TURBÍNOVÉ Proudové Motory

Základní principy stavby a užití

v České republice

Motory Walter M05, M701a M602

1

Obsah

Strana

1. Předmluva 3

2. Některé základní technické informace 4

3. Kompresory a turbíny 7

4. Historie výroby proudových motorů v České republice 9

4.1 Motory JUMO 004 a BMW 003 9

4.2 Motor M05 pro letadla MiG-15 9

4.3 Motor Walter M701 pro letadla L-29 10

4.4 Motory AI-25 a DV2 pro letadla L-39 a L-59 11

4.5 Motor Walter M601 pro letadla L-410 12

4.6 Motor Walter M602 pro letadla L-610M 13

5. Dovezené motory vojenských letadel a vrtulníků 15

5.1 Motor Honeywell F124 GA-100 pro letadla L159 15

5.2 Motory pro bojová letadla MiG, Su a JAS 39 Gripen 15

5.3 Motor TV3-117 pro vrtulníky Mi 24V 17

5.4 Motor PW-127G pro letadla CASA C-295M 17

6. Současný stav nabídky proudových motorů v České republice 19

6.1 Motor GE H80 pro malá dopravní letadla 19

6.2 Motor TJ 100 pro kluzáky a experimentální letadla 20

6.3 Informace o významné spolupráci a kooperaci v ČR 21

7. Některé doplňující informace ze světa 22

Následující text je určen především pro zájemce z okruhu málo informované veřejnosti. Mohou

v něm najít odpověď alespoň na některé otázky, které si souvislosti s tímto technicky velmi složitým

oborem sami pokládají. Pro více informované zájemce mohou být užitečné některé konkrétní informace

nebo data o motorech a letadlech z historie nebo současnosti. Uváděné typy letadel i motorů mají více

verzí, které byly vyvinuty k různým účelům nebo jako technické zlepšení. V této základní informaci

nejsou uváděny.

Všechny informace a data byly převzaty z veřejně dostupných zdrojů a firemních materiálů. Použity

byly jen základní údaje a informace, případné zájemce o podrobnější informace odkazujeme na uvedené

zdroje. U výrobců i u provozovaných zařízení dochází často ke změnám. Čas někdy přináší nové

informace i o tom, co bylo pokládáno za historicky ověřené. Správnost a přesnost uváděných informací

byla ověřována porovnáním s několika různými zdroji, ale ani to nezaručuje, že mohlo dojít k nějaké

nepřesnosti, která by ale neměla být významná.

Zdeněk Sedláček

Září 2013

2

1. Předmluva

S humornou nadsázkou lze motorové letadlo přirovnat k jakémusi manželství mezi motorem a

drakem. Požadavek na vzájemnou harmonii je obdobný a také se vždy nevydaří. Soužití je ale

neoddělitelné, protože jedno bez druhého létat nemůže. Motor vlastně stále v letadle nějak překáží,

rámusí a těch škodlivých zplodin! A vysoká spotřeba! Svými sexy ladnými křivkami proto sklízí obdiv

jen letadlo a motor zůstává diskrétně zakrytý. Upřímně řečeno – ono na něm ke koukání také moc není.

Samozřejmě ale jen pro laickou veřejnost, odborníkům a pamětníkům se může líbit, a někdy mohou i

žasnout.

Je obecně známo, že letadlo létá, protože má křídla. Obtékáním vzduchu kolem aerodynamicky

zkonstruovaného profilu křídel vzniká potřebná síla pro stoupání i let, nazývaná vztlak. Ovšem jen za

podmínky, že letadlo má alespoň minimální stanovenou letovou rychlost, kterou mu musí dodat motor.

Až do konce druhé světové války byla motorová letadla poháněna vrtulí a pístovými motory. Ve snaze

získat výhodu vyšší rychlosti u bojových stíhacích letadel byly na jejím konci uvedeny do operačního

provozu první turbínové proudové motory nejdříve v Německu, vzápětí i u ostatních mocností.

Převládajícím typem motorů současných vojenských a velkých dopravních letadel jsou turbínové

proudové motory, které využívají sílu vzniklou plynulým spalováním směsi paliva (letecký petrolej –

kerosin) a stlačeného vzduchu. Výkon vytvořený proudovým motorem je závislý na množství a

rychlosti protékajících plynů. K potřebnému stlačení vzduchu

je nutný lopatkový kompresor. K jeho pohonu je nutná

lopatková turbína poháněná vystupujícími horkými plyny.

Vysoká teplota a rychlost vystupujících spálených plynů sice

může vyvozovat vysoký výkon motoru, ale za cenu vysoké

spotřeby paliva a tudíž nízké efektivnosti. K jejímu zlepšení

byla postupným technickým vývojem nalezena řada

konstrukčních řešení. Podle rozdílných požadavků na provoz

různých typů letadel (velikost, dopravní, vojenská atp.) jsou

nejčastěji používány následující konstrukční typy turbínových

proudových motorů:

turbokompresorové (tzv. jednoproudové, angl. Turbojet)

turbohřídelové (pro vrtulníky, angl. Turboshaft)

turbovrtulové (pro vrtulová letadla, angl. Turboprop)

turbodmychadlové (tzv. dvouproudové, angl. Turbofan) Typ propfan, (anglický termín, nemá český název,

přeloženo snad jako „vrtulový, nebo lopatkový ventilátor“), je

spíš ve vývoji a zkouškách, jejichž výsledky snad ukáží

reálnost nadějí na další úspory paliva a uplatnění.

Pro uživatele turbínových proudových motorů je důležitá

jejich přijatelná cena, relativně nízká spotřeba paliva, nízká

váha, minimální údržba a vysoká spolehlivost i životnost.

Spolehlivý provoz letadel je nutné zajistit v rozdílných

výškách a teplotách i klimatických podmínkách.

Motor je součástí letadla a má i další funkce nezbytné pro

jeho provoz, jako např. zdroj elektrické energie, pohon

hydrauliky, zdroj stlačeného vzduchu, startér atp. Požadavky

na něj kladené jsou často protichůdné, a proto je možné je

řešit jen technickým kompromisem.

Parametry a správnou funkci motorů je nutné ověřit řadou zkoušek, jejichž dobré výsledky jsou

podmínkou pro vydání certifikátů od příslušných úřadů v jednotlivých státech prodeje, bez nichž je není

možné používat.

