TurboJet, TurboProp, TurboFan. Čo to je?
Ba čo viac, akýchsi „bratrancov“ získajú vtedy, ak výraz „turbo“ nahradíme výrazom „elektro“.
A to nie len v oblasti modelárskej, ale prvé „lastovičky“ sa s prívlastkom „elektrofan“ a „elektroprop“ objavujú aj v oblasti skutočných lietadiel.
pripravil: Janko O.
Hoci sú to pojmy zo sveta pohonu veľkých - „dospelých“ lietadiel, tak zistíme, že môžu mať svojich menších súrodencov aj vo svete modelárskych pohonov.
Piloti lietadiel ešte v období pred 2. svetovou vojnou zistili, že s vrtuľovým pohonom je prakticky nemožné a navyše je veľmi nebezpečné pokúsiť sa prekonať určitú rýchlostnú hranicu. Tá rýchlostná hranica je o určitú hodnotu nižšie (niekto by povedal, že len o „kúsok“ menej 
) ako je rýchlosť zvuku.
Vtedy to možno ešte nikoho nejak veľmi netrápilo, ale počas vojny sa rýchlosť stala otázkou života či smrti: ten, kto mal rýchlejšie lietadlo, mal väčšiu šancu prežiť.
Ak pred nepriateľom unikal, mohol mu ujsť, ak nepriateľa naháňal, mohol ho dostihnúť a zostreliť.
A tak vedci aj technici hľadali iný spôsob pohonu lietadiel, ktorý by nejakú rýchlostnú hranicu nemal, alebo ak, tak aby tá hranica bola vyššie, ako rýchlostná hranica vrtuľového pohonu.
Vtedy už bol známy a (v strelách V-1) aj používaný (geniálne jednoduchý) pulzačný motor. Lenže u tohto motora je problematické ovládanie jeho ťahu a teda v konečnom dôsledku ovládanie rýchlosti lietadla. Ale má aj iné závažné nevýhody a preto technici nepoľavili v hľadaní (vo vývoji) niečoho iného – niečoho lepšieho.
A tak prišiel na svet „tryskový“ (prúdový) motor. To je to, čo by sme dnes, v duchu nadpisu tohto článku, nazvali „TurboJet“, hoci vtedy to tak nikto nenazýval.
A v čom je ten „fígeľ“ tryskového motora?
Niečo je popísané v článku „Rozdiel medzi pohonom dúchadlom a spaľovacou turbínou“, ale skúsme si vypichnúť tie podstatné črty spaľovacej turbíny, čiže tryskového motora:
Pri turbínovom pohone je objem vystupujúcich plynov niekoľkonásobne väčší ako objem vstupujúcich plynov. Je to spôsobené tým, že z motora vystupujúci vzduch sa vplyvom horiaceho paliva ohrial natoľko, že svoj objem zvýšil aj viac ako šesťnásobne.
TurboJet s radiálnym kompresorom. Takto (myslené že s radiálnym kompresorom) sú konštruované pohonné jednotky skutočných vrtuľníkov a tiež drvivá väčšina modelárskych spaľovacích turbín.
A krátkodobo je možné dosiahnuť pomocou prídavného spaľovania, ktoré sa častejšie označuje ako FORSÁŽ, ďalšie ohriatie spalín a vzduchu a ďalší nárast výkonu turbínového pohonu až o 30 %. Hmotnosť vystupujúcich plynov je hmotnosť vstupujúceho vzduchu plus hmotnosť spotrebovaného paliva, takže v hmotnosti veľká zmena nie je, ale vplyvom teploty toto nezmenené množstvo vzduchu významne zvýšilo svoj objem.
TurboJet s axiálnym kompresorom. Takto majú konštruované pohonné jednotky rýchlych - stíhacích lietadiel.
Vďaka tomu muselo toto množstvo vzduchu významne zvýšiť svoj tlak. A vďaka tomu, pri „nejakom“ priereze výstupného kanála, muselo toto množstvo vzduchu s významne zvýšeným tlakom významne zvýšiť svoju výtokovú rýchlosť.
TurboJet s axiálnym kompresorom: Pohonná jednotka pripravovaného európskeho stíhača s rýchlosťou vyše Mach 2.
A sme tam, kde sme chceli byť, pretože ťah pohonnej jednotky závisí od hybnosti urýchleného vzduchu. A hybnosť je súčin hmotnosti a rýchlosti. Hmotnosť prechádzajúceho vzduchu je prakticky nezmenená, ale rýchlosť vychádzajúcich plynov je pri turbínovom pohone niekoľkonásobne vyššia.
