Zaostřeno na techniku: Proudové motory

Chtěli jste vždycky vědět, jak letadlo ve skutečnosti funguje a létá, ale odradil vás komplexní letecký žargon a tuny matiky? V této příležitostné sérii článků vysvětlíme vše prostou mluvou a vy se během okamžiku stanete experty.

Tento měsíc se podíváme na……

Proudové motory!

I když je většina letadel ve World of Warplanes poháněna vrtulí, několik letounů nejvyšších úrovní používá proudové motory (také známé jako plynové turbíny). Prvním stíhačem s proudovým motorem byl Messerschmitt 262. Ten můžete v naší hře pilotovat.

Proudové motory jsou samozřejmě nejběžnějším pohonem moderních letadel všech typů. Jeho základní koncept je ve své podstatě velmi jednoduchý a přemýšlí se o něm už 2000 let. Princip je ten, že vypuzení vysoce stlačeného vzduchu způsobuje pohyb vpřed, neboli tah. Zkoušeli jste někdy nafouknout balón a pak jej bez zavázání na konci vypustit? Ve škole jste možná i dělali experiment s „balónovou raketou“ pomocí balónku, slámky a provázku.

Úžasná balónová raketa!

Za tím vším se skrývá fyzikální princip třetího Newtonova zákona pohybu. Ten říká, že síly existují ve dvojicích – kde je akce, tam je také stejná a opačná reakce. Abychom to vyjádřili poněkud přesněji, ve chvíli, kdy těleso působí na druhé těleso silou, ono druhé těleso vydá sílu rozsahem totožnou, ale v opačném směru, než je ta první. V případě balónové rakety je první těleso vzduch a druhé těleso balón. Při vypuštění vzduchu z konce balónu je balón hnán dopředu. Tato síla se nazývá tah. Právě tohle dává vzniknout pohybu potřebnému k letu.

Proudový motor funguje velmi podobně jako tento balón, i když technologicky daleko působivěji. Vyhání vzduch ven z trysky pod extrémně vysokým tlakem a obrovskou rychlostí, což vytváří totožnou opačnou sílu v samotném motoru. Výsledek je ten, že motor a cokoliv k němu připevněné (čili zbytek letadla) se pohybuje vpřed. Odborný název tohoto zařízení je plynová turbína a nejzákladnější model se nazývá (turbo)proudový motor. 

Typický moderní letecký proudový motor.

Po vynalezení poháněného letu netrvalo dlouho, než konstruktéři začali přemýšlet, jak technologii proudového motoru využít ke zrychlení letadel. Ještě před druhou světovou válkou si konstruktéři uvědomili, že tehdy běžně používané vrtule poháněné pístem se blíží svému maximálnímu výkonu (limitem byly listy vrtule téměř dosahující rychlosti zvuku – přibližně 343 m/sek, v závislosti na typu vzduchu). Pokud měla letadla dosáhnout většího výkonu a vyšších rychlostí, pak byl potřeba zcela nový pohonný systém. Odpovědí byl proudový motor.

Na počátku 20. století se v Evropě dosáhlo mnoha pokroků, ale až v roce 1932 byl udělen první patent skutečně funkčního proudového motoru. Patentoval si jej Frank Whittle z Velké Británie. Nezávisle na Whittleovi pracoval ve zhruba stejnou dobu na svých návrzích i Němec Hans von Ohain. Vůbec první letadlo poháněné proudovým motorem bylo v roce 1939 letadlo He 178.

Teprve několik let po druhé světové válce začaly proudové motory létání dominovat. Jejich použití mělo za následek nejen výkonnější bojová letadla, ale také se díky nim staly realitou mezistátní lety na velkou vzdálenost, ať už z praktického či ekonomického hlediska. Díky proudovým motorům se na obloze také začala objevovat stále větší a větší letadla – jen se podívejte na rozměry dvoupalubového letounu Airbus A380! Proudové motory navíc fungují ve velkých výškách, kde by už vrtulové motory kvůli řídkému vzduchu selhaly.

Dovedete si představit něco takového v letu pomocí vrtulí?

Proudový motor je vynález, který skutečně změnil svět, a přitom za ním stojí velmi základní principy.

