Enciklopedija letalstva

Enciklopedija letalstva (574)

21 Mar 10
Napisal

Težko je določiti, kateri način prikaza zračnega prostora je najboljši, saj je sestava le-tega zelo kompleksna, ob bolj podrobnem pogledu pa morda celo zapletena. Nekatere vrste zračnega prostora so bolj omejujoče od drugih. Določeni segmenti se pogosto nahajajo znotraj drugih, zato si je zračni prostor morda najlažje predstavljati kar v treh dimenzijah. Če upoštevamo, da določena letališča niso odprta neprekinjeno, pa lahko uporabimo še čas, kot četrto dimenzijo. To pomeni, da v obdobju, ko neko letališče obratuje v njegovem območju oz. terminalni coni velja določen režim oz. omejitve, ko letališče ne obratuje, pa veljajo drugačne omejitve. Takšna primera najdemo tudi pri nas v Sloveniji, in sicer na letališču Portorož (LJPZ) in Maribor (LJMB). Obe letališči namreč ne obratujeta neprekinjeno, tako kot na primer letališče JP Ljubljana.

Največ informacij o klasifikaciji zračnega prostora neke države najdemo v Zborniku zrakoplovnih informacij (AIP), nekaj pa tudi na t. i. Jeppesenovih kartah, ki jih vsako leto izdaja istoimensko podjetje. Nekatere države, ki imajo letalstvo in vzporedno s tem dobro razvito tudi kartografijo, takšne ali še boljše karte izdelujejo same.

Ob pogledu v AIP, si bralec zelo težko predstavlja, kako je slovenski zračni prostor klasificiran oz. kje se kakšen izmed segmentov natančno nahaja. Zato je ob branju skoraj nujen pogled tudi na VFR karto. V Sloveniji lastne VFR karte (še) nimamo izdelane, zato se najpogosteje uporablja karta VFR GPS Jeppesen. Prav gotovo bo potrebno vložiti nekaj truda in sredstva, da bomo tudi v Sloveniji dočakali oz. izdelali svojo lastno karto. Letalski zanesenjaki in VFR piloti prav gotovo pogrešajo tudi VFR priročnik (t.i. manual), ki ga ima marsikatera država. Pri nas je zaenkrat v ta namen na voljo le VFR bilten, ki ga izdaja Kontrola zračnega prometa Slovenije, d. o. o. (v nadaljevanju: KZPS), v njem pa se nahajajo osnovne informacije o sestavi zračnega prostora in nekaj pravil ter informacij o VFR letenju. Da ne bo ostalo vse tako črnogledo, naj omenim, da občasno že potekajo različne aktivnosti, ki težijo k temu, da bomo v Sloveniji dobili prvo lastno VFR karto in VFR priročnik.

Zračni prostor  nad republiko Slovenijo je sestavljen iz 4-ih vrst zračnega prostora. Torej iz C, D, E in G zračnega prostora. G zračni prostor ni posebej naveden. Vse skupaj si lahko predstavljamo kot neko škatlo, kjer je spravljenih več manjših.

Največja oz. zunanja škatla je prostor, ki je v vsaki državi poimenovan po glavnem mestu te države s kratico FIR. V Sloveniji imamo torej območje znotraj državnih meja, ki se imenuje FIR Ljubljana. Slovenski zračni prostor se razteza od tal (GND ali AGL), do višine nivoja leta FL 660 (cca 20 km). Kot navedeno, so znotraj tega prostora štiri vrste zračnega prostora. Po namenu pa je znotraj FIR-a še nekaj vrst zračnega prostora, in sicer:

- CTA (control area - nadzorovano območje),
- TMA (terminal control area - terminalna nadzorovano območje),
- CTR (control zone - letališka nadzorovana cona),
- TSA (temporary segregated airspace - začasno dodeljeno območje),
- D (danger area - nevarno območje),
- P (prohibited area - prepovedano območje),
- R (restricted area - omejeno območje),
- TA (training area - trenažno območje).

Celotni zračni prostor FIR Ljubljana se v grobem deli na dva dela CTA zračnega prostora, in sicer:
- Lower CTA Ljubljana (spodnja plast CTA), ki sega od tal (GND) do FL 245 in
- Upper CTA Ljubljana (zgornja plast CTA), ki sega od FL 245 do FL 660.

Pri tem Lower CTA vsebuje C, D, E in G vrste zračnega prostora, Upper CTA pa le C vrsto. Oba zračna prostora prekrivata območje celotne države.

Bolj se bližamo tlom, bolj je zračni prostor razdeljen. Za lažjo predstavo so opisi različnih vrst zračnega prostora opisani v takšnem zaporedju, kot so navedeni v slovenskem AIP.  

