Archiv rubriky: Motory



Motor Napier Sabre zaujímá mezi pístovými pohonnými jednotkami použitými v letounech 2. světové války bezpochyby jedno z čelních míst a je známý především díky své zástavbě do draků letounů Typhoon a Tempest z konstruktérské dílny Sydneyho Camma f. Hawker.

Jednalo s o 24 válcové (!) kapalinou chlazené monstrum s brutálním výkonem 2420 hp u své nejvíce rozšířené verze IIB a poháněl vždy obrovskou čtyřlistou vrtuli de Havilland Hydromatic nebo Rotol o průměru více než 4 m (14 ft). Zmíněný maximální výkon bylo možné dosáhnout v Tempestu V s boostem +11 po dobu 5 minut v přízemním letu. Skvělé výkony si nicméně motor udržoval až do středních výšek, kdy ve 4000 m podával stále ještě výkon nad 2000 hp.

Pro srovnání 12-válec Rolls Roye Merlin 66 určený také pro nízké s střední výšky použitý ve Spitfiru LF Mk. IX dával „pouhých“ 1720 hp ve výšce 1750 m a americký vzduchem hlazený dvou-hvězdicový 18-válec Pratt & Whitney R-2800-10W (nejvýkonnější verze používáná pro námořní stíhačky F5F Hellcat) dával díky možnosti vstřikování směsi vody a methanolu do válců obdivuhodných 2200 hp, což je však pořád nižší výkon, než jaký měl Sabre.

Zvuková ukázka nastartování a pojíždění a vzletu Tempestu (záznam BBC z r. 1945)

Vývoj takového motoru, jakým byl Saber, se samozřejmě neobešel bez komplikací a problémů a další potíže nastaly po zavedení motoru do sériové výroby. Zjistilo se, že při procesu výroby takto složitého motoru je velmi obtížné dosáhnout potřebné přesnosti a kvality, jakou dosahovali specialisté při ručním sestavování prototypů. Navíc díky neadekvátní výstupní kontrole docházelo často k tomu, že nové motory byly odeslány s nedostatečným začištěním odlitků, s prasklými pístovými kroužky či s nedostatečným strojním opracování vnitřích částí motorů. Další potíže nastávaly u jednotek, kde byly mechanici konstantně přetíženi díky nadměrnému času potřebnému k udržení motorů v provozuschopném stavu. Například za chladného počasí musel být motor spouštěn každé dvě hodiny, a to i během noci, aby se udržela potřebná viskozita oleje a letoun byl tak další den provozuschopný.

Výše uvedené potíže vedly k tomu, že si motor zpočátku získal špatnou pověst. Celou situaci pak dále zhoršovala skutečnost, že jak mechanici tak piloti nebyli často dostatečně obeznámeni s odlišnostmi Saberů od jiných pístových motorů a měli tendenci chyby způsobené svými nesprávnými postupy svádět na výrobce.

Firma Napier se nicméně zdála být s motorem spokojena a začala se místo odstraňování nedostatků zabývat dalším zvýšením výkonu. V r. 1942 začali jejich inženýři vyvíjet výškovou verzi motoru, kdy do sestavy přidali třírychlostní dvoustupňový kompresor. V prosinci téhož roku však společnost Napier koupila English Electric Company a ta ihned celý projekt výškového motoru zastavila a nasměrovala celé vývojové oddělení k práci na vyřešení stávajících nedostatků. Netrvalo dlouho a tato změna se velmi příznivě projevila v kvalitě i spolehlivosti motorů Sabre.

Většina fandů druhoválečných letadel jistě zná knihu „Velký cirkus“ od francouzského esa Pierre Clostermanna, který značnou část svých vítězství získal právě na Tempestech v posledním roce války. V knize mimo jiné velmi živými barvami popisuje své pocity, které měl , když si už jako zkušený pilot Spitfiru poprvé sedl do Typhoonu. Pilotům, kteří létali na strojích poháněných motory Sabre, „Spity“ najednou nutně začaly připadat jako pomalé cvičné letouny pro začátečníky.

