Oblast techniky

Technické řešení se týká řešení reaktivního dvouproudového motoru se zadním obtokem vzduchu, tvořeného působením aerodynamického obtokového prstence.

Dosavadní stav techniky

Reaktivní motory tvoří skupiny motorů raketových a proudových. Raketové motory jsou druhem reaktivního motoru, jehož činnost nezávisí na prostředí. Palivo i oxidační látku čerpají ze zásobníku, proto fungují i ve vakuu (kosmický prostor). Pracují na principu akce a reakce. Spalování paliva vytváří spaliny, které při vysoké rychlosti opouští výtokovou trysku motoru. Jejich reakční účinek působí silou opačným směrem na motor a také na dopravní prostředek s motorem spojený. Účinek vytékajících spalin (tah raketového motoru) je úměrný součinu hmotnosti spalin a jejich výtokové rychlosti. Na základě stavu paliva můžeme raketové motory rozdělit na motory s tekutým palivem a motory na tuhé palivo. Raketový motor má mezi spalovacími motory zvláštní postavení:

• pracovní látky nezískává během provozu z atmosféry, ale kromě paliva musí mít v zásobě také i dostatečnou zásobu okysličovadla • užitečným výstupem motoru není mechanická práce, ale reakční účinek spalin • kromě pomocných systémů (např. čerpadel, natáčení trysek) neobsahuje v hlavním systému přeměny energie pohyblivé součásti

Druhou skupinu reaktivních motorů tvoří motory tryskové, z nichž hlavním zástupcem je dvouproudový motor. Dvouproudový motor (také turbodmychadlový, turboventilátorový) je druh leteckého motoru, který pracuje na podobném principu jako tryskový motor, tj. na principu zákona akce a reakce. Ve srovnání s tryskovým motorem obsahuje navíc další dmychadlo (ventilátor, angl. fan) a nízkotlakový kompresor, poháněný další turbínou. Vzduch, který vstupuje do motoru, je nejprve stlačený ventilátorem. Jeho část (určená obtokovým poměrem) proudí do vysokotlakové části motoru, zbytek ji však obtéká tzv. obtokovým kanálem. Tah motoru je vyvolán účinkem obou proudů plynů. Na vstupu motoru se nachází vysokotlakový a nízkotlakový kompresor (s oddělenými souosými rotory), který stlačí vzduch a zvýší tím jeho teplotu na hodnotu vhodnou k co nej účinnějšímu efektivnímu zážehu. Směruje do tzv. difůzéru, který vzduch zpomaluje, ale zachovává teplotu. Následují spalovací komory, ve kterých dochází k přidání paliva a jeho zážehu, který způsobí obrovský nárůst objemu plynů. Spaliny projdou přes turbíny vysokotlakého kompresoru a ventilátoru, kterým odevzdají větší část své energie. Pak opouštějí vysokotlaké části motoru a mísí se s obtokovým vzduchem. Větší část tahu motoru s velkým obtokovým poměrem pochází z obtokového kanálu a je aktivována pomocí ventilátoru. Skrz dvouproudový motor protéká podstatně více vzduchu než skrz současný motor jednoproudový. Rychlost výstupních plynů je při stejném výkonu nižší. Dvouproudové motory jsou proto obvykle méně hlučné a mají nižší spotřebu. To je také důvod, proč jsou dnes téměř všechny dopravní a vojenská letadla vybavená těmito motory. Dvouproudové motory vojenských letadel mají obecně malý obtokový poměr ajsou vybaveny přídavným spalováním. Dvouproudové motory jsou nejúčinnější zejména při rychlosti od 500 do 1000 km/h, tedy při rychlosti, ve které je provozována většina komerčních letadel. Dvouproudové motory mají vyšší účinnost ve srovnání s obyčejnými tryskovými motory při nízkých nadzvukových rychlostech (do cca Mach 1,6), ale také mohou být účinné při plynulém použití přídavného spalování, tedy při rychlosti Mach 3 a více. Skrz dvouproudové motory protéká podstatně více vzduchu než přes obvyklé proudové motory. Rychlost vytékajících spalin na výstupu motoru je proto při stejném

