Přeskočit na obsah

Dvouproudový motor

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Animace dvouhřídelového motoru.
A. Jedna hřídel (nízkotlaká část)
B. Druhá hřídel (vysokotlaká část)
C. Statické součásti
1. Vstupní ústrojí
2. Dmychadlo
3. Nízkotlaký kompresor
4. Vysokotlaký kompresor
5. Spalovací komora
6. Vysokotlaká turbína
7. Nízkotlaká turbína
8. Jádro trysky
9. Výstupní tryska

Dvouproudový motor (také turbodmychadlový) je druh leteckého motoru, který pracuje na podobném principu jako proudový motor, tedy na principu zákona o akci a reakci. Oproti proudovému motoru obsahuje navíc dmychadlo (ventilátor, angl. fan) a nízkotlaký kompresor, poháněné další turbínou.

Poměr hmotnostního průtoku vzduchu, který obtéká jádro motoru, k hmotnostnímu průtoku vzduchu procházejícího jádrem se označuje jako obtokový poměr. Motor vytváří tah kombinací účinku obou těchto proudů. Motory, které využívají více reaktivního tahu ve srovnání s tahem dmychadla, jsou označovány jako dvouproudové motory s nízkým obtokovým poměrem; naopak motory s výrazně vyšším tahem dmychadla než reaktivním tahem jsou označovány jako s vysokým obtokovým poměrem. Většina proudových motorů používaných v civilním letectví je typu s vysokým obtokovým poměrem,[1][2] zatímco většina moderních motorů bojových letounů používá s nízkým obtokovým poměrem. Přídavné spalování se používá u motorů s nízkým obtokovým poměrem, přičemž ke smísení obtokového vzduchu a proudu z jádra motoru dochází před přídavným spalováním.

Moderní dvouproudové motory mají buď jedno velké jednostupňové dmychadlo, nebo menší dmychadlo s několika stupni. Raná konstrukční konfigurace kombinovala nízkotlakou turbínu a dmychadlo do jedné zadní jednotky.

Popis funkce

[editovat | editovat zdroj]

Vzduch vstupující do motoru je nejprve stlačen dmychadlem. Jeho část (daná obtokovým poměrem) proudí do vysokotlaké části motoru, zbytek ji však obtéká tzv. obtokovým kanálem. Tah motoru je vyvolán účinkem obou proudů plynů. Na vstupu vysokotlaké části motoru se nachází nízkotlaký a vysokotlaký kompresor (s oddělenými souosými rotory), které vzduch stlačí a zvýší tím jeho teplotu pro co nejúčinnější zažehnutí. V této chvíli má již vzduch vhodnou teplotu i tlak, jeho pohyb je však příliš rychlý na to, aby mohl být efektivně zažehnut. Směřuje tedy do tzv. difuzoru, který vzduch zpomalí, ale zachová teplotu. Dále následují spalovací komory, v nichž dojde k přidání paliva a následnému zažehnutí, což způsobí obrovský nárůst objemu plynů. Spaliny procházejí přes turbíny vysokotlakého kompresoru a dmychadla, kterým předají větší část své energie. Poté opouštějí vysokotlakou část motoru a smísí se s obtokovým vzduchem. Většina tahu motoru s velkým obtokovým poměrem pochází z obtokového kanálu a je vyvolána dmychadlem.

Smísení výstupních proudů způsobí nižší teplotu výstupních plynů. Z konstrukčního hlediska se dvouproudové motory dělí na jednohřídelové (např. Snecma M53), dvouhřídelové (dvourotorové; viz obrázek dole, např. Pratt & Whitney JT9D) a tříhřídelové (třírotorové, např. Progress D-18T).

Skrz dvouproudový motor proudí výrazně více vzduchu než skrz proudové. Rychlost výstupních plynů je proto při stejném výkonu nižší. Dvouproudové motory jsou proto obvykle méně hlučné a mají nižší spotřebu (při nižší rychlosti lze totiž dosáhnout na výstupu lepšího poměru hybnost/energie, na němž záleží spotřeba energie na vyvolání jednotkového tahu). To je také důvod, proč jsou dnes téměř všechna dopravní letadla, ale i vojenské letouny, vybaveny těmito motory. Dvouproudové motory vojenských letounů mají většinou malý obtokový poměr[3] a bývají vybaveny přídavným spalováním.

