američan Samuel Langley vyrobil model letadla, který byl poháněn parním motorem. V roce 1896 se mu podařilo zalétat bezpilotní letoun s parním motorem, nazvaný Aerodrome. Uletěl asi 1 míli, než mu došla pára. Poté se pokusil postavit letadlo plné velikosti, Aerodrome A, s motorem poháněným plynem. V roce 1903 se zřítilo ihned po startu z domácího člunu.

V roce 1903 vzlétli bratři Wrightové, The Flyer, s plynovým motorem o výkonu 12 koní.

Od roku 1903, kdy bratři Wrightové uskutečnili první let, až do konce 30. let 20. století byl plynový pístový spalovací motor s vrtulí jediným prostředkem používaným k pohonu letadel.

Byl to Frank Whittle, britský pilot, který v roce 1930 navrhl a patentoval první proudový motor. Whittleův motor poprvé úspěšně vzlétl v květnu 1941. Tento motor měl vícestupňový kompresor a spalovací komoru, jednostupňovou turbínu a trysku.

Ve stejné době, kdy Whittle pracoval v Anglii, pracoval na podobné konstrukci v Německu Hans von Ohain. Prvním letadlem, které úspěšně použilo motor s plynovou turbínou, byl německý Heinkel He 178 v srpnu 1939. Byl to první let s proudovým motorem na světě.

Společnost General Electric postavila první americký proudový motor pro proudový letoun amerického armádního letectva . Byl to experimentální letoun XP-59A, který poprvé vzlétl v říjnu 1942.

Typy proudových motorů

Turbojety

Základní myšlenka proudového motoru je jednoduchá. Vzduch nasávaný otvorem v přední části motoru je v kompresoru stlačen na 3 až 12násobek původního tlaku. Do vzduchu se přidá palivo a spálí se ve spalovací komoře, čímž se zvýší teplota kapalné směsi na přibližně 1 100 až 1 300 °C. Vzniklý horký vzduch prochází turbínou, která pohání kompresor. Pokud jsou turbína a kompresor účinné, tlak na výstupu z turbíny je téměř dvojnásobný oproti atmosférickému tlaku a tento přetlak je posílán do trysky, kde vytváří proud plynu o vysoké rychlosti, který vytváří tah. Podstatného zvýšení tahu lze dosáhnout použitím přídavného spalování. Jedná se o druhou spalovací komoru umístěnou za turbínou a před tryskou. Přídavné spalování zvyšuje teplotu plynu před tryskou. Výsledkem tohoto zvýšení teploty je zvýšení tahu o přibližně 40 % při vzletu a o mnohem více procent při vysokých rychlostech, jakmile je letadlo ve vzduchu.

Turbínový motor je reakční motor. V reakčním motoru expandující plyny silně tlačí na přední část motoru. Turbodmychadlový motor nasává vzduch a stlačuje jej, resp. stlačuje. Plyny proudí přes turbínu a roztáčí ji. Tyto plyny se odrážejí zpět a vystřelují ze zadní části výfuku, čímž tlačí letadlo vpřed.

Turbovrtulový motor

Turbovrtulový motor je proudový motor připojený k vrtuli. Turbína v zadní části se otáčí horkými plyny a ty roztáčejí hřídel, která pohání vrtuli. Některá malá dopravní a dopravní letadla jsou poháněna turbovrtulovými motory.

Stejně jako proudový motor se i turbovrtulový motor skládá z kompresoru, spalovací komory a turbíny, tlak vzduchu a plynů se využívá k pohonu turbíny, která pak vytváří energii pro pohon kompresoru. Ve srovnání s proudovým motorem má turbovrtulový motor lepší účinnost pohonu při rychlostech letu nižších než přibližně 500 mil za hodinu. Moderní turbovrtulové motory jsou vybaveny vrtulemi, které mají menší průměr, ale větší počet lopatek pro efektivní provoz při mnohem vyšších rychlostech letu. Pro vyšší letové rychlosti mají lopatky tvar scimitaru s odkloněnými náběžnými hranami na koncích lopatek. Motory s takovými vrtulemi se nazývají turboventilátory.

Obrázek turbovrtulového motoru

Turboventilátory

Turboventilátorový motor má v přední části velký ventilátor, který nasává vzduch. Většina vzduchu proudí kolem vnější strany motoru, díky čemuž je motor tišší a má větší tah při nízkých rychlostech. Většina dnešních dopravních letadel je poháněna turboventilátory. V proudovém motoru prochází veškerý vzduch vstupující do sání generátorem plynu, který se skládá z kompresoru, spalovací komory a turbíny. V turboventilátorovém motoru prochází do spalovací komory pouze část vstupujícího vzduchu. Zbytek prochází ventilátorem nebo nízkotlakým kompresorem a je vyvrhován přímo jako „studený“ proud nebo se mísí s výfukovými plyny generátoru a vytváří „horký“ proud. Cílem tohoto druhu obtokového systému je zvýšit tah bez zvýšení spotřeby paliva. Toho se dosahuje zvýšením celkového průtoku vzduchové hmoty a snížením rychlosti v rámci stejné celkové dodávky energie.

Obrázek turboventilátorového motoru

Turbohřídel

Jedná se o další formu plynového turbínového motoru, který pracuje podobně jako turbovrtulový systém. Nepohání však vrtuli. Místo toho zajišťuje pohon rotoru vrtulníku. Turbovrtulový motor je konstruován tak, že otáčky rotoru vrtulníku jsou nezávislé na otáčkách plynového generátoru. To umožňuje udržovat otáčky rotoru konstantní, i když se mění otáčky generátoru, aby se modulovalo množství vyráběného výkonu.

Obrázek turbohřídelového motoru

Ramjet

Ramjet je nejjednodušší proudový motor a nemá žádné pohyblivé části. Rychlost proudu „taranuje“ neboli vhání vzduch do motoru. Jedná se v podstatě o turbojet, u kterého byly vynechány rotující stroje. Jeho použití je omezeno skutečností, že jeho kompresní poměr zcela závisí na dopředné rychlosti. Ramjet nevyvíjí žádný statický tah a pod rychlostí zvuku vyvíjí obecně velmi malý tah. Proto ramjetové vozidlo vyžaduje nějakou formu asistovaného vzletu, například jiné letadlo. Používá se především v systémech řízených střel. Tento typ proudového motoru využívají i kosmická vozidla.

Obrázek proudového motoru

.