- 1 CZ 33657 U1 výkonu nižší. Dvouproudové motory jsou proto obvykle méně hlučné a mají nižší spotřebu paliva (při nižší rychlosti může být na výstupu dosažený lepší poměr mezi hybností a energií, který je závislý na spotřebě energie na jednotku tahu). To je také důvod, proč jsou dnes téměř všechna dopravní letadla (i vojenská) vybavená těmito motory. Problematika těchto motorů souvisí s následujícími patenty a literaturou:

• EP 0459816 Bl European Patent Office, Gas turbine engine powered aircraft environmental control system and boundary layer bleed, George Albert Coffmberry, General Electric Co, 06-01, 1990 • US 7614210 B2 United States, Double bypass turbofan, B. F. Powell, J. J. Decker, Current Assignee: General Electric Co, Feb. 13, 2006 • US 3340689 A United States,Turbojet bypass engine, Attorney, Kueng, Feb. 10, 1966 • US 3390527 High Bypass Ratio Turbofan, July 2, 1968.

Literatura:

• Michael Hacker; David Burghardt; Linnea Fletcher; Anthony Gordon; William Peruzzi (March 18, 2009). Engineering and Technology. Cengage Learning, p. 319. ISBN 978-1-

285-95643-5. Retrieved October 25, 2015. All modem jet-powered commercial aircraft use high bypass turbofan engines [...] • https://en.wikipedia.org/wiki/Turbofan • Decher, S., Rauch, D., “Potential of the High Bypass Turbofan,” American Society of Mechanical Engineers paper 64-GTP-15, presented at the Gas Turbine Conference and Products Show, Houston, Texas, March 1-5, 1964.

• Ulrich Wenger (March 20, 2014), Rolls-Royce technology for future aircraft engines (PDF), Rolls-Royce Deutschland

Výše uvedená řešení reaktivních motorů mají nesporně mnoho výhod, a proto se používají ve stále širším rozsahu. Jejich nevýhodou je nutnost použití ventilátorů s relativně velkým průměrem. Jejich výroba je obtížná a jsou náročné na použité materiály. Průměr ventilátorů je podstatně větší než turbín a spalovacích komor. Spolu s potřebou obtokového prstence to vede ke značnému zvětšení průměru motoru a z toho vyplývajících požadavků na stavbu dalších částí letadla (např. podvozku). Dvouproudé motory mají další nevýhodu oproti původnímu řešení ve větším množství pohyblivých a rotujících částí, která má dopad na jejich výrobní náklady, poruchovost a životnost.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky odstraňuje navrhované technické řešení. Jeho podstata spočívá v tom, že za tryskou reaktivního motoru je umístěn obtokový prstenec (např. v podobě Lavalovy trysky), přes který procházejí spaliny (výfukové plyny) z trysky reaktivního motoru, které v důsledku Bemoulliho jevu strhávají částice obtokového vzduchu ve směru pohybu spalin reaktivního motoru. Reaktivní dvouproudový motor se zadním obtokem vzduchu je tvořen reaktivním motorem s obtokovým prstencem, který je spojen s reaktivním motorem pomocí úchytů obtokového prstence. Proud plynů vystupujících z reaktivního dvouproudového motoru se zadním obtokem vzduchu se skládá ze směsi složené ze spalin reaktivního motoru a obtokového