CTA Dolsko: cta_dolsko.jpg

Vrsta zračnega prostora Višina
C FL 195 – FL 245
D FL 175 – FL 195


Zračni prostor CTA Dolsko se nahaja nad območjem zahodno od linije Ruše in sovpada z avstrijsko, italijansko in hrvaško mejo (modra barva). V delu, kjer se nahaja ta črta, je pravzaprav manjša posebnost našega zračnega prostora. Zračni prostor vzhodno od te mejne črte (bela barva) je namreč delegiran avstrijski kontroli zračnega prometa in sicer od višine FL 125 kljub temu, da se nahaja nad slovenskim ozemljem. Mejna črta poteka skozi kraj Ruše in po njem je dobila tudi ime ''Ruse line''.

TMA Dolsko 1: 

Vrsta zračnega prostora Višina
D 7.500 FT MSL(2) – FL 175
E 2.500 FT AGL(1) –  7.500 FT MSL


tma_dolsko-1.jpg

(1) AGL (above ground level – nad tlemi)
(2) MSL (main sea level – nadmorska višina)

Zračni prostor TMA Dolsko 1 na vzhodni strani prav tako meji na liniji Ruše in se nahaja pod plastjo prostora CTA Dolsko. Severna meja tega zračnega prostora je pomaknjena bolj južno, v grobem meji na Alpe.

TMA Dolsko 2: 

Vrsta zračnega prostora Višina
D 9.500 FT MSL – FL 175

tma_dolsko_2.jpg

Zračni prostor TMA Dolsko 2 sega do iste višine kot TMA Dolsko 1 z razliko, da je spodnja meja višja. Ta vrsta zračnega prostora pokriva področje Alp.


CTA Mura 1: 

Vrsta zračnega prostora Višina
C FL 195 – FL 245
D  FL 125 – FL 195
C 7.500 FT MSL –  FL 125
E 2.500 FT AGL  – 7.500 FT MSL

cta_mura_1.jpg

Zračni prostor CTA Mura 1 se nahaja na skrajnem vzhodnem delu Slovenije, na zahodni strani pa jo, tako kot Dolsko, meji linija Ruše. D in C vrsta zračnega prostora nad višino FL 125 v Mura 1 sta delegirana avstrijski kontroli zračnega prometa. Pod višino FL 125 pa je zračni promet pod nadzorom slovenske kontrole zračnega prometa. V primeru, ko letališče v Mariboru ne obratuje, je zračni prostor tak, kot je opisano v tabeli, če pa mariborsko letališče obratuje, je zračni prostor pod FL 125 klasificiran drugače, kar je opisano tudi v nadaljevanju (opis TMA Maribor 1 in 2).

TMA Mura: 

Vrsta zračnega prostora Višina
D FL 125 – FL 175

tma_mura.jpg

Zračni prostor TMA Mura se prav tako nahaja na skrajnem vzhodnem delu Slovenije znotraj zračnega prostora CTA Mura 1. Tudi ta del zračnega prostora je delegiran avstrijski kontroli zračnega prometa.


TMA Ljubljana 1: 

Vrsta zračnega prostora Višina
C 1.000 FT AGL – FL 125

tma_ljubljana_1.jpg

Zračni prostor TMA Ljubljana 1 je terminalni prostor letališča Ljubljana ter se nahaja nad in okoli njegove okolice. V tem zračnem prostoru so izpeljane standardne priletne in odletne procedure (SID in STAR), v njem pa se nahaja tudi letališka cona oz. zračni prostor CTR Ljubljana.

TMA ljubljana 2: 

Vrsta zračnega prostora Višina
C 9.500 FT MSL – FL 125

tma_ljubljana_2.jpg

Zračni prostor TMA Ljubljana 2 je prav tako del terminalnega prostora letališča Ljubljana in se nahaja na skrajnem severu Slovenije, na področju Kamniških Alp in Karavank. Tudi ta del zračnega prostora ščiti priletne in odletne procedure.


TMA Maribor 1: 

Vrsta zračnega prostora Višina
C 2.500 FT MSL – FL 125

tma_maribor_1.jpg

Zračni prostor TMA Maribor 1 je na novo uveden zračni prostor v letu 2008, kar je posledica spremenjenih procedur na mariborskem letališču. Ta prostor se nahaja južno od letališke cone CTR Maribor vendar le v obdobju,  ko mariborsko letališče obratuje. V času ko letališče Maribor ne obratuje, je razvrstitev zračnega prostora CTR Maribor in TMA Maribor enaka razvrstitvi CTA Mura 1, CTA Mura 2 in TMA Dolsko 1.