3

2. Některé základní technické informace

Proudový motor je tepelný motor, ve kterém pracovní cyklus nasátí, stlačení, hoření a výfuk probíhá

kontinuálně. Síla tlačící motor kupředu je reakcí na sílu vznikající rychlým vycházením spálených plynů

z výstupní trysky motoru. Její velikost je daná množstvím proteklého vzduchu a rozdílem jeho rychlosti

na vstupu a na výstupu. Do motoru vstupující vzduch je stlačen lopatkovým axiálním nebo radiálním

kompresorem, do spalovací komory (jedna prstencová nebo několik trubkových) je vstřikováno palivo a

směs zapálena. Horké spaliny zvýší svůj objem i teplotu a přes pevné usměrňující rozváděcí lopatky

expandují lopatkovou turbínou do výstupní trysky. Turbína se roztočí na společném hřídeli

s kompresorem, a část energie spálených plynů tak ubere na jeho pohon. Ve výstupní trysce je zbývající

tlaková a tepelná energie převedena na kinetickou, spaliny expandují na tlak okolní atmosféry a

reaktivně vyvozují dopředný tah.

Konstrukční a termodynamické hranice získání vysokého výkonu motoru jsou dány zejména

možností vysokého celkového stlačení vzduchu vícestupňovým kompresorem na vstupu do spalovacích

komor, a dále maximálně možnou teplotou plynů před turbínou. K využití potřebné vysoké teploty

plynů, kde může být teplota přes 1300°C, jsou nutné zejména velmi odolné žáruvzdorné materiály a

systém chlazení lopatek turbíny. Pro chod motoru bez vibrací je velmi důležité dynamické vyvážení

celého rotoru, jehož otáčky za provozu mohou být např. až kolem 30000 ot/min.

Konstrukce kompresoru může být buď axiální (vzduch postupuje shodným směrem s osou otáčení,

česky tedy osový) nebo radiální (odstředivý), ve kterém vzduch postupuje kolmo na osu otáčení. Axiální

kompresory jsou mnohastupňové, tedy složitější, ale umožňují dosáhnout většího stlačení vzduchu.

Radiální kompresory sice v jednom stupni mohou dosáhnout přijatelné stlačení vzduchu pro chod

motoru, to ale většinou nestačí pro požadovaný výkon (tah), a je nutné použít ještě další stupeň.

Proudový motor je možné nastartovat, tj. roztočit kompresor, jedině pomocí vnějšího zdroje energie. Na

zemi je to řešitelné dobře, ale zejména pro požadavek možnosti startu po zhasnutí motoru ve vzduchu se

často jedná o složitá zařízení.

V současné době se pro označení tahu motorů místo původních kg nebo kp používá jednotka

Newton, nejčastěji jako tisícinásobek s označením kilonewton (1kN = 101,9716 kp). Pro dobrý poměr

váhy a výkonu byly vyvinuty i proudové motory pro pohon letadel vrtulí (s nižší rychlostí letu =

turbovrtulové, angl. Turboprop) a listů rotoru vrtulníků (turbohřídelové, angl. Turboshaft). U těchto

motorů se výkon na hřídeli udává v kW.

Turbokompresorové (také jednoproudové, angl. Turbojet) motory se nejdříve začaly používat na

konci druhé světové války ve vojenských stíhacích letadlech. Postupný vývoj ve snaze o snížení

spotřeby paliva vyšším využitím energie spalin vedl k použití dalších stupňů turbíny pohánějících více

stupňů kompresoru. Pro možnost krátkodobého mimořádného zvýšení výkonu je možné použít přídavné

spalování vstřikem paliva do výstupní trysky. Výkon se tím může zvýšit tak, že letadlo dosahuje i

nadzvukové rychlosti, ovšem opět za cenu vysoké spotřeby paliva.

Další stupně turbín mohou pohánět nejen stupně kompresoru stlačující vzduch jen pro spalování, ale

vpředu umístěný další nízkotlaký kompresor - dmychadlo. Z prvního nízkotlakého kompresoru pak

jedna část stlačeného vzduchu vstupuje do vysokotlakého kompresoru a do spalovacích komor, druhá

část stlačeného vzduchu obtéká motor a vystupuje spolu se spalinami na výstupu z motoru. Poměr mezi

množstvím vzduchu protékajícím motorem do spalovacích komor a množstvím vzduchu obtékajícím

Motor Rolls-oyce Trent

1000

Turbokompresorový (jednoproudový) motor s axiálním kompresorem

4

motor se nazývá „obtokový poměr“. Spotřeba paliva klesá při vyšším objemu vzduchu obtékajícím

motor, protože se tak více využije tepelná energie vystupujících plynů. Dmychadlo je tedy svojí funkcí

blízké známé vrtuli. Dvouproudové motory (turbodmychadlové, angl. Turbofan) s více stupni

kompresoru a turbíny jsou konstrukčně složitější, protože mají nejen více stupňů a různých lopatek, ale

také dva nebo i tři hřídele otáčející se v jedné ose, které tak spojují mezi sebou příslušný stupeň

kompresoru a turbíny.

Motory s nízkým obtokovým poměrem, (angl. low by-pass), např. 0,3 až 0,8, jsou vhodné i pro

rychlosti nad 900 km/hod, tedy i pro vojenská bojová letadla. Motory s vysokým obtokovým poměrem

(angl. high by-pass), např. 3 až 7, podstatně snižují měrnou spotřebu paliva. Jsou proto používány

zejména u dopravních letadel s maximální rychlostí kolem 900 km/hod, u kterých požadavek vyšší

rychlosti letu není úplnou prioritou.

U motorů turbovrtulových (Turboprop) i turbohřídelových (Turboshaft) je sestava kompresor,

spalovací komora a turbína generátorem plynu pro další turbínu, tzv. „výkonovou“ nebo také „volnou“.

Ta má za úkol využít maximum energie spalin před jejich výstupem do atmosféry k pohonu hřídele a

dalších konstrukčních mechanismů přenášejících výkon na listy rotoru vrtulníku nebo na vrtuli.

