historie proudových motorů

PROUDOVÉ
MOTORY
Ing. Roman Gášpár
HISTORIE PROUDOVÝCH
MOTORŮ
Už v roku 120 pred naším letopočtom egyptský
matematik a filozof HERON ALEXANDRIJSKÝ
vo svojej knihe „Pneumatica“ popísal
zariadenie, ktoré nazval Aeolipile, ktoré sa
otáčalo na princípe reakcie vystupujúcich plynov
z rotujúcej gule. Tento reaktívny stroj, nazvaný
„HERONOVA GUĽA“, ktorý na princípe
reakčnej plynovej turbíny premieňal tepelnú a
tlakovú energiu na energiu mechanickú
pozostával z kotla, v ktorom sa zohrievala voda
a premieňala na páru.
HISTORIE PROUDOVÝCH
MOTORŮ
Heronova koule
HISTORIE PROUDOVÝCH
MOTORŮ
Čínske rakety na tuhé palivo
HISTORIE PROUDOVÝCH
MOTORŮ
Obr. 3 Parná turbína na pohon vŕtacieho zariadenia
HISTORIE PROUDOVÝCH
MOTORŮ
Parná plynová turbína italského Giovaniho Branca
HISTORIE PROUDOVÝCH
MOTORŮ
Dr. Hans Pabst von Ohain
HISTORIE PROUDOVÝCH
MOTORŮ
Projekt prvního německého leteckého turbokompresorového
motoru firmy Heinkel „HeS-3B“
HISTORIE PROUDOVÝCH
MOTORŮ
Projekt prvního německého leteckého turbokompresorového
motoru firmy Heinkel „HeS-3B
HISTORIE PROUDOVÝCH
MOTORŮ
• 27. srpna 1939 úspěšné vzlétlo první
proudové letadlo He-178 poháněné
proudovým motorem HeS-3B, který byl
zkonstruován německým konstruktérem
leteckých motorů Hansom von Ohainom.
HISTORIE PROUDOVÝCH
MOTORŮ
První proudové letadlo He-178
HISTORIE PROUDOVÝCH
MOTORŮ
První proudové letadlo He-178
HISTORIE PROUDOVÝCH
MOTORŮ
Řez prvního sériovo vyráběného německého JUMO-004
HISTORIE PROUDOVÝCH
MOTORŮ
Německé stíhací letadlo Me-262
HISTORIE PROUDOVÝCH
MOTORŮ
Sir Frank Whittle
HISTORIE PROUDOVÝCH
MOTORŮ
• Frank Whitley jako první ve světe v roku 1935
patentoval princip leteckého
turbokompresorového motoru.
• Jeho první navrhnutý letecký
turbokompresorový motor W.1X byl prvýkrát
spuštěn 14. prosince 1940.
• 15. 5.1941 motor W.1 s tahem 3,8 kN
poháněl letadlo E.28/39, které se v Granwell
o 19 hod. 40 min. vzneslo a absolvovalo 7
minutový let.
• Letadlo dosáhlo rychlost 545 km/h.
HISTORIE PROUDOVÝCH
MOTORŮ
První anglický proudový motor F. Whittleho W-1
HISTORIE PROUDOVÝCH
MOTORŮ
Schéma motora W-1
PRINCIP PROUDOVÉHO MOTORU
PRINCIP PROUDOVÉHO MOTORU
• Spaľovaním paliva sa uvoľňuje teplo Q, čím
sa zvyšuje teplota plynu z teploty „T1“ na
teplotu „T2“, zväčšuje sa objem plynu z „V1“
na „V2“ a zvyšuje sa rýchlosť prúdenia plynu z
„c1“ na „c2“.
m1 = m2 [kg.s-1];
T2  T1 [K];
V2  V1 [m3];
c2  c1 [m.s-1].
PRINCIP PROUDOVÉHO MOTORU
• Privedené teplo „Q“ sa premieňa na:
• mechanickú prácu v plynovej turbíne
motora WT;
• kinetickú energiu vystupujúceho plynu EK.
U leteckých motorov s priamou reakciou sa
urýchľuje relatívne malá hmotnosť plynu (1
až 200 kg.s-1) na veľkú rýchlosť
vystupujúceho plynu c2 = 500 až 900 m.s-1.
Tento typ leteckého motora je vhodný pre
vysoké rýchlosti letu.
TYPICKÉ ŘEZY
0–
neovplyvnená oblasť atmosféry pred JpLTKM,
0 – 1 vstup do JpLTKM,
1 – 2 kompresor JpLTKM,
2 – 3 hlavné spaľovacia komora JpLTKM,
3 – 4 plynová turbína JpLTKM,
4 – 5 výstupná sústava JpLTKM,
6 – neovplyvnená oblasť atmosféry za JpLTKM.
TEPELNÝ OBĚH
Ideálny tepelný obeh
PRINCIP ČINNOSTI
• Pri činnosti JpLTKM na zemi vstupuje vzduch
do kompresora cez vstupné ústrojenstvo
účinkom podtlaku, ktorý vzniká jeho činnosťou.
• Privedený vzduch sa v kompresore stlačuje
pričom sa zvyšuje jeho tlak a teplota
a zmenšuje sa jeho objem.
VSTUPNÉ ÚSTROJÍ
• Účel:
Vstupná sústava leteckých lopatkových motorov
(LLM) zabezpečuje prívod potrebného množstva
vzduchu do motora a premenu kinetickej energie
vzduchu vstupujúceho do kompresora na tlakovú
(potenciálnu) energiu, čo umožňuje dosiahnuť
maximálny efektívny ťah pohonnej jednotky pri
zachovaní jej stabilnej a spoľahlivej práce.