Pred vstopom v zračni prostor TMA Maribor in CTR Maribor se morajo piloti javiti na frekvenco APP Maribor 119.200 MHz. čŒe odgovora ni, se morajo piloti javiti na frekvenco APP Ljubljana 135.275 MHz, 136.000 MHz ali FIC Ljubljana 118.475 MHz. Pred spremembo je bil terminalni prostor okoli Maribora le eden. Izven delovnega časa letališča mora biti polet ali pristanek najavljen vsaj 24 ur vnaprej.

TMA Maribor 2: 

Vrsta zračnega prostora Višina
C 7.500 FT MSL – FL 125
D 3.500 FT MSL – 7.500 FT MSL
E 1.000 FT AGL – 3500 FT MSL

tma_maribor_2.jpg

Zračni prostor TMA Maribor 2 je večji, kot južni terminalni prostor, le da je na nižjih višinah manj restriktiven (E prostor). Ostale lastnosti in opis so enake, kot pri TMA Maribor 1.


TMA Portorož: 

Vrsta zračnega prostora Višina
C 1.000 FT AGL – FL 135


tma_portoroz.jpg

Zračni prostor TMA Portorož ima enako funkcijo, kot terminalna prostora okoli letališča Ljubljana in Maribor. Prostor ščiti priletne in odletne procedure z in na letališče Portorož.

08 Jun 07
Napisal

Vstopišče zraka običajno zajemajo v opis motorja kot njegov sestavi del, čeprav po svoji funkciji to zagotovo ni, ampak je del gondole motorja. Njegov prvenstveni namen je zagotavljanje dotoka svežega zraka v kompresorski del motorja. Zveni preprosto, vendar mora biti vstopnik oblikovano tako, da v vseh režimih leta zagotavlja stabilen in enakomeren dotok zraka ter s tem nemoteno delovanje motorja. Vstopnik mora iz okolice usmeriti v motor čim več svežega zraka ob minimalnih izgubah zaradi trenja. Idealen vstopnik (brez trenja) bi ves totalni tlak spremenilo v statični tlak.

 

vstopnik_za_zrak_cougar_as532al.jpgvstopnik_za_zrak_letala_mig-21_z_notranje_strani.jpg



Pri podzvočnih hitrostih letenja je vstopnik divergentne oblike, njegov presek se povečuje – hitrost dotekajočega zraka se zmanjšuje, statični tlak pa povečuje.

Pri nadzvočnih hitrostih mora vstopnik dotekajoči zrak upočasniti na primerno hitrost. To doseže s konvergentno-divergentno obliko.

Pri letalih, ki letijo v obeh režimih, je vstopnik zraka običajno geometrijsko spremenljivo. Tako zagotovimo minimalne izgube, ki bi se sicer pojavljale zaradi tlačnih skokov.

10 Avg 18
Napisal

Osnovna naloga izpušnega sistema je umiriti in stabilizirati tok produktov zgorevanja, ko zapustijo turbino, ter jim ob izstopu iz izpušnega sistema povečati hitrost. Izpušni sistem obenem preprečuje prenos toplote na ostale dele letala in z vgrajeno zvočno izolacijo zmanjšuje hrup motorja.

izpusni_del_helikopterja_bell_412.jpgizpusni_del_motorja_tumanski_r-25-300.jpg

Izpušni sistem ima v osnovi dve obliki prečnega prereza; konvergentno in konvergentno-divergentno. Ko je razmerje tlakov plinov ob vstopu in izstopu iz izpušnega sistema tako, da je hitrost izstopajočih plinov manjša od lokalne zvočne hitrosti, je izpušni sistem oblikovan tako, da ustvarja konvergentni izstopni kanal. V nasprotnem primeru - kadar je torej razmerje tlakov tako, da omogoča hitrosti izstopnih plinov, višje od zvočne - je izpušna cev konvergentno-divergentne oblike. Plini dosežejo zvočno hitrost v grlu, kjer je kanal najožji, od tam naprej pa jim hitrost narašča. Da bi bil izkoristek v vseh režimih delovanja motorja čim višji, imajo izpušne šobe spremenljiv čelni presek.

x31_3d_izpusne_sobe.jpg

Superkrmarljiva letala imajo spremenljivo obliko izpušne šobe, kar jim omogoča izvajanje neverjetnih letalskih figur in takorekoč premagovanje osnovnih zakonov fizike. Ameriško - Nemški X-31 je bil demonstrator te tehnologije. Danes je ta sistem zelo uspešno uporabljen na ruskem večnamenskem lovcu MiG-29 OVT.

Izpušni sistem je zgrajen iz na temperaturo odpornih materialov (nikelj, titan), saj temperature plinov v njem dosežejo do 850°C, ob uporabi sistema za dodatno zgorevanje pa tja do 1500°C. Izpušna komora je običajno dvostenska; v vmesnem prostoru teče hladnejši zrak, ki ohlaja notranjo steno komore.