Pierre Closterman v kabině svého Tempestu „Le Grand Charles“

Je jasné, že pilotáž letounů s takto výkonou pohonnou jednotkou byla „na ostří nože“ a že případná chyba pilota nebo závada měla často fatální důsledky (doporučuji k přečtení mj. příběh, který při testování Tempestu zažil Cpt. E. Brown, a jehož překlad naleznete v tomto článku). Přes to se však zejména Tempesty staly právě díky svému přebytku výkonu v posledním roce války obávanými protivníky Luftwaffe , a v rámci 2. TAF plnily navíc řadu úkolů, které pomalejší stroje nebyly schopné zajistit, včetně zachytávání proudových Me 262 (dosáhly celkem cca 20 sestřelů) a ničení raket V-1.

A na závěr ještě jedna zvuková ukázka motoru Napier Saber, tentokrát s letounem Hawker Typhoon doprovázená video-walkaroundem z muzea:

Motory



Protože se blíží vydání Me 262 Schwalbe pro nové DLC Battle of Bodenplatte k simulátoru IL-2 Sturmovik Great Battles, tak bych rád dnešní článek věnoval ve své době revolučnímu řešení v oblasti leteckých motorů a sice prvnímu proudovému motoru, který byl reálně používán v bojových operacích. Ano jedná se o pohonou jednotku slavné „Švalbovky“, ale nejen té, protože Jumo 004 byly používané i pro pohon bombardovacích Ar 234 a také v mnoha dalších projektech jako například pro pohon samokřídla Ho 224.

Messerschmitt Me 262
Samokřídlo Ho 229 – revoluční koncepce bratří Hortenů poháněná motory Jumo 004.
Bombardovací Ar 234B opět s motory Jumo 004. Existovala také verze C se čtyřmi konkurenčními proudovými motory BMW 003A.

Konstrukce motoru je stručně popsána v tomto článku na serveru www.leteckemotory.cz a velmi detailně od Eduarda Dokoupila na serveru Palba.cz ZDE.

Zajímavost z vývoje motoru: verze 004B zpočátku trpěla poruchovostí lopatek turbíny. Inženýři Junkersu dlouho nemohli odhalit pravou příčinu, kterou hledali nejprve mylně v kvalitě materiálu, ze kterého byly lopatky turbíny vyrobeny a v jeho povrchové úpravě. Pomohl nakonec externí specialista na vibrace lopatek Max Bentele, který zjistil, že poškození způsobovala jedna konkrétní frekvence. Problémy ustaly po jejím zvýšení pomocí změny průřezu a zkrácení lopatek o 1 mm a snížením pracovní frekvence motoru z 9,000 na 8,700 otáček.

Konstrukční zajímavosti:
– k nastartování turbíny se používal malý dvouválcový dvoutaktní spalovací motor Riedel uložený v přední části motoru Jumo 004;
– rozváděcí lopatky jednostuňové turbíny byly kvůli lepšímu chlazení vyráběny duté (!);
– průřez výstupní trysky (a tím i rychlost výstupního proudu a tedy i tah motoru) se reguloval zasouváním/vyouváním jehly trysky, tzv. „cibule“.

Výborný článek pro piloty, jak spouštět a ovládat motory v Me 262 opět od Eduarda Dokoupila naleznete na serveru www.valka.cz ZDE (případně kopie článku na serveru palba.cz ZDE) a novější článek od stejného autora z r.2018 ZDE. Mimochodem autor článku vydal také výbornou a velmi detailně zpracovanou knihu „Turbíny pro Luftwaffe“ o německých proudových motorech – viz webové stránky autora www.proudove-motory.cz.

Za shlédnutí stojí i originální výukový film pro piloty Luftwaffe z r. 1944 o kterém jsem na svém blogu psal ZDE.

