Hnacia jednotka lietadla

Hnacia jednotka Airbusu A380.

Hnacia jednotka lietadla alebo pohonná jednotka lietadla je zariadenie, ktoré dodáva lietadlu energiu potrebnú na prekonanie odporu vzduchu a na získanie doprednej rýchlosti. Je to sústava jedného alebo viacerých motorov s príslušenstvom na zástavbu do draku vrátane vrtule pri vrtuľových jednotkách, schopná vyvolať ťah pre pohon lietadla nezávisle od ostatných pohonných jednotiek.

Hnacou jednotkou, z hľadiska premeny energie na získanie potrebného ťahu môže byť pohon ľudskou silou, alebo vo väčšine prípadov mechanický pohon. Potrebný ťah sa môže vyvodiť pôsobením vrtule pri vrtuľovom pohone, reakčným účinkom vytekajúcich spalín pri prúdovom pohone, alebo kombinovane.

Existujú aj lietadlá bez hnacej jednotky – bezmotorové, ktoré využívajú gravitáciu zeme na prekonanie aerodynamického odporu a dopredný pohyb.

Pohon ľudskou silou

Pohon ľudskou silou bol najpoužívanejší pri prvých pokusoch v začiatkoch letectva. Jeho použitie je komplikované konštrukciou lietacieho aparátu z dôvodu nedostatočného výkonu a nemožnosti zabezpečiť konštantný výkon dlhší čas. Tento typ pohonu patrí len do kategórie hobby a nemá praktické využitie. V súčasnosti jestvujú lietadlá s pohonom ľudskou silou, aj keď v skutočnosti zložitejšie – s akumuláciou a rekuperáciou energie. Lietadlá sú konštruované na báze vysokopevných, ultraľahkých materiálov.

Pohon

Pohon lietadla vychádza zo zmeny chemickej energie viazanej v palive a dodávanej do pohonnej jednotky (motora) na mechanickú energiu dopredného pohybu lietadla. V princípe poznáme dva základné spôsoby pohonu – vrtuľou, kedy dochádza k zmene tlaku vzduchu pred a za vrtuľou. Rozdiel tlaku vyvolá dopredný pohyb. Druhým spôsobom je reaktívny pohon založený na princípe akcie a reakcie. Dopredný pohyb vzniká reakciou na výstupný prúd spalín z pohonnej jednotky. Existuje aj kombinovaný spôsob. Hlavným typom zmeny energie je spaľovanie, čiže chemická reakcia (oxidácia) paliva prebiehajúca v spaľovacom motore, alebo premena naakumulovanej elektrickej energie na mechanickú pomocou elektromotora. Možné sú aj iné vhodné premeny energie (iné chemické reakcie, mechanické akumulátory a pod.).

Spaľovacie motory môžu byť:

• piestový spaľovací motor
• turbínový motor
• reaktívny motor

Pre pohon vrtuľových lietadiel sú prevažne využívané piestové a turbínové motory.

Pre všetky spaľovacie motory používané v lietadlách platia nasledujúce požiadavky:

• váha – motor musí byť konštruovaný tak, aby jeho váha bola minimálna (redukcia hmotnosti pomocou materiálov, alebo redukovaním (optimalizáciou a odľahčením) každej súčiastky).
• rozmery – motor musí zaberať čo najmenej miesta
• modernosť – musí byť úsporný a vysoko účinný
• maximálny výkon – s ohľadom na predchádzajúce dva body.
• odolný – lietadlový motor pracuje pri extrémnych zmenách tlaku a teplôt, za kaźdého počasia, pri vibráciách a preťaženiach.
• opraviteľný – musí byť jednoducho opravovateľný a udržiavateľný, resp. vymeniteľný.

Hnacia jednotka - hviezdicový piestový spaľovací motor Ju 52

Piestové motory

Piestové motory pracujú v uzatvorenom cykle, kde dochádza k zmiešaniu paliva so vzduchom alebo okysličovadlom, zapáleniu zmesi a následnej expanzii, ktorá vykonáva prácu. Väčšinou dochádza k všetkým činnostiam v uzatvorenej spaľovacej komore s jednou pohyblivou stenou – piestom ktorý vykonáva väčšinou posuvný vratný pohyb.(vznetový motor, zážihový motor). Niekedy môže ísť aj o pohyb rotačný (Wankelov motor). Podľa usporiadania piestov delíme piestové motory na radové (valce sú umiestnené v rade – ako v automobilovom motore), usporiadané do V (valce sklonené o 30°-60°), protismerné (valce umiestnené proti sebe) a radiálne (valce usporiadané v kruhu okolo kľukového hriadeľa).

