Proudový motor je typ reakčního motoru vypouštějícího rychle se pohybující proud, který generuje tah tryskovým pohonem. Zatímco tato široká definice může zahrnovat raketový, vodní tryskový a hybridní pohon, termín proudový motor obvykle odkazuje na proudový motor s vnitřním spalováním, jako je proudový motor, turbodmychadlo, náporový proud nebo pulzní proudový motor. Obecně jsou proudové motory motory s vnitřním spalováním.
Proudové motory s dýcháním vzduchu jsou obvykle vybaveny rotačním vzduchovým kompresorem poháněným turbínou, přičemž zbylá energie zajišťuje tah přes hnací trysku. Tento proces je známý jako Braytonův termodynamický cyklus.
Proudové letouny používají takové motory pro cestování na dlouhé vzdálenosti. Raná proudová letadla používala proudové motory, které byly pro podzvukový let relativně neefektivní. Většina moderních podzvukových proudových letadel používá složitější turboventilátorové motory s vysokým obtokem.
Poskytují vyšší rychlost a vyšší palivovou účinnost než pístové a vrtulové letecké motory na dlouhé vzdálenosti. Několik motorů s dýcháním vzduchu určených pro vysokorychlostní aplikace (náporové a scramjetové motory) využívá místo mechanického kompresoru náporový efekt rychlosti vozidla.
Proudové motory posouvají letoun vpřed velkou silou, kterou vytváří ohromný tah a způsobuje, že letadlo letí velmi rychle.
Všechny proudové motory, kterým se také říká plynové turbíny, pracují na stejném principu. Motor nasává vzduch vpředu ventilátorem. Kompresor zvyšuje tlak vzduchu. Kompresor je vyroben s mnoha lopatkami připojenými k hřídeli.
Lopatky se točí vysokou rychlostí a stlačují nebo mačkají vzduch. Stlačený vzduch je následně rozprášen palivem a elektrická jiskra zapálí směs. Hořící plyny expandují a tryskají ven skrz trysku v zadní části motoru.
Jak proudy plynu vystřelují dozadu, motor a letadlo jsou tlačeny dopředu. Jak horký vzduch jde k trysce, prochází další skupinou lopatek zvanou turbína. Turbína je připevněna ke stejné hřídeli jako kompresor. Roztočení turbíny způsobí roztočení kompresoru.
Obrázek níže ukazuje, jak vzduch proudí motorem. Vzduch prochází jádrem motoru i kolem jádra. To způsobuje, že část vzduchu je velmi horká a část je chladnější. Chladnější vzduch se pak mísí s horkým vzduchem na výstupu z motoru.
Tah je dopředná síla, která tlačí motor a tím i letoun vpřed. Sir Isaac Newton objevil, že „na každou akci existuje stejná a opačná reakce“. Tento princip využívá motor.
Motor nasává velké množství vzduchu. Vzduch se ohřívá a stlačuje a zpomaluje. Vzduch je hnán mnoha rotujícími lopatkami. Smícháním tohoto vzduchu s leteckým palivem může teplota vzduchu dosáhnout až tří tisíc stupňů.
Síla vzduchu se využívá k otáčení turbíny. Nakonec, když vzduch odejde, tlačí se dozadu z motoru. To způsobí, že se letadlo posune vpřed.
Ventilátor je první součástí turboventilátoru. Velký rotující ventilátor nasává velké množství vzduchu. Většina lopatek ventilátoru je vyrobena z titanu. Následně tento vzduch zrychlí a rozdělí na dvě části. Jedna část pokračuje „jádrem“ neboli středem motoru, kde na ni působí ostatní součásti motoru.
Druhá část „obchází“ jádro motoru. Prochází kanálem, který obklopuje jádro, do zadní části motoru, kde produkuje velkou část síly, která pohání letoun vpřed. Tento chladnější vzduch pomáhá ztišit motor a také zvyšuje tah motoru.
Kompresor je první součástí v jádru motoru. Kompresor se skládá z ventilátorů s mnoha lopatkami a je připevněn k hřídeli. Kompresor stlačuje vzduch, který do něj vstupuje, do postupně menších oblastí, což má za následek zvýšení tlaku vzduchu.
To má za následek zvýšení energetického potenciálu vzduchu. Vymačkaný vzduch je vytlačován do spalovací komory.
Ve spalovací komoře se vzduch mísí s palivem a následně se zapálí. Existuje až 20 trysek pro rozstřikování paliva do proudu vzduchu. Směs vzduchu a paliva se vznítí. To zajišťuje proudění vzduchu s vysokou teplotou a energií.
Palivo hoří spolu s kyslíkem ve stlačeném vzduchu a vytváří horké expandující plyny. Vnitřek spalovací komory je často vyroben z keramických materiálů, které poskytují tepelně odolnou komoru. Teplo může dosáhnout 2700°.
Vysokoenergetický proud vzduchu vycházející ze spalovací komory jde do turbíny a způsobuje rotaci lopatek turbíny. Turbíny jsou propojeny hřídelí pro otáčení lopatek v kompresoru a pro otáčení sacího ventilátoru vpředu.
Tato rotace odebírá určitou energii z vysokoenergetického toku, který se používá k pohonu ventilátoru a kompresoru. Plyny produkované ve spalovací komoře se pohybují turbínou a roztáčí její lopatky. Turbíny proudového letadla se tisíckrát roztočí. Jsou upevněny na hřídelích, které mají mezi sebou několik sad kuličkových ložisek.