Žiaľ, tryskový motor – turbojet je nenásytný žrút paliva. Spotreba paliva (prepočítaná na preletenú vzdialenosť) je oveľa (násobne) vyššia ako pri dovtedy dominujúcom vrtuľovom pohone.
Avšak „hlad“ bojujúcich strán po vyššej rýchlosti ich lietadiel bol taký veľký, že ani hendikep vysokej spotreby nezabránil nástupu tryskových motorov do pohonu bojových lietadiel (stíhačiek) už počas konca 2. svetovej vojny.
A tento stav trvá prakticky dodnes!
Lenže …
tryskový motor – turbojet má (okrem potenciálu rýchlosti) ešte jednu úžasnú vlastnosť: obrovský výkon „zabalený“ do pomerne malého objemu a hmotnosti.
-
Poznámka „bokom“:
Turbína (tryskový (prúdový) motor) bol (niekedy v druhej polovici 20. storočia) skúšobne „nasadený“ aj do monopostu Formuly 1. „Výstupom“ motora bol hriadeľ turbíny, ktorého príliš vysoké otáčky boli najprv sprevodované do-pomala a až potom privedené do prevodovky monopostu. Výkon tohto experimentálneho auta bol famózny – neskutočný – ukrutný 
.
Avšak zotrvačnosť motora – časové oneskorenie reakcie výkonu na polohe pedálu ho činila nepoužiteľným.
Aby ste tomu rozumeli: ak chcel pilot monopostu zrýchliť, musel pedál plynu zošliapnuť so 7 sekundovým predstihom 
.
-
A tak si turbínový motor musel hľadať uplatnenie inde, tam kde zmena otáčok – výkonu – ťahu nie je až taká dynamická ako u pretekárskeho auta. A tak sa aj stalo: turbínový motor sa úspešne uplatnil v pohone vrtuľových lietadiel, kde vytlačil piestové motory.
Rovnako ako v spomínanom prípade monopostu F1 aj tu sa vysoké otáčky turbíny najprv znížia sprevodovaním do-pomala a až potom poháňajú vrtuľu. Tejto kombinácii sa hovorí TurboProp (Prop – skratka od propeller - angl. vrtuľa).
Môžeme sa s ním stretnúť u takmer všetkých súčasných vrtuľových lietadiel pre vojenské či dopravné použitie.
TurboProp: vľavo vrtuľa, vpravo turbínový motor, medzi tým prevodovka, hore štartér/generátor s príslušenstvom.
Turboprop poháňa legendárny 4-motorový C-130 Hercules, z tých modernejších aj súčasný 2-motorový Alenia C-27 Spartan, či európsky 4-motorový Airbus A-400M. V spojení s vrtuľou so šablovitými listami sa vyznačuje neuveriteľne tichým a kultivovaným chodom.
Nízka hmotnosť a vysoký výkon je u tohto pohonu považovaný za samozrejmosť.
Lenže, ako sa hovorí, vrtuľa je vrtuľa a tá sa pre vysoké rýchlosti príliš nehodí. A tak sa hľadala cesta, ako využiť úžasný výkon a nízku hmotnosť motora na pohon lietadiel, ktorých rýchlosť by síce nedosahovala rýchlosť zvuku (Mach 1), ale ani by nebola taká nízka ako u vrtuľových lietadiel – teda lietadiel dopravných.
Cesta sa našla a dnes sa to nazýva TurpoFan alebo tiež dvoj-prúdový motor.
„Trik“ je podobný ako u kombinácie TurboProp: vysoké otáčky turbíny po sprevodovaní do-pomala poháňajú veľké dúchadlo (angl. Fan). Časť ťahu takéhoto motora „robí“ samotná turbína – rovnako ako motor TurboJet a časť robí dúchadlo. Podľa pomeru týchto dvoch zložiek sa takéto motory delia na:
- TurboFan s nízkym obtokom – angl. Low Bypass TurboFan
- TurboFan s vysokým obtokom – angl. Hi Bypass TurboFan
Výrazom „obtok“ (Bypass) sa rozumie tá cesta vzduchu, ktorá neprechádza motorom (a teda sa neohrieva), ale ide „studenou“ cestou okolo samotného turbínového motora.
