Archiv rubriky: 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



Oktanové číslo paliva (oktanzahl) je velmi důležitým parametrem – čím je vyšší, tím vyšší je také možný kompresní poměr s následným zvýšením teploty a tlaku směsi a výsledkem je vyšší výkon pístového motoru. Někteří vědci ve 30.a 40. letech minulého století přišli s teoriemi, že mocnost, která bude schopna produkovat benzín s vyšším oktanovým číslem, zajistí pro své letecké síly rozhodující výhodu.

V různých diskuzích na internetu se často objevují spory, zda luftwaffe používala kvalitativně horší letecké palivo než spojenci. Pokud ano, znamenalo by to také mj., že veškeré testy ukořistěných strojů Luftwaffe by byly nadhodnocené… Jaká je skutečnost? Podívejme se nejprve, jaká paliva Luftwaffe většinou používala pro pístové motory:

A3 Flugmotorbenzin
Oktanové číslo: 80  (od srpna 1944 pouze 76 oktanový) – jednalo se v podstatě o běžný benzín, jehož oktanové číslo se zvýšilo přidáním ethyl alcoholu.
Zbarvení: světle modré
Značení: žlutý bíle lemovaný trojúhelník s označením A3.
Použití: určeno pro letadla s nízkými výkony a bez kompresoru (např. pro cvičné stroje).

B4 Flugmotorbenzin
Oktanové číslo: 87. Obsahoval tertaethyl olovo a 25% aromatických aditiv.
Zbarvení: tmavě modré.
Značení: žlutý bíle lemovaný trojúhelník s označením B4 a/nebo 87.
Použití: např. motory BMW 132A a Dc, 801A a C, DB 601A a E, Jumo 211F, 213A.

C3 Flugmotorbenzin
Oktanové číslo: 100. Také s tetraethyl olovem a 45% aromatických aditiv.
Zbarvení: tmavě zelené
Značení: žlutý bíle lemovaný trojúhelník s označením C3 a/nebo 100.
Použití: např. motory  BMW 801D a G, DB 601N, 603S a 605A.

Kolorovaná fotografie Bf 109 G-6/R-6 (Fw. H. Bartels, 11./JG 27, Kalamaki, Řecko, 1943). Letoun měl motor DB 605 A a u nádrže označení pro 87 oktanový benzín B4.

Řada motorů byla schopna používat obě verze paliv B4 i C3:

Př.1 B4 se používalo většinou pro bombardéry, ale existují i výjimky, kdy se pro ně, zejména na začátku války, používalo C3 i když to pro tyto stroje nepřinášelo žádný dodatečný výkon navíc (pravděpodobně se v takových případech používalo C3 proto, že bylo aktuálně lépe dostupné).

Př.2 Pro motory Daimler-Benz DB 605 verze DB i BC používané v Bf 109 K-4 bylo možno používat paliva B4 i C3, avšak s následujícím omezením: pro verzi DB bylo možné používat B4 + MW50 nebo C3 bez MW50. Pro verzi BC pak bylo možné použít obou typů paliv s MW50 (směsím GM-1 a MW50 určeným ke zvýšení výkonu motorů se plánuji věnovat v některém z příštích příspěvků blogu).

Př.3 S uvedením nové verze BMW 801D-2 bylo možné pro tento motor začít používat také palivo C3 (na rozdíl od B4 pro BMW 801C).

Pozor, je třeba si uvědomit, že paliva označená oktanovými čísly 87 a 100 jsou vyráběná z přírodních zdrojů ropy (měly označení B2 resp. C2). Německo však v době druhé světové války většinu své produkce benzinu vyrábělo synteticky.  B4 a C3 jsou tedy syntetické ekvivalenty uvedených přírodních paliv a byly vyráběné z uhlí (procesem Fischer-Tropsch). Proto např. C3 má ve skutečnosti oktanové číslo 95/96 (pokud je označeno číslem 100 může to znamenat, že obsahuje další aditiva, které vylepšují jeho vlastnosti).

Pozn. Pokud nad označením (tzv. „palivovým trojúhelníkem“) bylo uvedené bílé velké N, znamenalo to, že se jedná o „natural“, tj. o palivo z přírodního zdroje ropy a nikoli vyrobené synteticky.

Jako zajímavost lze uvést, že směsi všech paliv (benzínových i naftových) se vyráběly ve skutečnosti až v tzv. Wifo depech (Wirtschaftsforschungsamt) podle aktuálních požadavků branných složek armády.

A jaké tedy bylo nejkvalitnější německé palivo C3 v porovnání s benzínem používaným spojenci? Pro zodpovězení této otázky je třeba si uvědomit, že označování paliva bylo odlišné. Spojenci používali u každého paliva dvě oktanová čísla: první pro řídkou směs a druhé pro bohatou. Např. britské letecké palivo v druhé polovině války mělo označení 100/125. Když se o tomto palivu hovořilo, uvádělo se většinou vyšší číslo, tj. číslo označující bohatou směs. V německu se naopak používalo pouze jediné oktanové číslo a to takové, které označovalo směs řídkou. C3 palivo by tedy podle spojeneckých standardů neslo označení 100/130. Údajně mělo lehce horší kvalitu při použití řídké směsi, ale naopak o něco lepší při použití bohaté směsi v porovnání s výše uvedeným spojeneckým palivem. Lze proto uzavřít, že německé palivo C3 bylo zhruba na stejné úrovni jako britské 100/125.

Samozřejmě jinou otázkou je dostupné množsví leteckého paliva. To byl, jak všichni víme, zejména v posledním roce války v německu velký problém. Němci se museli díky nedostatku paliva rozhodovat mezi dvěma možnostmi: létat s menším počtem letadel (případně menší počet misí) a nebo používat letecké palivo horší kvality. Rozhodnutí se většinou dělalo ve prospěch první varianty, protože nebyl zájem obětovat výkon motorů a poskytnout tak spojencům kvalitativní výhodu v leteckém boji.

Ruční tankování paliva do nádrží Fw 190.

Poznámka na závěr: jedním z důvodů, proč se v německu kladl takový důraz na vývoj proudových motorů byl mj. i ten, že palivo pro tyto motory bylo v porovnání s leteckým palivem pro pístové motory mnohem méně náročné na kvalitu a bylo snadnější ho vyrobit. Pro proudové motory bylo určeno především palivo J2 Flugdieselkraftstoff.

 

Motory