Rozdiel medzi pohonom dúchadlom a spaľovacou turbínou
V jednej časti série "Čo robiť, aby bol model rýchly" je uvedené, že modely poháňané EDF-kami nemôžu v rýchlosti konkurovať modelom so spaľovacími turbínami.
Prečo je to tak? Veď obidve pracujú na podobnom princípe: vstupným kanálom vzduch vchádza a výstupným kanálom zase vychádza.
Ale je tu niekoľko zásadných ALE.
autor: Janko O.
To, že vstupným kanálom vzduch vchádza a výstupným kanálom zase vychádza, je asi jediná podobnosť týchto inak absolútne rozdielnych pohonných systémov. Aké sú teda principiálne rozdiely medzi nimi?
Dúchadlové pohony (schválne nepíšeme, že elektrické, pretože existujú aj dúchadlá poháňané spaľovacími motormi) nasávajú vzduch studený a studený ho aj vyfukujú. Objem vstupujúceho vzduchu sa príliš nelíši od objemu vystupujúceho vzduchu, pretože množstvo (hmotnosť) prechádzajúceho vzduchu sa zmeniť nemôže a teplota sa tiež nezmenila, len sa mierne zmenil tlak.
Pred nasávacím otvorom a v ňom je podtlak, za výstupným otvorom a v ňom je pretlak. Na dúchadlovú pohonnú jednotku tak pôsobia dve sily: vstupný otvor je vťahovaný do priestoru s podtlakom, výstupný otvor je odtláčaný preč od priestoru s pretlakom. Našťastie obidve tieto sily pôsobia rovnakým smerom, takže sa navzájom sčítajú. Ale energiu na pohyb vzduchu a vznik podtlaku a pretlaku v dúchadle musí dodať (elektro)motor.
V turbínových pohonoch je situácia odlišná. Objem vchádzajúceho vzduchu je diametrálne odlišný od objemu vychádzajúceho vzduchu.
Navyše sa už nedá úplne hovoriť o vychádzajúcom vzduchu. Výstižnejšie by bolo povedať: objem vychádzajúcich plynov, pretože okrem ohriateho vzduchu sa tu nachádzajú aj spaliny. Ale aj keby sme zanedbali objem vzniknutých spalín, isto nemôžeme zanedbať zmenený objem ohriateho vzduchu. Ten sa totiž vplyvom horiaceho paliva ohrial natoľko, že svoj objem zvýšil aj viac ako šesťnásobne.
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 %. Zdrojom energie na pohyb vzduchu v takomto pohone nie je žiadny (elektro)motor, ale horiace palivo, ktoré spôsobilo ohriatie vzduchu (a spalín) a tým jeho niekoľkonásobný nárast objemu.
Čím sú teda turbíny také "úžasné" a prečo môžu dodať modelu oveľa väčšiu rýchlosť ako (elektro)dúchadlové pohony (EDF)?
Predpokladajme, že máme dve pohonné jednotky, dúchadlovú a turbínovú, ktoré nasávajú rovnaký objem vstupujúceho vzduchu. Zatiaľ čo pri dúchadlovom pohone bude objem vystupujúceho vzduchu nie príliš odlišný od objemu vstupujúceho vzduchu, tak pri turbínovom pohone bude objem vystupujúcich plynov niekoľkonásobne väčší. 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.
Vďaka tomu, v nezmenenom priestore, muselo toto nezmenené množstvo vzduchu významne zvýšiť svoj tlak. A vďaka tomu, pri nezmenenom priereze výstupného kanála, muselo toto nezmenené množstvo vzduchu s významne zvýšeným tlakom významne zvýšiť svoju výtokovú rýchlosť.
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 pri našom predpokladanom EDF-ku aj predpokladanej turbíne rovnaká, ale rýchlosť vychádzajúcich plynov je pri turbínovom pohone niekoľkonásobne vyššia. Preto aj ťah je vyšší. Ale nie len to, aj maximálna dosiahnuteľná rýchlosť poháňaného modelu bude vyššia, pretože fyzikálne zákony hovoria:
- ak vrtuľový pohon urýchli prúd vzduchu napr. na
- ak dúchadlový pohon urýchli prúd vzduchu napr. na
A obdobná analógia platí pre turbínový pohon, takže ním poháňaný model môže letieť rýchlejšie ako model dúchadlový.
Názorné videá:
Google Keywords Search:
turbina, dmychadlo, vycházející plyny, hořící palivo, forsage, afterburner, overburner, ohřátí vzduchu, nárúst objemu, tah, maximální dosažitelná rychlost, nulový tah vrtule, vrtulový pohon, urychlení proudu vzduchu,