Motor Junkers Jumo 004B v řezu si můžete prohlédnout v leteckém muzeu Kbely. Naleznete zde také startovací motorek Riedel RBA/S10 a dokonce dvě krásně zrestaurované „Schwallbe“: Me 262A-1a ve zbarvení našich poválečných Avia S-92 a dvoumístnou noční verzi Me 262B v barvách Luftwaffe.

Na závěr přidávám video od Grega s popisem motoru a jeho součástí:

Pokud vládnete ruským jazykem, přikládám ještě dobové video popisující mj. také parametry a funkci motorů ukořistěného Me 262:

V současné době probíhá restaurování Me 262A (wk.nr.500453) s původními (!) motory Jumo 004B do letuschopného stavu viz ZDE v Paul G. Allen’s Flying Heritage & Combat Armor Museum. Ovšem motory jsou značně komplexní záležitost, proto byla jejich renovace svěřena specializované firmě AeroTurbine v Kalifornii. V r. 2015 se zde poprvé od r. 1951 (kdy se u nás v Československu přestaly používat poválečné Avie S-92 aka Me 262) rozezněl zvuk původních Jumo 004B. V r. 2018 obdržel Paul G. Allen první motor pro svoji Me 262 a snad už letos uvidíme jeho Me 262 s původními Jumo 004B za letu.

Motory



P-47D-28 s plně otevřenými klapkami chlazení motoru (čelní prstenec) i klapkami mezichladiče (na bocích trupu).

Popis funkce turbokompresoru (turbodmychadla): jedná se v podstatě o jednoduchý systém – využívá se výfukových plynů z motoru, které jsou odváděny do zadní části letounu, kde  roztáčí malou turbínu. Na ose této turbíny je zároveň připojen kompresor, který je tak turbínou roztáčen a stlačuje čistý vzduch. Ten se ovšem při svém stlačování ohřívá, proto je třeba ho ihned po výstupu z kompresoru chladit. K tomu slouží tzv. mezichladič (angl. intercooler) – jeho účinnost může pilot regulovat ovládáním klapek umístěných z obou stran na bocích trupu.

Ukazatele mezichladiče (intercooler) a chladiče oleje (oilcooler) na levé straně kokpitu hned nad pákou ovládání vztlakových klapek.

Ochlazený stlačený vzduch putuje zpět do karburátoru. Zde vzniklá směs paliva a vzduchu prochází plynovou přípustí do rotoru (angl. impeller) dmychadla (kompresoru, který je součástí motoru), kde je dále stlačována, a až poté je vstřikována do válců motoru.  Stlačený vzduch z turbokompresoru se tedy využívá a) v nižších výškách k navýšení plnícího tlaku nad běžně dosažitelnou hodnotu a b) k udržení dostatečného plnícího tlaku ve velkých výškách, kde je již příliš řídký vzduch na to, aby motor mohl za obvyklých podmínek udržet stejný výkon, jako v nižších letových hladinách.

Pozn. klapky mezichladiče se nedoporučuje nikdy plně zavírat. Podle orig. manuálu musí být dokonce při rychlostech vyšších než 350 mph v pozici neutral, tj. otevřené na 50%.

Pilot má k dispozici ovládací páku „turba“, někdy také označované jako „boost“, která se nachází vlevo od páky plynové přípusti. Tato páka reguluje množství výfukových plynů, které proudí k turbíně. Pilot musí při ovládání páky „turba“ dbát na to, aby turbína nepřesáhla povolený maximální počet otáček – k tomu slouží otáčkoměr turbíny umístěný v levé horní části přístrojové desky a světelná kontrolka vedle něj. Pokud kontrolka bliká, je turbína funkční (roztočená) a její otáčky jsou v povoleném rozsahu. Jakmile kontrolka začne svítit konstantně (přestane blikat), je to znamení, že otáčky turbíny jsou buď na nule a nebo naopak přesáhly povolenou mez a pak pilot musí ihned zareagovat stažení páky turba o něco zpět, aby otáčky turbíny snížil (u verze P-47D-25 kontrolka přestává blikat nad 22 000 RPM u nižších modelů P-47 byl limit na 18 500 RPM).