Tryska je výfukový kanál motoru. Toto je část motoru, která ve skutečnosti vytváří tah letadla. Energeticky vyčerpaný proud vzduchu, který procházel turbínou, kromě chladnějšího vzduchu, který obcházel jádro motoru, vytváří při výstupu z trysky sílu, která pohání motor, a tedy i letadlo, dopředu.
Kombinace horkého a studeného vzduchu je vypuzována a vytváří výfuk, který způsobuje tah vpřed. Trysku může předcházet směšovač, který kombinuje vzduch o vysoké teplotě přicházející z jádra motoru se vzduchem o nižší teplotě, který byl obtokem ventilátoru. Směšovač pomáhá ztišit motor.
5 hlavních typů leteckých proudových motorů
Základní myšlenka proudového motoru je jednoduchá. Vzduch nasávaný z otvoru v přední části motoru je v kompresoru stlačen na 3 až 12násobek původního tlaku. Palivo se přidává do vzduchu a spaluje se ve spalovací komoře, aby se zvýšila teplota tekuté směsi z přibližně 1100 °F na 1300 °F. Výsledný horký vzduch prochází turbínou, která pohání kompresor.
Pokud jsou turbína a kompresor účinné, tlak na výstupu z turbíny se bude blížit dvojnásobku atmosférického tlaku a tento přetlak je poslán do trysky, aby vytvořil vysokorychlostní proud plynu, který vytváří tah. Podstatného zvýšení tahu lze dosáhnout použitím přídavného spalování.
Jedná se o druhou spalovací komoru umístěnou za turbínou a před tryskou. Přídavné spalování zvyšuje teplotu plynu před tryskou. Výsledkem tohoto zvýšení teploty je zvýšení asi o 40 procent tahu při startu a mnohem větší procento při vysokých rychlostech, jakmile je letadlo ve vzduchu.
Proudový motor je reakční motor. V reakčním motoru expandující plyny silně tlačí na přední část motoru. Turbojet nasává vzduch a stlačuje ho nebo mačká. Plyny proudí turbínou a roztáčí ji. Tyto plyny se odrážejí a vystřelují ze zadní části výfuku a tlačí letadlo dopředu.
Turbovrtulový motor je proudový motor připojený k vrtuli. Turbína vzadu je roztáčena horkými plyny a ta se mění na hřídel, která pohání vrtuli. Některá malá dopravní letadla a dopravní letadla jsou poháněna turbovrtulovými motory.
Stejně jako proudový motor se i turbovrtulový motor skládá z kompresoru, spalovací komory a turbíny, přičemž tlak vzduchu a plynu se používá k pohonu turbíny, která pak vytváří energii pro pohon kompresoru.
V porovnání s proudovým motorem má turbovrtulový motor lepší účinnost pohonu při letových rychlostech nižších než 500 mil za hodinu. Moderní turbovrtulové motory jsou vybaveny vrtulemi, které mají menší průměr, ale větší počet lopatek pro efektivní provoz při mnohem vyšších rychlostech letu.
Aby se vyhovělo vyšším letovým rychlostem, mají lopatky tvar šavle se zahnutými náběhovými hranami na špičkách lopatek. Motory s takovými vrtulemi se nazývají propfans.
Turboventilátorový motor má vpředu velký ventilátor, který nasává vzduch. Většina vzduchu proudí kolem vnější části motoru, díky čemuž je tišší a dává větší tah při nízkých otáčkách. Většina dnešních dopravních letadel je poháněna turboventilátory.
U proudového motoru veškerý vzduch vstupující do sání prochází generátorem plynu, který se skládá z kompresoru, spalovací komory a turbíny. U turboventilátorového motoru jde do spalovací komory pouze část přiváděného vzduchu.
Zbytek prochází ventilátorem nebo nízkotlakým kompresorem a je vypouštěn přímo jako „studený“ proud nebo se smísí s výfukem plynového generátoru za vzniku „horkého“ proudu. Cílem tohoto druhu obtokového systému je zvýšit tah bez zvýšení spotřeby paliva.
Dosahuje toho zvýšením celkového průtoku vzduchu a snížením rychlosti v rámci stejné celkové dodávky energie.
Toto je další forma motoru s plynovou turbínou, která funguje podobně jako turbovrtulový systém. Nepohání vrtuli. Místo toho poskytuje energii pro rotor vrtulníku. Turbohřídelový motor je navržen tak, aby rychlost rotoru vrtulníku byla nezávislá na rychlosti otáčení plynového generátoru.
To umožňuje udržovat konstantní rychlost rotoru, i když se rychlost generátoru mění tak, aby modulovalo množství vyrobené energie.
Nejjednodušší proudový motor nemá žádné pohyblivé části. Rychlost trysky „naráží“ nebo tlačí vzduch do motoru. Je to v podstatě proudový motor, u kterého bylo vynecháno rotační zařízení. Jeho použití je omezeno skutečností, že jeho kompresní poměr závisí zcela na rychlosti předávání.
Nápor nevyvíjí žádný statický tah a obecně velmi malý tah pod rychlostí zvuku. V důsledku toho náporové vozidlo vyžaduje nějakou formu asistovaného vzletu, jako je jiné letadlo. Používá se především v systémech řízených střel. Vesmírná vozidla používají tento typ tryskáčů.
