Jak funguje proudový motor

Historie proudových motorů

Už od dob mýtu o Ikarovi, v němž si Ikarus vyrobil křídla z ptačího peří a vzlétl, se lidé snaží pochopit způsob, jakým se některé druhy vznášejí do oblak, aby jej mohli napodobit pomocí strojů. První koncepty vytvořil Leonardo da Vinci v ^16. století. V té době však byla jedinou známou hybnou silou síla lidských svalů. Základní principy, které nám později umožní pochopit, jak letadla létají, se objeví až v 17. a ^18. století díky vědcům, jako byli Newton a Bernoulli. V ^19. století vedla průmyslová revoluce k řadě technických pokroků. Francouz Clément Ader jako první vzlétl s letadlem s parním strojem a jako inspiraci použil netopýra. O deset let později, v roce 1903, uskutečnili bratři Wrightové první řízené motorové lety v historii.

Jak funguje proudový motor

První proudový motor neboli turbojet byl zkonstruován Němci v roce 1939, ale byl výsledkem několikasetletého výzkumu.

Fungování dnes používaných motorů je zjednodušeně popsáno v tomto videu:

Princip je jednoduchý:

Vzduch je nasáván dmychadlem, poté je trvale stlačován a následně prochází do spalovací komory, kde reaguje s parafínem a vznítí se. Vzniklá reakce rozpíná plyny, které jsou pak tryskou vháněny zpět a pohánějí letadlo vpřed. Při průchodu tryskovým motorem, jehož tvar se smršťuje, plyny opouštějí letadlo velmi vysokou rychlostí.

Kromě toho plyny při výstupu z motoru roztáčejí turbínu, která je umístěna na stejné ose jako kompresor, hned za spalovací komorou. Pohyb turbíny způsobuje pohyb kompresoru, což umožňuje, aby reakce probíhala nepřetržitě. Letadlo se pohybuje a vzduch proudící přes jeho křídla mu umožňuje letět.

Letecké společnosti se neustále snaží zlepšovat výkon spalovacích komor, aby snížily emise letadel.

Newtonovy pohybové zákony

V ^17. století Newton stanovil tři základní zákony vysvětlující pohyb. Prvním je princip setrvačnosti, druhým princip dynamiky. Ten, který nás zajímá, je třetí Newtonův zákon, princip vzájemného působení.

Reakční pohon je založen na tomto principu akce-reakce, který říká, že na každou akci existuje stejná a opačná reakce. Vzduch vymrštěný dozadu tedy bude na letadlo působit stejnou a opačnou silou, která ho bude pohánět dopředu. Tato síla se nazývá tah. Navíc čím vyšší je rychlost proudu hnaného plynu, tím větší je tah.

Newtonův zákon také vysvětluje, jak letadla létají: jestliže křídlo působí na vzduch silou (svou vahou, silou směrem dolů), pak vzduch působí na křídlo silou opačnou, která se nazývá vztlak (vzhůru). Vyrovnávání těchto sil udržuje letadlo ve vzduchu.

První proudový motor

V roce 1731 začal Angličan John Barber registrovat patenty na plynovou turbínu s vnitřním spalováním, předchůdce proudového motoru. Jeho motor se skládal z kompresoru, spalovací komory a turbíny, které byly poháněny hořlavou látkou. Barberovi se však nepodařilo svůj vynález uvést do provozu, protože tehdejší technologie nebyly schopny generovat dostatečný výkon.

Vývoj plynové turbíny byl pak pozdržen úspěchem parní turbíny. Po práci Rumuna Henriho Coanda a Francouze Maxima Guillauma ve 30. letech 20. století to byl nakonec Brit Sir Frank Whittle, kdo způsobil revoluci v letecké dopravě díky turbínovému pohonu. Namísto pístového motoru, který by stlačoval vzduch, se Whittle rozhodl pro turbínu, která využívá energii výfukových plynů k pohonu kompresoru. Tento nový motor byl úspornější a výkonnější než pístový motor.

