Prúdové motory Prúdové motory

Prúdové motory Takmer pol storočia boli lietadlá poháňané vrtuľami. Potom sa v štyridsiatych rokoch 20. storočia vznieslo na oblohu prvé prúdové lietadlo. Konštrukcia a zvýšená rýchlosť prúdových lietadiel znamenala revolúciu v letectve. Prvým vojenským prúdovým lietadlom v službe bolo nemecké lietadlo Msserchmitt Me 262, ktoré slúžilo ako ľahký bombardér od roku 1944. O osem rokov neskôr sa lietadlo de Havilland Comet stalo prvým prúdovým dopravným lietadlom na verejných linkách.

Konštrukcia prúdových motorov Základnou súčasťou každého prúdového (všeobecnejšie turbínového) motora je generátor plynu, skladajúci sa z kompresora, spaľovacej komory a turbíny. Pre správnu činnosť je nemenej dôležitý vhodný vstup vzduchu (obvykle súčasť lietadla) a výstupná tryska. Jednotlivé typy motorov majú svoje špecifické komponenty - dúchadlo, vrtuľa, prídavné spaľovanie, konvertor ťahu a vektorovanie ťahu.

Kompresor Spaľovacia komora Turbína Kompresor je zostavený z lopatiek s čepeľami. Stláča vzduch vstupujúci do motora, čím sa zvyšuje tlak vzduchu. Stlačený vzduch je vháňaný do spaľovacej komory. Kompresor je poháňaný turbínou. Podľa konštrukcie sa kompresory delia na axiálne (osové) a radiálne (odstredivé). Spaľovacia komora V spaľovacej komore je zapálením paliva plynu dodaná tepelná energia, plyn expanduje, zvyšuje svoju rýchlosť a nakoniec v tryske vyvodzuje ťah. Turbína Odoberá plynu vystupujúcemu zo spaľovacej komory časť kinetickej energie a využíva ju pre pohon kompresora. Turbína tiež môže poháňať zariadenie pre vyvolanie hlavného ťahu - konvertor, vrtuľu apod.

Výstupná tryska Dúchadlo Premieňa tepelnú a tlakovú energiu plynu na energiu kinetickú. Bez vhodnej trysky by motor dosahoval podstatne nižší ťah. Trysky sa delia na konvergentné (podzvukové) a konvergentné - divergentné (nadzvukové). Dúchadlo Dúchadlo, v prípade motorov s nízkym odtokovým pomerom niekedy nazývané nízkotlakový kompresor, vytvára hlavný ťah dvojprúdových (turbokompresorových) motorov. Pracuje s nižšími otáčkami, neurýchľuje prúd toľko ako jadro motora, ale preteká ním veľké množstvo vzduchu, vďaka čomu je efektívnejší a prevádzka dvojprúdových motorov ekonomickejšia.

Vrtuľa Ide o klasickú vrtuľu, ktorá je cez reduktor otáčok napojená na hriadeľ turbíny motora. V turbovrtuľových motoroch vytvára vrtuľa hlavný a prakticky i jediný ťah. Prídavné spaľovanie Slúži ku krátkodobému zvýšeniu výkonu motora o 20-50% vďaka vstrekovaniu paliva do prúdu plynov za turbínou. Je to umožnené tým, že tento prúd plynov stále obsahuje dostatok kyslíka pre ďalšie horenie. Pri prídavnom spaľovaní ale rastie špecifická spotreba paliva, a to i o viac než o 200%. V konečnom dôsledku je spotreba paliva za jednotku času až 5x väčšia ako spotreba pri maximálnom výkone bez prídavného spaľovania.

Z "východu" prišlo pre prídavné spaľovanie označenie forsáž. Konvertor ťahu Konvertor ťahu alebo reverz otáča väčšinu z motora vychádzajúcich plynov o 90-180° vpred – vyvoláva opačný ťah. Otočenie plynov sa môže uskutočňovať niekoľkými spôsobmi – napríklad vyklopením rozmerných deflektorov za trysky motora (napr. regionálne lietadlá) alebo ešte pred tryskami (napr. Tornado), atd. Konvertory sa používajú iba v dvojprúdových motoroch a slúžia výhradne k cúvaniu alebo brzdeniu, vždy len na zemi. Konvertory sa využívajú v mnohých dopravných a transportných lietadlách, často sú nimi vybavené motory malých regionálnych lietadiel,

zatiaľ jedinými bojovými lietadlami s konvertormi sú švédske AJ37 Viggen a západoeurópske Tornado. V súčasnosti sa vyvíjajú a vyrábajú motory, ktoré konvertory nemajú štandardne, ale môžu ním byť dovybavené - napr. novšie verzie ruského RD-33. Vektorovanie ťahu Vektorovanie ťahu (Thrust Vector Controlled – TVC) spočíva vo vychyľovaní prúdu plynu, vychádzajúceho z motora – ovládania smeru ťahu. Dnes je pojem vektorovanie ťahu známy skôr v súvislosti s tryskami moderných stíhacích lietadiel s vysokou manévrovateľnosťou. Tieto trysky sa delia na ploché / guľaté a dvojrozmerné / trojrozmerné.