Turbovrtulové motory pohání vrtuli,

která urychlením proudu vzduchu

vyvolává dopředný tah. Vrtulové listy

jsou obvykle stavitelné pro různé režimy

letu. Aby konce jejich listů neměly

nadzvukovou rychlost, musí být použit

reduktor k potřebnému snížení počtu

otáček, např. 1:15. Způsob výhodného

konstrukčního uspořádání motoru

s obráceným směrem průtoku vzduchu a

spalin (tj. ve směru letu) dle obrázku je

použit u motoru Walter M601

popisovaného na str.11. Turbovrtulové

motory jsou nejčastěji používány pro

pohon menších dopravních letadel s

rychlostí letu asi do 600 km/hod, tedy

obdobně jako u motorů pístových.

Dvouproudový dvouhřídelový motor s nízkým obtokovým poměrem

Turbodmychadlový tříhřídelový motor s vysokým obtokovým poměrem

Schéma turbovrtulového motoru s obráceným

směrem průtoku vzduchu a spalin

5

Motory turbohřídelové jsou

určené zejména pro pohon

vrtulníků. U větších typů vrtulníků

a také z bezpečnostních důvodů

jsou používány dva motory, jejichž

výkon je soustavou převodů

přenášen na nosné listy rotoru i na

listy vyrovnávací vrtule. Celkový

převod počtu otáček tak může být

snížen např. 1:70.

Na vedlejším obrázku je

schematické znázornění možného

konstrukčního řešení umístění dvou

turbohřídelových motorů s přímým

průtokem plynů a dalších převodů

k místům nosných a vyrovnávacích

pohonů.

Turbínové motory typově označované „propfan“ jsou variantou, která by měla slučovat výhody

turbovrtulových a turbodmychadlových motorů, tedy výkon turbodmychadlových a nízkou spotřebu

paliva turbovrtulových. Mají vně

motorové gondoly dvojici vícelistých a

širokolistých vrtulí speciálního tvaru se

silně zakřivenými listy, s použitím

reverzoru otáčení protiběžných. Snížení

spotřeby paliva se díky menšímu

průměru vrtulí, a tedy menšímu odporu,

projevuje významně až při vyšších

rychlostech kolem 900 km/hod. Pro

jejich vyšší hlučnost se zatím umísťují

spíš na zadní části trupu letadla.

Vývoj a zkoušky provádí největší

světoví výrobci, ale dle zveřejněných

zpráv by úspěch a certifikace snad

mohla proběhnout v následujících

několika letech.

Pro úplnost této informace uvádíme

na obrázcích zveřejněných v odborných publikacích schéma jejich konstrukční sestavy a možného

umístění na letadle.

6

3. Kompresory a turbíny

Bez kompresoru a turbíny se žádný turbínový proudový motor neobejde. Jejich konstrukční a

termodynamické parametry jsou pro výkon motorů rozhodující. Sice podobné, ale rozdílné postavení

usměrňovacích (statorových) a oběžných lopatek ve věnci axiálního kompresoru a turbíny je na

následujícím obrázku. Turbínou protékají horké spaliny a jejich energie je využita k roztočení oběžného

kola turbíny, tedy k vykonání práce.

Kompresor naopak ke stlačení vzduchu práci spotřebovává. Využívá k tomu energii turbíny, která je

na společném hřídeli. V kompresoru se rychlost vzduchu zpomaluje a stoupá jeho teplota a tlak.

V turbíně je to obráceně, roztočením turbíny

průtokem spalin jejich tlak, teplota i rychlost

poklesne. Prakticky se rozdíl mezi nimi projevuje

tím, že jeden stupeň turbíny může pohánět více

řad lopatek axiálního kompresoru v jednom

stupni. Počet řad lopatek a stupňů kompresoru

(dmychadlo, nízkotlaký, vysokotlaký) a tvaru i

postavení lopatek je výsledkem složitých výpočtů

a zkoušek. Cílem je co nejlépe využít energii

spalin v příslušných stupních turbíny k dosažení

potřebného vysokého stlačení vzduchu.

Kompresor Turbína

Dvoustupňový kompresor (nízko a vysokotlaký)

Jednostupňový axiální kompresor

Jednostupňový kompresor

Třístupňový kompresor (dmychadlo, nízko a vysokotlaký)

7

U radiálních (odstředivých) kompresorů se k potřebnému stlačení vzduchu využívá jeho urychlení

odstředivou silou.

Stlačení nastává až po

výstupu z oběžného kola

kompresoru v kanálech

a lopatkách difusoru. U

radiálního typu

kompresoru je možné

dosáhnout v jednom

stupni obdobné stlačení

jako u několika stupňů

kompresoru axiálního.

Často je proto také

používán v kombinaci

s kompresorem

axiálním.

U kompresorů obou typů je

důležitá jejich účinnost a zejména

dosažené stlačení na vstupu do

spalovací komory. Vysoké stlačení se

dociluje zvýšením počtu jejich stupňů.

Rotační i stacionární dílce kompresorů

jsou vyráběny z legovaných slitin

hliníku a také z titanu. Jejich pevnost

vzhledem k jejich funkci je sice

důležitá, ale jednou z kritických

zkoušek je také odolnost proti

destrukci vniknutím cizích těles,

zejména např. ptáků.

Lopatky turbín jsou namáhány za vysokých teplot (až např.

kolem 1300°C) a mechanickým namáháním vznikajícím rychlou

rotací disku i dynamicky proudícími spalinami. Jsou proto vyráběny

ze slitin odolávajících vysokým teplotám na bázi niklu a chromu,

které jsou ale obtížně obrobitelné. Statorové rozváděcí lopatky turbín

jsou odlévány přesným litím. Oběžné lopatky byly dříve vyráběny

z odkovků kovaných za tepla, později také přesným litím.

Technologie přesného lití umožňuje vytvořit uvnitř listu lopatek

kanálky pro chladící vzduch. Oběžné lopatky s volným koncem listu

mohou být dále také namáhány rezonančním kmitáním, které lze

eliminovat konstrukcí tzv. „bandáže“, která souvisle zakončuje

obvod celého věnce konců listů lopatek turbíny.

Schéma odstředivého (radiálního) kompresoru

Radiální kompresor motoru M701

Radiální kompresor motoru M701

Schéma kanálků chlazení

oběžných turbínových lopatek

8

4. Historie výroby proudových motorů v České republice

4.1 Motory JUMO 004 a BMW 003

Na konci 2. světové války se některé podniky na

našem území zúčastnily přípravy a výroby

proudových motorů Junkers Jumo 004 a BMW 003.