Světelná kontrolka činnosti turbokompresoru a ukazatel otáček turbíny (žlutá linka na pozici 22 000 RPM ukazuje limit, kdy kontrolka přestává blikat a hrozí poškození turbíny jejím přetočením) umístěné v levé horní části přístrojové desky.

Dalším indikátorem příliš vysokého turba je ukazatel teploty vzduchu v karburátoru (Carb. air temperature), který se nachází v pravé horní části přístrojové desky. Příliš vysoký plnící tlak způsobuje nárůst této teploty.

Ukazatel teploty vzduchu v karburátoru v pravé horní části přístrojové desky. Do 40°C je normál (zeleně), 40-50°C při nouzovém výkonu WEP (žlutě).

Za žádných okolnosti nesmí pilot posunout páku turba před páku plynové přípusti (!), jinak dochází k přílišnému navýšení plnícího tlaku a hrozí poškození motoru. Doporučený postup proto je, používat až do výšky cca 12 000 stop pouze páku plynové přípusti. S dále stoupající výškou pak  začíná (i s plynem na maximu) normálně výkon motoru klesat a je proto možné začít používat páku turbokompresoru jako jakousi sekundární plynovou přípusť, která tomuto poklesu zamezí a udrží stejný výkon motoru až do cca 27 000 – 30 000 stop (v závislosti na verzi letounu). Průběžným posouváním páky turba dopředu se tak postupně kompenzuje stále řidší a řidší okolní vzduch.

Páka ovládání turba (boost) úplně vlevo vedle plynové páky (B). Přepínač na plynové páce aktivuje WEP vstřikováním vody do směsi. P je páka ovládání RPM a M směs.

Je třeba poznamenat, že vzhledem ke konstrukci celého systému reaguje turbína na pohyb páky s jistou prodlevou. Pilot proto s pákou turbokomresoru nesmí prudce „kvedlat“ tam a zpět, ale naopak otáčky turníny zvyšovat či snižovat co nejplynuleji a postupně.

V případě mutnosti (boj v nižší letové výšce) je možné turbo začít využívat už ve výškách nižších než zmíněných 12 000 stop. Jak ale bylo řešeno výše, dochází tak k navýšení plnícího tlaku nad normál, a proto je třeba důsledně sledovat nárůst teploty vzduchu v karburátoru, aby nedošlo k poškození motoru. Je třeba si také uvědomit, že pohon rotoru standardního kompresoru (dmychadla) stojí náš motor cca 300 hp výkonu. Pokud do tohoto rotoru vháníme další stlačený vzduch z turbokompresoru, navyšuje se tím sice plnící tlak, ale zároveň to také stojí náš motor další výkon potřebný na pohon dmychadla, které je díky přísunu z turba více zatíženo.

Pro zjednodušení činnosti práce s turbem je možné spojit páku plynové přípusti a turba a dokonce k nim případně i připojit páku ovládání vrtule. Pak obě nebo dokonce všechny tři páky fungují jako jediná. Jedná se o bezpečný a pro pilota méně zatěžující způsob ovládání turbokompresoru, kdy se s postupným přidáváním plynu také zvyšují otáčky turbokompresoru a nehrozí poškození motoru nebo turbíny v důsledku chybné manipulace s pákami. Je ovšem zřejmé, že tímto způsobem se z motoru zdaleka nedostane maximální možný výkon tak, jako při manuálním ovládání všech pák samostatně. Spojení/rozpojení pák je podle manuálu doporučeno ve výšce cca 7 000 stop.

Pozor ale při bojovém použití, kdy se spojenými pákami může dojít k přetáčení turba, protože s plynem na maximu je turbo díky spojení obou pák nastaveno na vyšší než dlouhodobě povolené otáčky.

Na závěr tři zajímavá videa o P-47 od Grega:

Motory