-2 CZ 33657 Ul vzduchu. Obtokový vzduch je nasáván do obtokového prstence přes jeho přední část, do které je zasunutá zadní část reaktivního motoru spolu s jeho tryskou. Obtokový prstenec je připevněn k reaktivnímu motoru (např. pomocí úchytů obtokového prstence). Tvoří tak spolu pevně spojený celek. Obtokový vzduch je nasáván do obtokového prstence štěrbinou ve tvaru mezikruží, tvořeného vnějším průměrem daným průměrem přední časti obtokového prstence. Vnitřní průměr je daný průměrem reaktivního motoru. Střední a zadní část obtokového prstence je tvarovaná podle výsledků výpočtů a aerodynamických testů tak, aby průtok obtokového vzduchu a spalin reaktivního motoru poskytoval maximální účinnost navrhovaného celku. Ten tvoří dvouproudový motor se zadním obtokem vzduchu a jeho přednosti jsou v podstatě totožné s reaktivním dvouproudovým motorem s předním obtokem vzduchu. Průtok obtokového vzduchu je u něj způsoben náporem vzduchu v důsledku pohybu reaktivního motoru vpřed. Zároveň ve vnitřním prostoru obtokového prstence vzniká (v souladu s Bemoulliho jevem) pohyb vzduchu obtokového prstence směrem kjeho zadní zúžené části. Tento pohyb je způsoben rozdílem tlaků vzduchu mezi přední a zadní částí obtokového prstence. V obtokovém prstenci dochází k míšení částic spalin s částicemi obtokového vzduchu obtokového prstence. Tak jsou tyto částice z ovzduší unášené částicemi spalin, a v důsledku toho dochází k jejich rychlejšímu pohybu. Významná část dříve nevyužité kinetické energie spalin je přenášená do obtokového vzduchu v obtokovém prstenci. V důsledku toho z této soustavy vytéká větší množství plynů a tím je zvětšený tah motoru.

Objasnění výkresů

Technické řešení je dále vysvětleno pomocí výkresu, na obr. 1 je znázorněno obecné uspořádání fúnkčních částí zařízení.

Příklady uskutečnění technického řešení

Na obr. 1 je znázorněný příklad realizace předmětného zařízení. Znázorňuje celkové uspořádání fúnkčních částí zařízení. Reaktivní dvouproudový motor se zadním obtokem vzduchuje tvořen reaktivním motorem 1 s obtokovým prstencem 2 spojeným s reaktivním motorem j. pomocí úchytů 4 obtokového prstence 2. Proud spalin 5 reaktivního motoru 1, vystupujících z trysky 3 reaktivního motoru 1, se skládá ze směsi 6 spalin 5 reaktivního motoru 1 a obtokového vzduchu 7. Obtokový vzduch 7 je nasáván do obtokového prstence 2 přes jeho přední část, do které je zasunutá zadní část reaktivního motoru 1 spolu sjeho tryskou 3. Obtokový prstenec 2 je připevněn k reaktivnímu motoru 1 (např. pomocí úchytů 4 obtokového prstence 2). Tvoří tak spolu pevně spojený celek. Obtokový vzduch 7 je nasáván do obtokového prstence 2 štěrbinou ve tvaru mezikruží, tvořeného vnějším průměrem daným průměrem přední časti obtokového prstence 2. Vnitřní průměr je daný průměrem reaktivního motoru 1. Střední a zadní část obtokového prstence 2 je tvarovaná podle výsledků výpočtů a aerodynamických testů tak, aby průtok obtokového vzduchu 7 a spalin 5 reaktivního motoru 1 poskytoval maximální účinnost navrhovaného celku. Ten tvoří dvouproudový motor se zadní obtokem vzduchu a jeho přednosti jsou v podstatě totožné s reaktivním dvouproudovým motorem s předním obtokem vzduchu. Průtok obtokového vzduchu 7 je u něj způsobený náporem vzduchu v důsledku pohybu reaktivního motoru 1 vpřed. Zároveň ve vnitřním prostoru obtokového prstence 2 vzniká (v souladu s Bemoulliho jevem) pohyb vzduchu 7 obtokového prstence 2 směrem kjeho zadní zúžené části. Tento pohyb je způsoben rozdílem tlaků vzduchu mezi přední a zadní částí obtokového prstence 2. V obtokovém prstenci 2 dochází k míšení částic spalin 5 s částicemi obtokového vzduchu 7 obtokového prstence 2. Tak jsou tyto částice vzduchu strhávané částicemi spalin 5 k rychlejšímu pohybu. Značná část dříve nevyužité kinetické energie spalin 5 je přenášená do obtokového vzduchu 7 v obtokovém prstenci 2.

-3 CZ 33657 U1

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle předkládaného řešení je možné využít v civilním i vojenském letectví, ve všech letadlech a raketách, které se výhradně nebo částečně pohybují v zemské atmosféře.

NÁROKY NA OCHRANU