Archiv rubriky: Motory



Každý, koho zajímají letouny 2. světové války, nejspíše ví, že hlavní nevýhodou motorů Rolls Royce Merlin, používáných během Bitvy o Británii jako pohonné jednotky pro Spitfiry a Hurricany, byl plovákový karburátor. Ten při leteckých manévrech způsobujících negativní přetížení trpěl zaplavením a následným vynecháním motoru. Pilot tak ztratil na několik cenných vteřin výkon motoru a následky si jistě každý umí představit. Zmíněného nedostatku si piloti Luftwaffe ve svých Bf 109 samozřejmě rychle všimli a naučili se brzy využívat výhod svých motorů Daimler Benz s přímým vstřikováním paliva. Zatímco pilot Bf 109 mohli kdykoliv přejít bez obav do střemhlavého letu, museli piloti Spitfirů a Hurricanů provést nejprve půlvýkrut, aby odstředivou silou zabránili zaplavení karburátoru a teprve poté mohli přejít do střemhlavého letu. To samozřejmě jejich protivníkům umožňovalo včas bezpečně uniknout z dostřelu.

Narazil jsem na video s pěknou animací (viz níže), které nejen názorně ukazuje jak (ne)fungoval klasický plovákový karburátor při obrácené poloze letounu, ale ve svém závěru také zmiňuje šikovný nápad, se kterým přišla mladá inženýrka Beatrice Schillingová známá spíše pod přezdívkou Tilly.

Tato talentovaná žena, byla už od svého dětství fascinována motory a věnovala jim všechen svůj čas. Jako mladá absolventka University of Manchester (1932) se například úspěšně účastnila motocyklových závodů, pro které si svůj motocykl dovybavila na svojí dobu revolučním kompresorem. Ten jí umožňoval dosahovat rychlosti až 106 mph.

V r. 1936 začala Tilly pracovat pro Royal Aircraft Establishment (RAE) ve Farnborough. Tady na počátku válečného konfliktu navrhla na pohled jednoduché, ale velmi účinné vylepšení. Před vstupem paliva do karburátoru Merlinu umístila jednoduchý průtokový regulátor vytvořený z mosazného kroužku s otvorem. Velikost otvoru vypočítala na přesný průměr tak, aby umožňoval průtok takového množství paliva, které dostačovalo pro maximální výkon motoru, ale ani o kapku více. Tato drobná vychytávka účinně zabraňovala zaplavení karburátoru při manévrech s negativním přetížením. Navíc úpravu mohli snadno instalovat i mechanici na letištích a nebylo nutné kvůli úpravě letouny přelétávat do továren a zpět. Oficiálně se úprava nazývala “RAE Restrictor“, ale personál RAF dal součástce okamžitě vlastní název: “Miss Shilling’s Orifice”. Raději zde nebudu uvádět překlad, ti kdo anglicky neznají, si mohou dohledat ve slovníku :-)

A nyní již zmíněné video:

Motory



Coffmanův vynález se používal ke startování velkých spalovacích motorů a jeho vznik se datuje do 30. let 20. století. Někdy se mu také říká “shotgun starter” tedy startér ala brokovnice. Roscoe A. Coffman totiž vymyslel geniálně jednoduchý způsob, jak roztočit klikovou hřídel velkých motorů, kdy počáteční energii nutnou k zážehu motoru dodá “výstřel” z patrony.

Nejedná se samozřejmě o výstřel v pravém slova smyslu, pouze se použije podobná patrona jako do brokovnice, pouze větších rozměrů, naplněná explozivním korditem. Při jejím odpálení se vytvoří nárazová vlna stlačeného vzduchu, která, vedena ocelovým potrubím, dorazí k povrchu motoru a nárazem jej roztočí. Jakmile je motor v pohybu, sepne se startér připojený na klikovou hřídel a může dojít k zážehu. Pozdější verze Coffmanova startéru posílaly nárazovou vlnu už nikoli na motor, ale přímo na zpřevodovaný startér, který pak pomocí setrvačníku roztáčel motor.

Za 2. sv. v. se Coffmanův startér úspěšně používal jako alternativa k elektrickým startérům, které měly řadu nevýhod: baterie po čase začaly být slabé a především pro dobíjení vyžadovaly zdroj elektrické energie, která na polních letištích nebývala vždy k dispozici, accu vozíky byly zase velké a samozřejmě ke startování byla nezbytná asistence mechaniků, kteří externí zdroj připojili a po nastartování opět odpojili od letounu.

Akumulátorový startovací vozík

Coffmanovo řešení bylo menší a flexibilnější, mělo však také své nevýhody. Jednak bylo zapotřebí patron, které byly každá z podstaty věci pouze na jedno použití a jednalo se tedy o relativně drahé řešení. Roztočení motoru bylo díky jedinému impaktu stlačeného vzdchu krátké, a motor proto nemusel stihnout včas naskočit a pokus se musel opakovat, samozřejmě za použití další patrony. Hlavní nevýhodou ale bylo zanášení startovacího válce motoru uhlíkem. Aby se uhlík z válce odstranil, musela se vyplýtvat další patrona, která tlakem vzduchu (bez zapnutého zapalování) uhlík z válce vymetla (dobře je to vidět ve video ukázce z filmu Let Fénixe – viz níže). Existovaly různé varianty Coffmanových startérů, některé se zásobníkem na 2-3 patrony jiné na 6 i více patron.

Coffmanův startér ve Spitfiru Mk II na 5 patron.

Nejznámější motory s tímto způsobem startování byly některé verze motorů Rolls-Royce Merlin používaných ve Spitfirech, Pratt and Whitney R-1820 v FM-2 Wildcatech a Napier Sabre II používaný v Typhoonech a Tempestech.

Coffmanův startér pro motor Napier Sabre II.

Existovaly i další podobné systémy startování odvozené od Coffmanova řešení jako např. Breezeho patronový systém. Používala ho většina amerických letadel s hvězdicovým motorem.

Startování Wildcatu pomocí originální patrony a “shotgun” startéru:

A na závěr slavná scéna z filmu Let Fénixe (1965):

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 Clostermann 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