Keď porovnáme veľkosť ťahu, rýchlosť vystupujúceho vzduchu a efektivitu motora s nízkym a vysokým obtokom, tak zistíme, že:
- „teplý“ vzduch, prechádzajúci motorom, nemá príliš veľký ťah, ale má potenciál rýchlosti. Jeho efektivita (pre dopravné lietadlá) nie je príliš vysoká.
- „studený“ vzduch, obchádzajúci motor, má slušný ťah, ale nedáva lietadlu možnosť dosiahnutia vyšších rýchlostí. Jeho efektivita je veľmi dobrá.
TurboFan s veľkým obtokom veľkého dopravného lietadla: priemer turbínového motora je naozaj oveľa menší ako priemer obrovského dúchadla.
Hoci rýchlosť prepravy dopravnými lietadlami je stále dôležitá, tak v dnešnej dobe nad ňou víťazí efektivita dopravy. Teda cena paliva na jednotku vzdialenosti.
Niet preto divu, že prakticky všetky súčasné dopravné lietadlá majú motory TurboFan s fakt veľkým obtokom: Hi Bypass. Vo svetle toho teda niet divu, že dnešné lietadlá nie sú rýchlejšie (niektoré sú dokonca pomalšie), ako dopravné lietadlá pred 30. či 50. rokmi.
Aké sú pomery medzi prúdovými motormi najlepšie ukazuje nasledovný graf:
V úvode sme si ale sľúbili, že si ukážeme podobnosť pohonov TurboJet, TurboProp a TurboFan s modelárskymi pohonmi.
Pominieme vrtuľový pohon, či už so spaľovacím motorom alebo motorom elektrickým.
Pohon typu TurboJet (modelárska spaľovacia turbína) sa v modelárstve stáva pomerne bežným a myslím, že každý z nás už niečo také videl na vlastné oči. Môže nás teda tešiť, že za skutočnými lietadlami tu (my modelári) nijako nezaostávame.
Kombinácia TurboProp je v modelárstve pomerne vzácna a zriedkavá a jediná o ktorej viem, je v pohone väčších modelov vrtuľníkov, kde modelárska turbína po sprevodovaní do-pomala poháňa hlavný aj vyrovnávací rotor. Ostatne tak to majú aj súčasné „dospelé“ vrtuľníky, či tie záchranárske či iné.
O kombinácii TurboProp na pohon vrtule modelu plošníka som niekde čítal, ale na vlastné oči som to nevidel. Takže v tejto oblasti sme za skutočnými lietadlami, ako sa hovorí, 50 rokov za opicami. Ale nevadí, lebo elektrický pohon vrtule je oveľa lepší ako pohon piestovým či turbínovým motorom. Neviem, čo by nám mohlo priniesť takú zmenu k lepšiemu, ako prechod od piestových motorov k pohonu TurboProp u skutočných lietadiel.
Najzaujímavejšie je to však u tých „Fan-ov“.
Neviem o tom, či existuje modelársky TurboFan. Ale vieme, že existuje EDF – Electric Ducted Fan.
Keď si znovu pozorne pozriete posledný obrázok, tak nemôžete zaprieť úžasnú podobu s mnoholopatkovými elektrickými dúchadlami - EDF.
TurboFan a EDF sú ako bratranci: u jedného aj druhého je rozhodujúci ťah, ktorý vyvodzuje „studený“ vzduch, obtekajúci motor. Nevadí, že jeden motor je turbínový a druhý elektrický.
Obidva tieto pohony sú vhodné skôr na tie rýchlejšie lietadlá/modely, nie však na tie najrýchlejšie. Tam dominuje TurboJet/modelárska turbína.
Takže si my modelári môžeme FANdiť, že v oblasti TurboFan/EDF držíme krok so skutočnými lietadlami.
<Staršie | tento článok | Novšie>
Napísané: 22. 7. 2021, 08:45 | Prečítané: 5479x | Kategórie: Pohony | Napísal: admin |
Komentáre: 0
Zatial tu nieje žiaden príspevok, môžeš začať ty:-)
Pridaj komentár
- Pre odoslanie správy môžete aj použiť klávesovoú skratku Alt+S. (Podporujú len niektoré prehliadače)
- HTML znaky budú prevedené na entity.
- Vyjadrujte sa tu ako doma, aby sme vedeli ako to u Vás vypadá.
- Odkazy začínajúce http:// budú automaticky prevedené na odkazy , nepoužívajte však v jednom príspevku viac ako 3 - to robia len spam roboti:-)