První proudové motory byly vyvinuty současně v Anglii a Německu. Němec Hans Von Ohain vyvinul v roce 1939 první proudový motor pro společnost Heinkel. Prvním proudovým letadlem byl Heinkel He-178, používaný pro bojové účely. První let však byl přerušen, když byl do motoru nasát pták. Závody ve zbrojení během druhé světové války urychlily zrod moderního letectví. Na konci války je dohnaly Spojené státy a Sovětský svaz, následované Francií, která byla zdržována německou okupací. První civilní letadla poháněná proudovými motory se objevila v 50. letech 20. století.

Různé typy proudových motorů

Obecně lze říci, že proudové motory přeměňují chemickou energii obsaženou v palivu na energii kinetickou. Vývoj proudových motorů byl od počátku velkou výzvou, a to jak ve vojenské, tak v civilní sféře. Dnešní proudové motory jsou mnohem složitější než v minulosti. Jsou například vybaveny obraceči tahu, které slouží k brzdění letadla. Proud je přesměrován směrem k přední části motoru.

Existuje několik podkategorií proudových motorů:

• Odstředivé kompresorové proudové motory
• Axiální kompresorové proudové motory
• Dvouproudové proudové motory
• Ramjetové motory
• Turbovrtulové motory
• Volné turbínové motory

Výše popsané motory jsou odstředivé kompresorové proudové motory. Jsou jednoduché na výrobu a robustní, ale jejich nevýhodou je, že vyžadují motor o velkém průměru, což snižuje konečnou rychlost letadla. Proto byly vynalezeny axiální proudové motory. Vzduch je stlačován řadou vrtulí a účinnost je lepší, ale vyžaduje to pokročilejší materiály. V obou případech musí motor odolávat teplotám až 2000 °C.

V obtokovém reaktoru je před kompresorem umístěn ventilátor. Ten nasává větší množství vzduchu, který se pak rozděluje na primární a sekundární proudění. Primární proud prochází spalovací komorou, takže se jedná o proud horkého vzduchu. Sekundární proud je vyvrhován přímo na obě strany motoru; jedná se o proud studeného vzduchu, který zajišťuje 80 % tahu. Na výstupu se studený vzduch mísí s horkým vzduchem, což vede k ochlazování. Tento systém se používá ve většině letadel avions commerciaux pro zlepšení tahu a snížení hlučnosti motoru.

Ramjetové motory se nyní používají ve stíhacích letounech a raketách, protože mohou dosahovat velmi vysokých rychlostí. Jejich tah je větší, protože palivo je znovu vstřikováno do spalovací komory, což je proces známý jako dohořívání. Navíc nemají žádné pohyblivé části, a jsou proto lehké. Nevýhodou je, že nemohou pracovat pod určitou rychlostí a teplota je velmi vysoká, což je pro mnoho materiálů dlouhodobě neudržitelné. Aby mohly pracovat, musí mít také počáteční rychlost. Superstatorjetové motory mohou dosahovat nadzvukových rychlostí. Motor Concorde byl hybridem mezi turbojetem a ramjetem.

Turbovrtulové motory zvyšují tah vyvržením co největšího množství plynu. U turbovrtulových motorů tomu tak není. Ty se spoléhají na rotační sílu vrtule, která je připevněna na vnější straně letadla a zajišťuje většinu tahu. Turbovrtulové letouny představují nejekonomičtější řešení pro lety na krátké vzdálenosti. Jsou efektivnější a spotřebují méně paliva, ale jsou omezeny z hlediska výšky a vzdálenosti. Více informací o různých modelech turbovrtulových letadel najdete na adrese cette page.

Turbovrtulové motory byly určeny pro vrtulníky. Stejně jako proudové motory jsou vybaveny turbínou. Dnes vyráběné vrtulníky, například Dauphin, mají volnou turbínu. Ta přeměňuje kinetickou a tepelnou energii výfukových plynů na mechanickou energii. Umožní také, aby se lopatky vrtulníku otáčely jinou rychlostí než kompresor, čímž se zajistí stabilita letadla.