Nastartování proudového motoru

[editovat | editovat zdroj]

Nastartování se provádí pomocí APU (angl. auxiliary power unit), což je pomocná jednotka, menší motor v zadní části letadla, který obsahuje kompresor, spalovací komoru a turbínu. Při startování se stlačený vzduch od kompresoru APU vede na vzduchový startér (malá turbína) připojený na převodovku (skříň pohonu), pomocí které roztáčí hřidel/hřídele motoru. Při určitých otáčkách N1 (dáno konstrukcí) se do spalovací komory vstřikuje pomocí trysek palivo a pomocí el. zapalovačů dojde k jeho zapálení. Motor pokračuje s akcelerací do volnoběžných otáček. Přívod vzduchu na vzduchový startér se v určité fázi startování zavírá.

Některé moderní dvouproudové letouny, jako třeba Boeing 787, využívají tzv. VFSG systému (angl. variable frequency starter-generator), kdy APU generuje el. energii, ta je vedením přivedena na elektromotor. Elektromotor roztočí hřídel motoru (funguje tedy jako startér), následně se do spalovací komory vstřikuje palivo a zapálí se. Po roztočení motoru do volnoběhu se elektromotor přepne a slouží jako elektrický generátor stejně jako u klasického letadla. [4]

Historie

[editovat | editovat zdroj]
Rolls-Royce Conway s malým obtokovým poměrem, tento je z letounu Boeing 707

První proudové motory byly velmi neefektivní co se týče spotřeby paliva a jejich celkový tlakový poměr a teplota vstupních plynů turbíny byly velmi omezené technologií dostupnou v té době.

První dvouproudový motor, který byl provozován pouze na zkušebním stanovišti, byl německý Daimler-Benz DB 670, označený německým Říšským ministerstvem letectví (RLM) jako 109-007. Jeho první spuštění proběhlo 27. května 1943, poté co byly 1. dubna 1943 provedeny zkoušky turbostrojní části s využitím elektromotoru.[5] Vývoj motoru byl přerušen, aniž by se podařilo vyřešit jeho technické problémy, jelikož se válečná situace Německa nadále zhoršovala.

Později v roce 1943 Británie na zemi testovala dvouproudový motor Metrovick F.3,[6] který využíval proudový motor Metrovick F.2 s axiálním kompresorem jako generátor plynů, přičemž výtokové plyny byly vedeny do těsně připojeného zadního dmychadlového modulu tvořeného protiběžným systémem nízkotlakých turbín, pohánějících dvojici souosých protiběžných dmychadel.[7]

Zlepšení materiálů a zavedení dvojitých kompresorů, například u motoru Bristol Olympus,[8] a motoru Pratt & Whitney JT3C zvýšily celkový tlakový poměr a tím i termodynamickou účinnost motorů. Tyto motory však měly nízkou hnací účinnost, protože čistě proudové motory mají vysoký specifický tah a velmi vysokou rychlost výtokových plynů, což je výhodnější pro nadzvukový let.

Původní dvouproudové motory s nízkým obtokovým poměrem byly navrženy s cílem zlepšit hnací účinnost snížením rychlosti výtokových plynů na hodnotu bližší rychlosti letounu. Rolls-Royce Conway, první sériově vyráběný dvouproudový motor na světě, měl obtokový poměr 0,3, podobný modernímu vojenskému motoru General Electric F404. Civilní dvouproudové motory 60. let 20. století, jako Pratt & Whitney JT8D a Rolls-Royce Spey, měly obtokový poměr blízký hodnotě 1 a byly konstrukčně podobné svým vojenským protějškům.