Oba měly axiální kompresor se stlačením asi 3:1 a

jednostupňovou turbínu, otáčky rotoru asi 9000

ot/min. Na konci války zůstaly na našem území

hotové nebo rozpracované součástky i dvoumotorová

letadla Me 262 Schwalbe (Vlaštovka) s rychlostí do

800 km/hod. s motorem JUMO 004, protože motor

BMW ještě nebyl dokončen. Létáním, opravami a

zkouškami se snahou o jejich technické zlepšení

tak byly získány první zkušenosti a znalosti našich

techniků s provozem proudových motorů. Další

pokračování jejich vývoje bylo v roce 1950

přerušeno předáním licenční výroby tehdy jednoho

z nejvýkonnějších proudových motorů RD-45

z tehdejšího SSSR (Ruska) a letadel MiG-15 našemu leteckému průmyslu.

4.2 Motor M05 do letadla MiG-15

První proudový motor u nás označený M05, byl

vyráběn v Československu od roku 1952 do roku

1962. Byla to vlastně kopie motoru Rolls-Royce

Nene, jehož dokumentace byla krátce po válce

předána anglickou vládou Rusku, a to ho použilo do

tehdy moderního bojového letadla MiG-15

konstruktérů Mikojana a Gurjeviče. Letadlo mělo

šípová křídla a jeho maximální rychlost se blížila

rychlosti zvuku. Údajně se podnik Rolls-Royce

později neúspěšně snažil o soudní vyrovnání škody

za předání licence do dalšího státu.

Motory měly oboustranný radiální kompresor

se stlačením 4,4:1, devět spalovacích komor,

jednostupňovou turbínu, tah 2270 kp při 12300

ot/min. Následoval obdobný výkonnější motor

VK-1 konstruktéra Klimova, u nás označený

M06, s tahem 2700 kp a možností forsáže.

V podniku Walter (tehdy Motorlet) v Jinonicích

bylo motorů M05 a M06 v letech 1952 až 1962

vyrobeno více než 6000 kusů. Výroba byla

osvojena ve velmi krátké době včetně

subdodávek speciálních materiálů a zařízení.

V leteckém průmyslu tak byla vytvořena technická i technologická schopnost vyrábět a dodávat

podobné nově vyvinuté proudové motory vlastní konstrukce.

Motor M05

Letadlo Me 262 Schwalbe

MiG-15

M05

9

4.3 Motor M701 do letadla L-29 Delfín

Požadavek na dodávky cvičného letadla vznikl ze skutečnosti, že armádní letectvo států Varšavské

smlouvy mělo k výcviku nových pilotů na proudových letadlech k dispozici jen letadlo MiG-15UTI

s duálním řízením, jehož pořizovací i

provozní náklady byly značně vysoké.

První nově vyvinuté vojenské cvičné

letadlo L-29 Delfín mělo proudový

motor M701, maximální rychlost 655

km/hod, dostup 11500 m a dolet 900

km. Motor M701 měl jednostranný

radiální kompresor, jednostupňovou

turbínu a vzletový tah 870 kp při 15400

ot/min. Protože ruské letectvo jako

největší zákazník požadovalo změnu

z axiálního na radiální kompresor,

muselo být v roce 1959 zalétání L-29

provedeno s dovezeným anglickým

motorem Bristol Siddeley Viper.

V roce 1961 při zkouškách ke vzájemnému porovnání parametrů mezi ruským, polským a

československým letadlem v Moninu u Moskvy, bylo vybráno letadlo L-29 Delfín s motorem M701 pro

výcvik vojenských pilotů v rámci

armád tehdejší Varšavské smlouvy

s výjimkou Polska, které výsledky

zkoušek odmítlo. Od roku 1960 do

roku 1978 bylo podnikem Motorlet

v Jinonicích dodáno 9250 kusů motorů

M701. Byl tak v leteckém průmyslu

vytvořen další krok ke zvýšení

schopnosti leteckého průmyslu i řady

spolupracujících podniků a ústavů k

pokračování vývoje dalších typů

proudových motorů. Letadlo L-29

Delfín bylo velmi úspěšné. Bylo jich podniky Aero Vodochody a Let Kunovice dodáno asi 3500 kusů

do několika desítek států světa.

Jednou z obtížných částí vývoje a zkoušek motoru bylo vyřešení trhlin a praskání v horní části listu

oběžných lopatek, jak je vidět z přiložené fotografie celého disku

turbíny. Lopatky byly vyráběny z výkovků obtížně obrobitelného

žárupevného materiálu třískovým a elektrochemickým obráběním

s konečným broušením a leštěním listů. Vznik lomů mohl mít

dvě souvisící příčiny, teplotní rázy a rezonanční kmitání listu. U

oběžných lopatek byla proto nakonec zavedena tehdy neobvyklá

kontrola vlastních kmitů lopatek i teplotního pole.

L-29 Delfín

Řez motorem M701

Disk turbíny motoru M701

s ulomenou částí listu jedné

oběžné lopatky Oběžná lopatka turbíny M701

10

4.4 Motory pro letadla L-39 a L-59

Vývojovým následovníkem letadla L-29 Delfín bylo letadlo L-39 Albatros, které bylo opět

v několika verzích dodáváno podnikem AERO Vodochody počínaje rokem 1971. Celkem bylo

vyrobeno 2892 kusů a dodány byly do 20 států. Jako nejvhodnější typ motoru byl vybrán dvouproudový

motor s předním dmychadlem. Pro nutné

zkrácení doby vývoje došlo k rozhodnutí o

použití dokumentace dvouproudového

motoru AI 25 (AI = Alexandr Ivčenko)

určeného původně pro dopravní letadlo

JAK-40. Motor vyvinutý v podniku

PROGRESS v Záporoží měl axiální

kompresor a třístupňovou turbínu. Podnik

Motorlet dokumentaci rekonstruoval pro

použití ve cvičném letadle a vyrobil a dodal

v letech 1971 a 1972 celkem 35 kusů

motorů AI 25W (W=Walter), které měly

tah 14,4 kN. K zavedení sériové výroby

těchto motorů ale nedošlo nejen pro její vysokou nákladovou a investiční náročnost, ale hlavně proto, že

Záporoží nabídlo dodávku upraveného motoru s vyšším tahem 16,8 kN. Motor byl označen AI 25TL

(T= Temperatura a L=L-39).