Turbínový motor

Turbínový motor je motor ktorý obsahuje spaľovaciu turbínu. Pracuje s otvoreným teplotným cyklom. Mechanický výkon turbíny sa využíva na pohon kompresorov a mechanizmov prúdových motorov, alebo na pohon vrtúľ a dúchadiel.

Reaktívny motor

Reaktívny motor sa využíva na pohon dopravných prostriedkov (lietadiel) pomocou prúdu plynu vytekajúceho z trysky dýza motora. Pre pohon je využívaný zákon akcie a reakcie. V praxi to znamená že hmota a rýchlosť vytekajúcich plynov sú priamo úmerné hmote a rýchlosti stroja na ktorom je prúdový motor umiestnený. Z hľadiska princípu práce reaktívnych motorov ich môžeme rozdeliť na reaktívne motory kompresorové a bezkompresorové.

• Bezkompresorový reaktívny motor

Ide o reaktívne motory kde dochádza stláčaniu vzduchu v motore náporom vzduchu na vstupe motora. Zvláštnym druhom bezkompresorového reaktívneho motora je raketový motor. V súčasnosti sú používané dva základné druhy bezkompresorových reaktívnych motorov. Je to pulzačný motor a náporový motor. V súčasnosti je vyvíjaný v USA náporový motor pre hypersonické rýchlosti – Scramjet

Pulzačný motor

Pulzačný motor je bezkompresorový reaktívny motor využívajúci k svojej činnosti rezonančné frekvencie plynu vo výstupnej tryske. Vplyvom rezonancie vznikajú vo výstupnej tryske tlakové a podtlakové impulzy (z toho názov pulzačný), ktoré pri vzniku podtlaku zabezpečia nasatie vzduchu do spaľovacej komory. Pri pretlaku dochádza k zapáleniu zmesi a následnému výtoku plynov do trysky motora. Prvýkrát sérivo použité na nemeckých raketách V-1 počas Druhej svetovej vojny.

Náporový motor

Náporový motor je zjednodušená verzia pulzačného motora. Na stlačenie vzduchu v spaľovacej komore je používaný nápor vzduchu pri doprednej rýchlosti lietadla. špeciálnym prípadom náporového motora v angličtine ramjet je hypersonický náporový motor tzv. scramjet(supersonic combustion ramjet). Ide o náporový motor s nadzvukovým spaľovacím procesom, čo znamená že nedochádza k spomaleniu prúdu vzduchu na podzvukové rýchlosti ale spaľovanie prebieha bez spomalenia prúdu vzduchu. Tieto motory sú používané ako pomocné motory pri vysokých rýchlostiach SR-71 Black Bird, rakety KUB. V súčasnosti prebieha viacero výskumných programov pre využitie týchto motorov pre urýchlenie telies v atmosfére pre dosiahnutie nízkej orbity. Známe sú projekty USA (X-43), Ruska (MiG - 2000), Indie a iných.

Raketový motor

Raketový motor

Pracuje bez vonkajšieho prístupu vzduchu. Okysličovadlo je dodávané do motora s palivom. Ide o formu reaktívneho pohonu.

• Kompresorový reaktívny motor

Princíp motora je obdobný ako u jednoduchšieho náporového motora, len kompresia vzduchu v spaľovacej komore je dosahovaná pomocou kompresora. Principiálne môžeme tieto motory členiť na:

motory s axiálnym kompresorom

motory s radiálnym kompresorom.

Z hľadiska toku vzduchu v motore ich môžeme deliť na jednoprúdové a viacprúdové.
Jednoprúdový motor je motor kde prúdenie vzduchu z kompresora je v celom objeme prevedené do priestoru spaľovacej komory a je využité na spaľovanie paliva. Viacprúdový motor má prúd vzduchu z kompresora členený, členenie je vykonávané na stupňoch kompresora. Prúdy sú väčšinou nespájané a výtok z motora je pre každý prúd samostatne. Zvláštnym variantom sú motory s prídavným spaľovaním (forsáž), kde je zvlášť prúd vzduchu samostatne vedený do spojovacieho potrubia výtokovej trysky k forsážnym tryskám. Tento motor pri vyšších rýchlostiach pracuje ako čiastočne náporový. Tieto motory sú v najčastejšie montované na nadzvukové lietadlá.

Iné projekty

Commons

• Commons ponúka multimediálne súbory na tému Hnacia jednotka lietadla