Vstup vzduchu Úlohou vstupného zariadenia je priviesť potrebné množstvo vzduchu do kompresora alebo priamo do spaľovacej komory náporového motoru. Druhou úlohou je premeniť s vysokou účinnosťou kinetickú energiu vstupujúceho vzduchu na energiu tlakovú. Samozrejmou požiadavkou je minimálny čelný odpor vzduchu. Vstupné zariadenie nie je tak jednoduché ako by sa na prvý pohľad zdalo. Pri jeho návrhu musí byť braný do úvahy rozsah Machových čísiel, pre ktoré je lietadlo projektované. Podľa toho sa vstupné zariadenia delia na dve skupiny -

podzvukové a nadzvukové podzvukové a nadzvukové. Typický podzvukový vstup má napríklad MiG-15, nadzvukový vstup má MiG-21. I nadzvukové lietadlo môže mať podzvukový vstup, ale pri nadzvukovom lete by dochádzalo k vysokým energetickým stratám, zníženiu ťahu motora a tým i zhoršeniu vlastností lietadla.

Rázové vlny Pri pohybe akéhokoľvek telesa nadzvukovou rýchlosťou vznikajú rázové vlny. Každý bod objektu vyvoláva pri pohybe v stlačiteľnom prostredí tlakové rozruchy, šíriace sa do všetkých smerov rýchlosťou rovnou rýchlosti zvuku (zvuk je vo svojej podstate len šíriaca sa tlaková zmena). Pri podzvukovej rýchlosti sa tlakové zmeny šíria i proti pohybu telesa a môžu vyvolať zmeny prúdenia vzduchu ďaleko pred telesom, príkladom sú nábežné hrany hrubých profilov krídel podzvukových lietadiel.

Zmena prúdenia pred telesom pri podzvukovej rýchlosti Rázové vlny pri nadzvukovej rýchlosti Pokiaľ sa teleso pohybuje rýchlosťou rovnakou alebo vyššou ako je rýchlosť zvuku, vlny sa nemôžu šíriť vpred a skladajú sa na seba - vytvárajú rázovú vlnu. V rázovej vlne skokom klesá rýchlosť prúdu plynu, statický tlak skokom vzrastá a celkový tlak sa o niečo zmenší..

Prúdový motor s turbodúchadlom

Kompresor Turbína Tryska Vrtuľa Miešadlo Spaľovacia komora

Prúdový motor Prúdový motor (v zásade je to plynová turbína) poháňa väčšinu rýchlych lietadiel. V prednej časti motora je vstup, cez ktorý rýchlo sa otáčajúce ventilátory nasávajú vzduch. Ďalej je kompresor, ktorý vzduch stláča; ten sa tým zahrieva, a pod vysokým tlakom putuje do spaľovacej komory, kde sa vstrekuje aj palivo. Zapálením zmesi sa uvoľní energia a vznikajúce horúce plyny sa rozpínajú a vychádzajú zo spaľovacej komory, čím roztáčajú turbínu v zadnej časti motora, ktorá poháňa ventilátory v prednej časti motora. S ktorými je spojená hriadeľom. Motor pracuje na princípe zákona o akcie a reakcie – spaliny vychádzajúce z motora pôsobia silou opačným smerom na motor, ktorý tým ženú vpred. Vzduch prúdi nielen hlavnou časťou motora, ale aj cez obtokový kanál okolo nej. Takto sa zvyšuje celkové množstvo vzduchu prechádzajúceho motorom, čím sa zväčšuje jeho ťah. Kanál okrem toho znižuje hlučnosť motora.

Princíp prúdového motora Prúdové motory pracujú na princípe spaľovania paliva a vypúšťania výsledných výfukových plynov. Nútený výstup plynov zo zadnej časti motora vytvára ekvivalentný dopredný ťah. Tento princíp ako prvý popísal anglický vedec sir Isaac Newton vo svojom treťom pohybovom zákone: “Ku každej akcii existuje rovnaká a opačná reakcia.“ Rakety a prúdové lietadlá vytvárajú dopredný ťah rovnakým spôsobom, ale medzi týmito dvoma typmi motorov existuje zásadný rozdiel. Raketa má svoj vlastný zdroj kyslíka, ktorý potrebuje ku spaľovaniu paliva. Naopak prúdový motor získava zásobu kyslíka priamo z atmosféry. Najjednoduchším typom prúdového motoru je náporový motor alebo tzv. “lietajúca drenážna trúbka“.