Pro sériovou výrobu letadla byla

tato varianta přijatelnější, neboť

tehdejší Sovětský svaz kupoval

přes 70 % vyráběných letadel.

Výstupní tryska motoru M701 Vstup vzduchu do motoru M701

Letadlo L-39 Albatros s motorem AI 25TL

Motor AI 25TL

11

Pro další modernizované

letadlo L-59 Super Albatros

připravované v AERO

Vodochody bylo v roce 1980

rozhodnuto o použití

obdobného typu motoru

s vyšším tahem 21,5 kN

vyvinutého opět v Záporoží

konstruktérem Lotarevem.

Rozhodnutí ministerstva o

osvojení jeho výroby na

Slovensku v podniku Povážské strojírny vyústilo po desetiletých přípravách v dodávku 60 letadel L-59

s motorem DV-2 (D=Dněpr a V=Váh) do Egypta a Tunisu v první polovině devadesátých let.

4.5 Motor Walter M601 pro letadla L-410

V podniku Motorlet byly od roku 1975 jako původní česká konstrukce vyráběny turbovrtulové

motory označené M601. Jedná se o dvouhřídelový motor s volnou výkonovou turbínou a obráceným

průtokem vzduchu a spalin. Generátor plynů je složen ze dvou axiálních stupňů kompresoru a jednoho

radiálního se stlačením cca 6,5, dále má prstencovou spalovací komoru, ve které je palivo rozstřikováno

odstředivou silou kroužkem na hřídeli rotoru generátoru, a axiální turbínu. Volná výkonová turbína

pohání reduktor s převodem 1:14,91. Motorů bylo vyrobeno a dodáno ve více verzích celkem asi 4500

kusů. Motory mají výkon

540 až 590 kW při otáčkách

generátoru 36000 ot/min,

měrnou spotřebu cca 400

g/kW/hod. Hmotnost motoru

je 200 kg.

Certifikováno bylo 18 modelů pro použití v 25 typech letadel, a dále i pro pozemní účely. První

určení jejich použití bylo pro dvoumotorová dopravní letadla L-410 Turbolet vyráběná ve více

variantách v podniku LET Kunovice, která měla kapacitu 19 cestujících a max. rychlost 315 km/hod.

Prototypy letadel byly ale zalétány s kanadským motorem Pratt & Whitney PT6. Letadel bylo vyrobeno

přes 1000 kusů a jsou používány v řadě států Evropy, Asie, Afriky i Jižní Ameriky.

Motor Walter M601 s vrtulovou

jednotkou Avia VJ 508

Pohledový řez motorem Walter M601

Motor DV-2

12

4.6 Motory Walter M602 pro letadla L-610M

Turbovrtulový motor Walter

M602 je motor vyvinutý v podniku

Motorlet (Walter) v letech 1982 až

1989 pro dvoumotorové letadlo L-

610 s kapacitou 40 cestujících a max.

rychlostí 490 km/hod. V roce 1988

tehdejší vláda doporučila vyvíjet tzv.

západní variantu letadla, aby bylo

prodejné i na západních trzích, což

znamenalo určit dodavatele motoru ze

západního státu. Změny ve výběru

mezi motorem General Electric CT-7

a Pratt & Whitney 100/85 i politické

změny po roce 1989 ale způsobily,

že letadlo se nestalo obchodně

úspěšným ani s českým ani s

dováženým motorem.

Motor Walter M602 měl

vzletový výkon 1360 kW při

otáčkách generátoru 30000 ot/min

a hmotnosti 570 kg. Jeho generátor

se skládá ze dvouhřídelového

dvoustupňového odstředivého

kompresoru s celkovým stlačením

12, prstencové protiproudé

spalovací komory, axiálních turbín

středotlakého a vysokotlakého

rotoru.

Letadlo L-610M

Letadlo L-410 s motory Walter M601

Pohledový řez motorem M602

13

Vysokotlaká turbína má vzduchem chlazené rozváděcí a oběžné lopatky umožňující práci

vysokotlaké turbíny při střední teplotě plynů před turbínou do 1380°C. Výkonová turbína je

dvoustupňová a přenáší krouticí moment dvěma torzními hřídeli do reduktoru. Měrná spotřeba motoru

je 365 g/kW/hod.

Z předchozího textu informací o vyvíjených českých motorech a letadlech vyplývá, že letadla L-29

Delfín, L-39 Albatros i Turbolet L-410 byly v prototypu zalétány s dovezenými motory, protože nově

vyvíjené české motory v potřebný čas ještě neměly potřebné zkoušky. Potřebný časový předstih motoru

vlastně znamená, že jeho vývoj by měl být ukončen před prototypem letadla, aby letové zkoušky mohly

být provedeny se spolehlivým motorem.

Prototypy letadla L-610 byly ale úspěšně zkoušeny s motory M602 ověřenými 150 hodinovou

podnikovou zkouškou. I přes neúspěšné dodávky letadla lze pokládat vývoj motoru M602 za sice

poslední, ale velkou kapitolu už neexistujícího českého podniku Walter (Motorlet), jehož vznik v roce

1911 zahájil téměř stoletou tradici dodavatele kvalitních letadlových motorů.

Úspěšné zvládnutí vývoje i výroby českých letadel s českými proudovými motory je výsledkem

vynikající práce celých kolektivů leteckého průmyslu v řadě různých specializovaných oborů. Orientace

výroby letadel i motorů na východní trhy však nemohla vytvořit konkurenční schopnost v prostředí

světového trhu a tím méně ekonomicky unést všechna rizika s tím spojená.

Po několika desetiletích vývoje turbínové proudové motory v celém světě svými výkony i

efektivností plně ovládly nejen vojenská, ale i civilní dopravní letadla. Jsou stále dokonalejší nejen

konstrukčně, ale také elektronickým řízením, kontrolou a regulací chodu.

Motor

M602

Alternativní motor General Electric CT7-9D pro „západní“ variantu L-610G

14

5. Dovezené motory vojenských letadel a vrtulníků

Uvedeny jsou jen hlavní typy, které byly používány ve výzbroji v roce 1989 a dalších letech.

5.1 Motor F124GA-100

Pro velmi specifické rozhodnutí vlády v roce 1995 a 1997 o výrobě letadel L159 ALCA

(Advanced Light Combat Aircraft)

byl použit americký motor

Honeywell Allied Signal F124GA-

100 s tahem 29 kN (dvouproudový,

s obtokovým poměrem 0,47).