Prvním sovětským dopravním letounem poháněným dvouproudovými motory byl Tupolev Tu-124, uvedený do provozu v roce 1962. Používal motory Solovjov D-20.[9] V letech 1960–1965 bylo vyrobeno 164 letounů pro Aeroflot a další aerolinky východního bloku, přičemž některé z nich zůstaly v provozu až do počátku 90. let.

Prvním dvouproudovým motorem společnosti General Electric byl motor CJ805-23 se zadním dmychadlem, odvozený z proudového motoru CJ805-3. Následoval motor General Electric CF700 se zadním dmychadlem a s obtokovým poměrem 2,0. Ten byl odvozen z proudového motoru General Electric J85/CJ610 o tahu 2 850 lbf (12 700 N) a sloužil k pohonu větších letounů Rockwell Sabreliner verzí 75/80, stejně jako typu Dassault Falcon 20, přičemž poskytoval přibližně o 50 % vyšší tah, až 4 200 lbf (19,000 N). CF700 byl prvním malým dvouproudovým motorem certifikovaným Federálním leteckým úřadem (FAA). V jednu dobu bylo po celém světě v provozu více než 400 letounů s motory CF700, s celkovou provozní zkušeností přesahující 10 milionů letových hodin. Dvouproudový motor CF700 byl rovněž použit k výcviku astronautů směřujících k Měsíci v rámci programu Apollo, kde sloužil jako pohonná jednotka výzkumného letounu Lunar Landing Research Vehicle.

V 80. letech 20. století se stal dvouproudový motor základní pohonnou jednotkou u všech velkých letadel.

Dělení

[editovat | editovat zdroj]
General Electric CF6 s velkým obtokovým poměrem našel uplatnění v letounech Airbus A300, Boeing 747 nebo Douglas DC-10

Základní

[editovat | editovat zdroj]
  • s velkým obtokovým poměrem
  • s malým obtokovým poměrem

Jiné

[editovat | editovat zdroj]
  • s celkovým obtokem
  • s částečným předním obtokem (dnes nejrozšířenější u dopravních letadel)
  • s částečným zadním obtokem

Podle výstupního proudu

[editovat | editovat zdroj]
  • s oddělenými proudy (obvykle s velkým obt. poměrem)
  • s mísením proudů před hlavní tryskou (obvykle s malým obt. poměrem)

Galerie

[editovat | editovat zdroj]

Odkazy

[editovat | editovat zdroj]

Reference

[editovat | editovat zdroj]
  1. ↑ HALL, Nancy. TurbofanEngine [online]. NASA, May 5, 2015 [cit. 2015-10-25]. Dostupné online.
  2. ↑ HACKER, Michael; BURGHARDT, David; FLETCHER, Linnea; GORDON, Anthony; PERUZZI, William. Engineering and Technology. [s.l.]: Cengage Learning, March 18, 2009. Dostupné online. ISBN 978-1-285-95643-5. S. 319.
  3. ↑ Magill's Survey of Science: Applied science series, Volume 3. Redakce Frank Northen Magill. [s.l.]: Salem Press, 1993. ISBN 9780893567088. S. 1431.
  4. ↑ 787 Propulsion System. www.lb.boeing.com [online]. [cit. 2024-11-10]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2024-11-10.
  5. ↑ "Turbojet History And Development 1930–1960 Volume 1", The Crowood Press Ltd. 2007, ISBN 978-1-86126-912-6, p. 241.
  6. ↑ Metrovick F3 Cutaway – Pictures & Photos on FlightGlobal Airspace [online]. Flightglobal.com, 2007-11-07 [cit. 2013-04-29]. Dostupné online.
  7. ↑ page 145 [online]. 1946. Dostupné online.
  8. ↑ 1954 | 0985 | Flight Archive [online]. Flightglobal.com, 1954-04-09 [cit. 2013-04-29]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 18 October 2012.
  9. ↑ GUNSTON, Bill. The Development Of Jet and Turbine Aero Engines. 4th. vyd. [s.l.]: [s.n.], 2006. ISBN 0-7509-4477-3. S. 197.

Externí odkazy

[editovat | editovat zdroj]
Citováno z „https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Dvouproudový_motor&oldid=25683090“