Je to trúbka, ktorá má vpredu prívod vzduchu, spaľovaciu komoru uprostred a výfukovú trysku vzadu. Dopredný pohyb lietadla účinne vháňa vzduch do motora a stláča ho. Do tohto prúdu vzduchu sa vstrekuje palivo a nepretržite spaľuje. Vzniknuté výfukové plyny sa rozťahujú, a preto sú nútené opustiť motor zadnou tryskou pri vysokej rýchlosti, čim vytvárajú dopredný ťah. Veľkou výhodou náporového motora je, že je jednoduchý a spoľahlivý, pretože nemá žiadne pohyblivé časti. Pracuje, ale iba vtedy, keď sa lietadlo pohybuje dostatočne vysokou rýchlosťou, aby vzniklo potrebné stlačenie. Náporové motory sú najúčinnejšie pri rýchlostiach medzi 2400 km/h a 4000 km/h.

Niektoré náporové motory sa požívajú na pohon riadených striel Niektoré náporové motory sa požívajú na pohon riadených striel. Lietadlo s náporovým motorom musí byť vybavené ešte ďalším motorom, napr. raketovým, ktorý lietadlu udelí potrebnú rýchlosť po štarte. Aby sa moderné lietadlá takej komplikácii vyhli, majú motor omnoho zložitejší. Prúdový motor s turbínou Prúdový motor vybavený turbínou pracuje na rovnakom princípe ako motor s plynovou turbínou. Ten pracuje podobným systémom ako náporový motor, ale v prednej časti je vybavený kompresorom, ktorý stláča vzduch prúdiaci do motora a ženie ho do spaľovacej komory. Vzniknuté rozťahujúce sa výfukové plyny

prechádzajú na svojej ceste k zadnej tryske turbínou prechádzajú na svojej ceste k zadnej tryske turbínou. Plyny otáčajú turbínou vysokou rýchlosťou a vzniknutú rotačnú silu možno využiť rôznym spôsobom. V tomto prúdovom motore je hriadeľ turbíny spojený s kompresorom v prednej časti motora, ktorý ženie vzduch motorom. Preto, že samotný motor vykonáva potrebné stláčanie vzduchu, môže lietadlo vybavené týmto motorom samo vzlietnuť bez pomoci iného motora. Dokáže tiež lietať menšími rýchlosťami ako lietadlo s náporovým motorom. Ale i lietadlo s prúdovým motorom vybaveným turbínou dokáže lietať nadzvukovou rýchlosťou.

Turbovrtuľový motor s turbodúchadlom V turbovrtuľovom motore otáča turbína normálnou vrtuľou, čím sa vytvára potrebný ťah. Lietadlá poháňané takýmito motormi sú však pomalé. Novšie motory s turbodúchadlom v sebe kombinujú funkcie prúdového a vrtuľového pohonu. Prúdový motor s turbodúchadlom pripomína normálny prúdový motor s turbínou. Ale typický moderný prúdový motor s turbodúchadlom je vybavený veľkou vrtuľou s väčším počtom lopatiek, ktorá je umiestnená vpredu. Turbovrtuľový motor

Táto vrtuľa ženie vzduch stredom alebo jadrom motora a tiež okolo jeho vonkajšku. Toto vonkajšie obtekanie vzduchu vytvára dopredný ťah, rovnako ako prúd vzduchu z normálnej vrtule. Prúdový motor s turbodúchadlom je najrozšírenejším typom motora veľkých lietadiel, pretože má množstvo výhod oproti prúdovému motoru s turbínou. Prúdový motor s turbodúchadlom je výkonnejší v pomalých rýchlostiach, takže lietadlá s týmto motorom môžu vzlietať z kratších rozjazdových dráh. Výfukové plyny unikajú z motora menšou rýchlosťou, čím spôsobujú menej hluku.

Motor s prídavným spaľovaním Väčšina nadzvukových lietadiel je vybavená zariadením na prídavné spaľovanie, aby sa podľa potreby vyprodukoval extra dopredný ťah. Zariadenie na prídavné spaľovanie pridáva palivo do výfukových plynov potom, čo výfukové plyny opustia turbínu. Toto palivo sa spaľuje, čím zväčšuje rýchlosť unikajúcich výfukových plynov. Vznikne tak dopredný ťah, ale za cenu enormne zvýšenej spotreby paliva. Z tohto dôvodu sa toto zariadenie využíva hlavne pri štarte a v prípade vojenských lietadiel tiež pri dosiahnutí väčšieho výkonu pri nadzvukových rýchlostiach počas bojových akcií.

Použité zdroje: http://fpedas.utc.sk http://www.geae.com http://www.cfd.sk/tps http://mzak.webzdarma.cz/teorie Svet poznania Autor: Ivana Vachnová