V podniku AERO Vodochody bylo

v letech 2000 až 2004 pro české

armádní letectvo vyrobeno 72 kusů

letadel v jednomístné verzi L-

159A. Armáda jich používá jenom

24 (19 v jednomístné verzi a pět

letadel L-159T1 v dodatečně

přestavěné dvoumístné cvičné

verzi).

V rámci platby za letadla CASA

bylo použito pět letadel (dvě

vráceny), dalších 36 obtížně prodejných je

zakonzervováno v Aero Vodochody a stále čeká na

zákazníka. Pro export je nabízena dvoumístná

cvičně–bojová verze L-159B. Rozdíl v počtech devět

letadel jsou havárie a spotřeba při přestavbách.

Letadlo je určeno především k podpoře pozemních

vojsk a v omezené míře k vedení vzdušného boje. Má

moderní přístrojovou a navigační techniku. Jeho

maximální rychlost je 936 km/hod a dostup 13200

metrů.

5.2 Motory pro bojová letadla MiG, Su a JAS 39 Gripen

První nadzvuková letadla MiG-21 s delta křídlem byla u nás armádním letectvem používána od

roku 1964. V té době byla v počtu celkem 194

kusů vyráběna v podniku Aero Vodochody.

Motor s označením R-11F-300 a tahem 38 kN,

s přídavným spalováním 56 kN, umožňoval

docílit letadlu maximální rychlost M=2,0.

Motor byl dvouhřídelový, měl třístupňový

axiální nízkotlaký a třístupňový vysokotlaký kompresor

se stlačením 8,85. Turbína byla dvoustupňová. Dalšími

verzemi byla letadla modernizována a zůstala ve

výzbroji jako poslední z ruských dodávek až do roku

2005.

Letadlo L-159 ALCA

L159 ALCA

MiG-21F

F124 GA-100 bez

výstupní trysky

Řez turbínou a komorou přídav. spalování

15

Počínaje rokem 1981 byla zařazena do výzbroje stíhací letadla MiG-23, která měla část delta křídla

s měnitelnou geometrií, což umožňovalo zkrácení

délky startu a přistání. Motor R-35-300 měl tah

83,6 kN, což umožnovalo docílit rychlost 1,1 M.

S přídavným spalováním měl tah 127 kN a mohl

docílit ve výšce rychlost až 2,0 M. Motor byl

jednoproudový s jedenáctistupňovým axiálním

kompresorem a stlačením 13, měl prstencovou

spalovací komoru a dva stupně turbíny. Z výzbroje

byla letadla vyřazena v roce 1998.

Počínaje rokem 1984 byl do výzbroje letectva československé armády zařazen stíhací bombardér

Su-22, který měl měnitelnou geometrii poloviny

křídla, umožňující zkrácení délky startu a přistání.

Motor AI-21F-3 měl tah 76,4 kN a s přídavným

spalováním 109,8 kN, což umožňovalo docílit

maximální rychlost 1400 km/hod a ve výšce 1860

km/hod.

Jednoproudový

motor měl 14

stupňový axiální

kompresor,

prstencovou spalovací komoru a dva stupně turbíny. Z původního

počtu 36 jednomístných letadel a dvou dvoumístných zůstalo

českému letectvu v roce 1993 po rozdělení se Slovenskem 24

jednomístných letadel a jedno dvoumístné. Z výzbroje byly

vyřazeny v roce 2002.

V roce 1984 byly do výzbroje zařazeny bitevní podzvuková

letadla Su-25, která měla dva motory s označením R-95-Š. Každý

měl tah 40,21 kN, což umožňovalo docílit maximální rychlost 1000

km/hod. Z výzbroje letectva české armády byla tato letadla

vyřazena v roce 2000.

V roce 1989 bylo do výzbroje zařazeno 18 letadel MiG-29,

jejichž maximální rychlost byla M=2,3. Měly dvojici motorů RD-

33K. Každý motor měl tah 49 kN, s přídavným spalováním 86

kN. Dvouproudové

motory (obtokový

poměr 0,475) měly 4

stupňový nízkotlaký

a devítistupňový

vysokotlaký axiální

kompresor se

stlačením 21 a dva

stupně turbíny. Českému letectvu po rozdělení Československa

zůstalo deset letadel, které byly v roce 1995 vyměněny

s Polskem za jedenáct jejich vrtulníků W-3A Sokol. Hlavním uváděným důvodem byly vysoké náklady

na provoz letadel MiG-29.

MiG-23

R-35-300

Su-25

MiG-29

RD-33K

16

V souvislosti s prozápadní orientací vojenského letectva a požadavkem zachovat ve výzbroji

nadzvuková letadla, bylo českou armádou počínaje rokem 2005 na deset let od Švédska pronajato 14

stíhacích letadel JAS 39 Gripen. Letadla dodala firma Saab a britská BAE. S přídavným spalováním

dosahují rychlost M=2,0 (2400 km/hod) a dostup mají 15 km. Používá je mimo Švédska (140) ještě

Maďarsko (14), Jižní Afrika (29) a Thajsko (6), o pořízení jedná Švýcarsko (22). V současné době naše

vláda jedná o prodloužení pronájmu těchto letadel.

Letadla JAS 39 Gripen mají jeden dvouhřídelový turbodmychadlový motor Volvo RM-12 se

statickým tahem 54 kN, s přídavným spalováním 80 kN, adaptovaný z motoru GE 404J. Motor

má třístupňové nízkotlaké axiální dmychadlo (obtokový poměr 0,31), vysokotlaký sedmistupňový

axiální kompresor se stlačením 27,5:1, prstencovou spalovací komoru a dva stupně turbíny s chlazenými

lopatkami. Maximální teplota před turbínou je 1448 °C. Hmotnost suchého motoru 1055 kg, délka 4,04

m, maximální. průměr 0,884 m, průměr vstupního otvoru 0,709 m. Letadlo má delta křídlo a plně

stavitelné plovoucí předkřídlo (typ „kachna“). Výzbroj je určena pouze proti vzdušným cílům.