Plynová turbína je prostě jen stroj na příjem vzduchu, jeho stlačení a poté vypuštění zadní tryskou. Celý proces se dá shrnout čtyřmi slovy popisujícími zpracování vzduchu, který tímto strojem prochází – VTAŽENÍ, STLAČENÍ, RÁNA, VYFOUKNUTÍ

Tato čtyři slova si zapamatujte – o způsobu práce plynové turbíny vypovídají prakticky vše. Podívejte se na diagram výše a porovnejte ho s průřezovým obrázkem níže. Můžete vidět, v které části plynové turbíny se odehrává každá ze čtyř fází.

Průřez plynovou turbínou Rolls-Royce Trent 1000, kterou najdeme na mnoha velkých moderních dopravních letadlech. Tohle je dvouproudový motor.

SÁNÍ

Fáze příjmu vzduchu je prvním stádiem procesu. Během něj je vzduch vtažen do motoru obrovským větrákem vepředu. Tento větrák můžete vidět na jakémkoliv motoru letadla. Pokud je letadlo na zemi, většinou je ohraničen, aby se do jeho blízkosti nedostali lidé. Větrák je neobyčejně silný a proto představuje nebezpečí pro kohokoliv v jeho blízkosti. Typický motor, jako například Trent, vtahuje tunu vzduchu za vteřinu – ekvivalent vzduchu z celého squashového kurtu tedy zmizí za méně než vteřinu. Určitá část vzduchu je vtažena do hlavní části motoru, zatímco zbytek projde skrz postranní chlopně a pokračuje přímo do fáze vyfouknutí.

STLAČENÍ

Jakmile se vzduch dostane do motoru, je stlačen několika postupně menšími větráky, které se nazývají turbíny (zvýrazněny zlatou barvou v obrázku motoru Trent 1000 nahoře). Turbíny stlačí vzduch do daleko menšího prostoru, což vyústí v extrémně vysoký tlak. Vysoký tlak drží velké množství energie, a tak je mimo jiné i daleko výbušnější. Tak se dostáváme k další fázi.

VÝBUCH / EXPANZE

Palivo je do motoru vháněno přes malou trubici a smícháno se stlačeným vzduchem. Celá směs se poté vznítí. To způsobí kontrolovanou explozi, ve které plyny vysokou rychlostí expandují. Tvar motoru zaručuje, že plná síla exploze je nasměrována do zadní části.

VÝFUK

Poslední fáze. Zde se horký vzduch po explozi z vnitřku motoru smíchá se vzduchem odkloněným od hlavního větráku a celá směs se velkou rychlostí vyfoukne ze zadní části motoru. Díky tomu se vytvoří velmi silný tah. Část proudění vzduchu se využívá k otáčení hlavní hřídele motoru, aby se nezastavil. Zbytek tahu se využívá čistě k vytvoření pohybu.

Junkers Jumo 004 v Muzeu RAF, Cosford, Velká Británie.
Tento motor poháněl letoun Messerschmitt 262.

A to je vše. Toto je tedy proces jednoduchého dvouproudového motoru, kde je tah důsledkem výhradně vypuzeného vzduchu. Čistokrevný proudový motor použitý u letadel z druhé světové války není vybaven velkým větrákem k usnadnění vhánění vzduchu. Běží pouze na proudu vzduchu, který volně proudí motorem.

Další variantou je proudovrtulový motor, který je vybaven také vrtulí připevněnou k hřídeli turbíny. Vrtule se dá použít v menších výškách, což snižuje spotřebu paliva.

Motory s vnitřním spalováním (známé také jako pístové motory) používají podobnou technologii, protože procesy jsou to podobné. Jak pracují pístové motory, to si řekneme v dalším článku.

I když se hodně moderních proudových motorů využívá k létání, slouží také k mnoha dalším účelům. Některé se například používají na velkých námořních plavidlech k pohánění lodních šroubů. Další zase našly uplatnění při pokusech o překonání rychlostního rekordu na zemi. Momentálním držitelem světového rekordu v nejvyšší rychlosti je vozidlo Thrust SSC. Tohoto rekordu dosáhlo v říjnu 1997 v americké Nevadě. Dosáhlo rychlosti téměř 1228 km/h a překonalo rychlost zvuku.

Thrust SSC, jemuž vévodí velké proudové motory.

Poznámka: Značná část tohoto článku je založena na popisu funkce proudových motorů dle firmy Rolls-Royce. Můžete navštívit jejich stránku, kde najdete více informací a zajímavé animace.

Už jste tedy expert na proudové motory? Nasedněte do letadel a leťte, piloti!