VSTUPNÉ ÚSTROJÍ
Podzvukové vstupné ústrojenstvo LTKM pri M=0
KOMPRESOR
• Účel kompresorov
Kompresor je zariadenie, ktoré zabezpečuje
stlačovanie vzduchu a jeho dodávku v
požadovanom množstve do spaľovacej
komory leteckého turbokompresorového
motora (LTKM) pre zabezpečenie
kontinuálneho procesu spaľovania paliva.
ROZDELENÍ KOMPRESORŮ
• Podľa smeru vstupu vzduchu:
- Osový (axiálny);
- Radiálny (odstredivý) - jednostranný;
- obojstranný;
- Diagonálny.
- Podľa počtu stupňov:
- Jednostupňové;
- Dvojstupňové;
- Viacstupňové.
RADIÁLNY KOMPRESOR
Rez odstredivého kompresora
PARAMETRE ODSTREDIVÝCH
KOMPRESORŮ
Typické rezy odstredivého kompresora
PARAMETRE ODSTREDIVÝCH
KOMPRESORŮ
Priebeh zmeny parametrov vzduchu v odstredivom kompresore
OSOVÝ KOMPRESOR
Osový (axiálny) kompresor LTKM
OSOVÝ KOMPRESOR
Zmena parametrov prúdu vzduchu v osovom kompresore
OSOVÝ KOMPRESOR
Rez osemstupňového dvojrotorového osového (axiálneho)
kompresora LTKM (R-13F-300)
CHARAKTERISTIKA KOMPRESORA
Tvar univerzálnej charakteristiky kompresora
PRINCIP ČINNOSTI
• Stlačený vzduch vstupuje do hlavnej
spaľovacej komory (HSK) kde sa zmiešava
s rozstrekovaným palivom a vytvára zmes
paliva a vzduchu, ktorá sa pri spúšťaní
motora zapaľuje zapaľovačmi a kontinuálne
horí pri takmer konštantnom tlaku.
• V dôsledku spaľovacieho procesu v HSK
prudko narastá teplota plynu a jeho entalpia.
SPALOVACÍ KOMORA
Účel:
• Hlavná spaľovacia komora (HSK)
zabezpečuje vytvorenie palivo-vzduchovej
zmesi a jej kontinuálne spaľovanie počas
všetkých režimov činnosti motora a letu
lietadla.
• Je to miesto prívodu energie do motora.
SPALOVACÍ PROCES
Princíp činnosti spaľovacej komory LTKM
SPALOVACÍ PROCES
Princíp činnosti spaľovacej komory LTKM
KONSTRUKCE
Časti rúrkovej hlavnej spaľovacej komory
SPALOVACÍ PROCES
Priebeh parametrov plynu pri prietoku v hlavnej spaľovacej
komore
SPALOVACÍ PROCES
Priebeh tepôt v plamenci v infračervenom spektre
SPALOVACÍ PROCES
Charakter prúdenia v prstencovej spaľovacej komore
PRINCIP ČINNOSTI
• Plyn s vysokou teplotou a tlakom prechodom
cez usmerňovacie a rotorové lopatky
expanduje pričom dochádza k premene
tepelnej a tlakovej energie na kinetickú
energiu a na mechanickú prácu v rotore
plynovej turbíny, ktorá je spojená s rotorom
kompresora a zabezpečuje jeho pohon.
PLYNOVÁ TURBÍNA
• Plynová turbína je tepelný stroj, v ktorom
dochádza k premene tepelnej a tlakovej
energie plynu na kinetickú energiu
a mechanickú prácu s veľmi vysokou
účinnosťou.
• K premene energie dochádza v kanáloch,
ktoré vytvárajú nepohyblivé lopatky a rotujúce
lopatky.
PRINCIP ČINNOSTI
Stupeň akčnej a reakčnej plynovej turbíny
STUPEŇ PLYNOVEJ TURBÍNY
Vľavo akčná, vpravo reakčná turbína v T-s diagrame
PLYNOVÉ TURBINY
Dvojstupňová plynová turbína motora R - 29 - 300 a motora R 11F - 300
PLYNOVÉ TURBINY
Schéma dvojstupňovej plynovej turbíny LTKM
CHLAZENÍ PLYNOVÉ TURBÍNY
Tepelné a mechanické namáhanie lopatky
CHLAZENÍ PLYNOVÉ TURBÍNY
Tepelne poškodená rotorová lopatka plynovej turbíny
CHLAZENÍ PLYNOVÉ TURBÍNY
Prúdenie chladiaceho vzduchu v stupni plynovej turbíny LTKM
CHLAZENÍ PLYNOVÉ TURBÍNY
Vývoj chladiacich rotorových lopatiek plynových turbín LTKM
CHLAZENÍ PLYNOVÉ TURBÍNY
Chladenie plynovej turbíny LTKM
VÝSTUPNÉ ÚSTROJÍ
-
Výstupná sústava LTKM zabezpečuje:
odvod plynov z motora do atmosféry,
premenu tepelnej a tlakovej energie plynu na
kinetickú energiu plynu,
usmernenie výstupných plynov do
požadovaného smeru,
reguláciu tlakových pomerov na plynovej
turbíne.
VÝSTUPNÉ ÚSTROJÍ
Priebeh zmeny parametrov u výstupného ústrojenstva s podzvukovou
dýzou
VÝSTUPNÉ ÚSTROJÍ
Testovanie hranatej nadzvukovej výstupnej dýzy LTKM
REVERZACE TAHU
Reverzačné zariadenie za výstupnou dýzou LTKM motora Pratt &
Whitney TF-33 lietadla C-141 Starlifter
REVERZACE TAHU
Reverzačné zariadenie za výstupnou dýzou LTKM pri pristáti
lietadla
OTÁZKY A
DISKUZE