Volvo RM-12

JAS 39 Gripen

17

5.3 Motor TV3-117 do vrtulníku Mi -24V

České armádní letectvo používá mimo polské vrtulníky W-3A Sokol i nadále ruské vrtulníky Mil

typů Mi-17, Mi-8 a Mi-24. Vrtulník W-3A Sokol má přepravní

kapacitu 12 pasažérů, pohání ho dva turbohřídelové motory PZL-10W

o výkonu 670 kW. Jeho vývoj byl odvozen z ruského typu Mi-2.

Bitevní vrtulník Mi-24V má dvojicí turbohřídelových motorů

TV3-117 VMA a společný reduktor VR-14 pro pohon listů nosného

rotoru a stabilizační ocasní vrtule. Výkon jednoho motoru je 2200

kW, celkový převodový poměr 1:62,5, otáčky nosného rotoru 240

ot/min.

5.4 Motor Pratt & Whitney 127G pro dopravní letadla CASA C-295M

Letectvo české armády používá dopravní letadla Airbus A-319, Challenger CL-601 a L-410.

Potřebovalo nahradit zastaralá přepravní letadla typu Antonov An-26.

Nákup čtyř dvoumotorových letadel CASA C-295M od španělské

společnosti EADS prostřednictvím české společnosti Omnipol se stal

mediálně frekventovaným případem. Schválila jej vláda v roce 2009

bez výběrového řízení a první letadlo bylo dodáno v roce 2010.

Rozhodnutí se setkalo s pochybnostmi co do technických parametrů i

ceny dodávky včetně protihodnoty pěti letadel L-159. Veřejně

oznámené vyšetřování možné škody pravděpodobně neskončilo,

protože veřejně nebyly sděleny další informace. Dle zveřejněných informací je v operačním provozu cca

100 letadel typu CASA v 15 státech světa.

Motor TV3-117 Vrtulník Mi-24V Reduktor VR-14

Nákladový prostor v letadle

CASA C-295M

An-26

CASA C-295M

W-3A Sokol

18

Funkčnost pasivní ochrany letadel před raketovým napadením byla po opravách dodavatele ověřena

až v roce 2013. Jako finanční kompenzace této vady byla zřejmě po dohodě vrácena dvě letadla L-

159T1, která byla smluvní součástí platby.

Technicky se jedná o taktická transportní dvoumotorová letadla pro dopravu cca 60 osob nebo

nákladu 9250 kg, schopná startovat i z nezpevněných ploch. Maximální rychlost mají 576 km/hod, dolet

(přelet) bez zatížení 5220 km, s maximálním zatížením mají dolet jen 1333 km. Dostup letadel je 7620

metrů. Pro vzlet potřebují dráhu 670 metrů a pro přistání 320 metrů. Letadla mají dvojí řízení a moderní

přístrojové vybavení.

Letadla CASA mají dva

turbovrtulové motory Pratt

& Whitney PW 127G o

výkonu 1972 kW. Jejich

generátor má na dvou

hřídelích dva stupně

radiálního kompresoru

poháněné dvěma stupni

turbíny, výkonová turbína má

dva stupně. Motory používají

šestilisté vrtule Hamilton

Sundstrand 586-F.

Letadlem CASA byli úspěšně v roce 2011, 2012 i 2013 z Prahy do Mongolska s dvěma

mezipřistáními přepraveni vždy čtyři koně Převalského. Na mongolském cílovém letišti v Bulganu tak

bylo vyzkoušeno přistání a start na nezpevněné přistávací ploše.

Nakládání koní Převalského v Praze Přistání na letišti v Bulganu

Motor Pratt &Whitney 127G

Schéma motoru

P&W 127G

19

6. Současný stav nabídky proudových motorů v České republice

6.1 Motory GE H80-200

Podnik GE Aviation Czech se sídlem v Praze-Letňanech převzal od Walter a.s. v Jinonicích aktivity v

oboru turbovrtulových motorů typu M601 a pokračuje v nich dodávkami zdokonalených motorů verze

označené H80 se zvýšeným výkonem.

V České republice je dodává do podniku Aircraft Industries v Kunovicích pro dvoumotorová dopravní

letadla L 410 UVP-E20. Původní motor GE M601-E byl v roce 2013 nahrazen motorem GE H80-200 s

certifikací EASA, který má zlepšené parametry výkonu (597

kW), spotřeby paliva i doby do generální opravy na 3600

hodin. Dle zveřejněných údajů se jedná o nízké počty letadel,

z toho velká část do Ruska, kde letadlo i s motorem bylo také

certifikováno.

Katalogová cena

letadla je 5,5

milionu USD.

Motory GE80

jsou prodávány

také do USA společnosti Trush Aircraft. Ta je používá do

letadel 510G, která je dle zprávy zveřejněné v roce 2013

začala také dodávat do Číny. Také čínská společnost

CAIGA si dle zveřejněné zprávy pro své letadlo Primus 150 zvolila motor GE H85.

Trush 510G

20

6.2 Motor TJ 100 pro kluzáky a experimentální letadla

Podnik První brněnská strojírna Velká Bíteš v roce 1972 převzal od francouzské firmy Microturbo

licenci a dodával turbínovou pomocnou energetickou

jednotku SAPHIR-5, která byla určena pro vzduchový

startér motoru AI-25 v letadle L-39 Albatros. Podnik

tak získal zkušenosti z oboru leteckého průmyslu a

použil je k dalšímu vývoji.

Jednoproudový motor TJ 100 má jednostupňový

radiální kompresor a jednostupňovou axiální turbínu.

Maximální tah má 1 kN a hmotnost 19 kg. Doba do

revize je údajně 100 až 300 hodin provozu, cena asi 45

tis. EUR.

Dle zpráv zveřejněných podnikem došlo

v uplynulých letech v oboru dodávek pro letecký

průmysl k významnému zvýšení prodeje. V roce 2013

byla také zveřejněna zpráva o začátku letových

zkoušek turbovrtulového motoru TP100 s výkonem 180 kW.

Větroň Blaník s motorem TJ 100

21

6.3 Informace o významné spolupráci a kooperaci v České republice

Dodavatelé letecké techniky v České republice založili Asociaci leteckých výrobců v ČR. Asociace

má sídlo v Praze 9-Letňanech, Beranových 130. Členy asociace je 35 společností a ústavů. Mimo

podniků uvedených v bodech 6.1 a 6.2 mají významný vztah k výrobě nebo používání proudových

motorů také následující společnosti:

1. Aero Vodochody a.s.

Vyrábí a dodává kompletní vrtulník Sikorsky S-76 připravený

k instalaci dynamických částí a dále řadu jiných kompletních

částí pro letecký průmysl v různých státech.

Podnik dodal letadla L-159 ALCA a dál provádí dle objednávek

jejich přestavbu na dvoumístnou verzi.

2. Avia Propeller s.r.o.

Provádí výzkum, vývoj, výrobu, opravy a generální opravy kovových

vrtulí pro pístové motory a turbovrtulové motory do 2000 HP, opravy a

výroby vrtulových listů pro historická letadla.

3. Evektor spol. s r.o. se sídlem v Kunovicích

Vyvíjí víceúčelové letadlo EV-55 Outback pro 9

cestujících nebo náklad. Se dvěma motory Pratt &

Whitney PT6A-21 s výkonem 400 kW a vrtulovou

jednotkou Avia AV-844 má dosáhnout maximální

rychlost 408 km/hod.

4. Honeywell Aerospace Olomouc s.r.o. se sídlem v Hlubočkách-Mariánském údolí

Vyrábí, opravuje a dodává plechové žárové díly turbínových motorů z nerezavějících ocelí a

speciálních slitin.

5. Jihostroj a.s. se sídlem ve Velešíně

Provádí výzkum, vývoj, výrobu a opravy čerpadel

a řídících regulačních systémů palivových soustav

letadlových motorů a komponentů hydraulických

systémů i pro vrtulové jednotky.

6. LOM Praha s.p. se sídlem v Praze 10-Malešice

Provádí servis, generální opravy a modernizaci vrtulníků řady Mi

včetně jejich turbohřídelových motorů a převodovek.

7. Výzkumný a zkušební letecký ústav se sídlem v Letňanech

Provádí výzkum, vývoj a zkoušky v oblasti turbínových motorů a jejich komponent.

22

7. Některé doplňující informace ze světa:

Antonov An-124-100 Ruslan - jedno z největších letadel světa

Letadlo bylo certifikováno v roce 1992 s určením pro

přepravu mimořádných nákladů. Užitečné zatížení má 120 tun,

cestovní rychlost 800 km/hod, maximální rychlost 850 km/hod.

Vyrábí jej na Ukrajině v Kijevu. Rozměry: rozpětí 73,3 m, délka

67 m, výška 20,7 m. Nákladový prostor má rozměry 6,4 x 4,4 x

36,5 metru s možností předního i zadního vstupu, ale také

bočního. Čtyři turbodmychadlové motory ZKMB Progress D-

18T vyrábí závod Progress v Záporoží, Ukrajina. Každý má tah 229 kN, obtokový poměr 5,7,

nízkotlaký i vysokotlaký kompresor mají 7 stupňů, stlačení celkem v kompresoru 27,5. Stupně turbíny

jsou na třech hřídelích, jeden pro stupeň vysokotlaký, jeden pro stupeň středotlaký a jeden pro čtyři

stupně nízkotlaké.

Pro přepravu supertěžkých a rozměrných nákladů letadlo An-124 smluvně používá i česká armáda.

Ukrajinský podnik Antonov podepsal smlouvu o společném podniku s ruskými partnery na výrobu

modernizované verze An-124-200 lépe vyhovující mezinárodním normám.

Letadlo An-225 Mrija (= sen) má šest stejných motorů ZKMB Progress D-18T. Původně bylo

určeno pro přepravu raketoplánu Buran, ale přepravuje jiné supertěžké a rozměrné náklady. Užitečné

zatížení má až 247 tun.

Perspektivním oborem jsou bezpilotní letadla, přesněji dálkově pilotovaná a ovládaná. V US Air

Force mají několik různých

názvů: „Predator“ (dravec),

„Reaper“ (sekačka), „Global

Hawk“ (jestřáb).

Všem dohromady se pak

nelichotivě říká „Drone“

(trubec, příživník), obecněji

„Unmanned Aerial Vehicles“

(bezpilotní letecký dopravní prostředek). Ve vzduchu mohou být až

kolem 20 hodin, obsluha je několik lidí, kteří se v řídícím středisku střídají. Technicky se liší velikostí a

podle účelu použití (průzkum, taktické, bojové atp.). Pohonné jednotky mají od pístových motorů přes

turbovrtulové (turboprop) i dvouproudové (turbofan).

MQ-9 Reaper- Honeywell turboprop 671 kW

MQ-1 Predator- Rotax 85 kW

Řídící a kontrolní středisko MQ-9 se satelitní anténou RQ-4 Global Hawk s Rolls-Royce

turbofan 34 kN

23

General Electric v USA a Rolls-Royce v Anglii jsou největší firmy dodávající letadlové motory, ale

jejich výroba nebo subdodávky jsou umístěny v různých státech světa.

Pro možnost porovnání jsou uvedeny dvě fotografie montáže jejich motorů:

- motor General Electric E90- 115B pro dvoumotorové letadlo Boeing 777 s průměrem

dmychadla 325 cm a tahem 514 kN

- motor Rolls-Royce Trent 1000 pro Boeing 787 a průměrem dmychadla 285 cm.

V současné době jsou nejvíce sledována nová dopravní letadla dvou konkurentů, Boeingu v USA a

Airbusu evropského koncernu EADS. Pro dodávku motorů jsou opět dva konkurenti:

- Engine Alliance (General Electric a Pratt & Whitney)

- Rolls-Royce Trent.

Pro dvoumotorové letadlo Boeing 787

Dreamliner (uhlíková vlákna místo lehkých

slitin, ovládání elektrickými pohony místo

hydraulikou a stlačeným vzduchem atp.)

jsou variantně použity motory GEnx (tah

255 až 321 kN) nebo Rolls-Royce Trent

1000 (tah 277 až 346 kN). Kapacita počtu

cestujících je dle provedení 250 až 330.

Pro čtyřmotorové letadlo Airbus

A380 jsou variantně použity motory

Rolls-Royce Trent 900 (tah 310 až 340

kN) nebo Engine Alliance GP 7200 (tah

310 až 340 kN). Letadlo má dle

provedení kapacitu počtu cestujících

550 až 850.

Rolls-Royce Trent 1000 General Electric E90-115B

Boeing 787 Dreamliner

Airbus A380

MQ-9 Reaper se sat.ant.