07 Jun 07
Napisal

Nekatera letala v določenih situacijah (vzlet, manever) potrebujejo dodatno potisno moč. Najpogosteje se pravzaprav uporablja pri motorjih, ki poganjajo bojna letala. To jim omogoča sistem za dodatno zgorevanje. Produktom zgorevanja, ki zapustijo turbino in imajo dovolj visoko temperaturo, vbrizgamo dodatno gorivo. To se zgodi v posebni komori, ki je dodana pred izpušnim sistemom. Gorivo tu zgori, energija, ki se ob tem sprosti, pa se kaže kot povečanje kinetične energije izstopnim plinom. To pomeni večje izstopne hitrosti plinov oziroma večji potisk motorja. Poraba goriva in hrup motorja se ob tem močno povečata. Sistem za dodatno zgorevanje se uporablja le kratek čas.

izpusni_del_motorja_mig-21.jpg

Edino potniško letalo na svetu z vgrajenim sistemom za dodatno zgorevanje je bil concorde, ki ima vgrajene štiri turboreakcijske motorje Rolls Royce SNECMA Olympus 593 mk 602, ki mu omogočajo potovalno hitrost okoli Machovega števila 2. Po tragediji v bližini Pariza leta 2000, ko je kmalu po vzletu strmoglavil concorde družbe Air France, se je zaupanje v to letalo zmanjšalo v tolikšni meri, da letenje z njim ni več rentabilno. Leta 2003 so concorde umaknili iz potniškega prometa.

09 Avg 18
Napisal

Zgorevalna komora je prostor, kjer se gorivo in stisnjeni zrak zmešata in zgorita. Proces poteka kontinuirano, pri tem pa se iz kemične energije, ki je shranjena v gorivu, pridobiva kinetična energija. Nadzorovana eksplozija zmesi goriva in zraka zagotavlja vso potrebno energijo za pogon kompresorja, pomožnih pogonskih enot ter potisk letala. Pri turboreakcijskih in turboventilatorskih motorjih se približno 75 % sproščene energije porabi za pogon kompresorja in pomožnih pogonskih enot, ostalo pa za potisk letala (curek zraka). Pri turbovijačnih in turbogrednih motorjih pa se večina pridobljene energije porabi za pogon kompresorja in pomožnih pogonskih enot. Hitrost izpušnih plinov bistveno ne vpliva na potisk letala.

zgorevalna_komora_v_razlicnih_izvedbah_virlercnasa.jpg

Zgorevalna komora je zgrajena tako, da omogoča čim boljše mešanje zraka in goriva ter s tem čim boljše zgorevanje (čim nižje emisije). Kerozin najbolj učinkovito zgoreva pri razmerju 15:1 v korist zraka. Celotno razmerje zrak/gorivo v motorju pa je med 150-200:1. To pomeni, da je presežek zraka večji od 10. In ta presežek se porabi za različne namene (hlajenje, dodatno zgorevanje …).

obrocasta_zgorevalna_komora.jpg

Zgorevalna komora je razdeljena na primarni in sekundarni del. Še preden se komprimiran zrak vodi v zgorevalno komoro, se razdeli na dva dela. Primarni del zraka (približno 15-20 %) se vodi v neposredno bližino gorivnih šob, kjer se zavrtinči in zmeša z gorivom ter zgori. Sekundarni tok zraka se ponovno razdeli na dva dela. Do 10 % se porabi za dokončanje zgorevalnega procesa, ostali zrak pa za hlajenje ohišja zgorevalne komore ter nenazadnje za hlajenje produktov zgorevanja, ki morajo - preden dosežejo turbinske lopatice - izgubiti nekaj temperature. Kaj lahko bi se namreč zgodilo, da bi bila temperatura po zgorevanju previsoka, s tem pa bi lahko prevroči plini deformirali turbinske lopatice. V najslabšem primeru bi to lahko privedlo do poškodbe turbinskega dela motorja in končno fizične poškodbe motorja. Zgorevalna komora mora zagotavljati kontinuiran, stabilen in temperaturno enakomeren masni pretok plinov na turbinski del motorja.

sodckasta_zgorevalna_komora.jpg

Ločimo več vrst zgorevalnih komor. V zgodnje turbinske motorje so vgrajevali sodčkaste zgorevalne komore, ki so bile razporejene po obodu jedra motorja. Vsaka zase je bila samostojna, skupaj pa so predstavljale celoto. Na zadnjem delu komor je oblikovan poseben prostor, ki naprej zagotavlja enakomeren dotok plinov na turbinske lopatice. Kasneje so razvili komore obročaste oblike, ki so danes najbolj razširjene. Dva obroča drug v drugem sta postavljena okrog jedra motorja. Zgorevanje se dogaja v vmesnem prostoru, tudi tu pa so produkti zgorevanja vodeni na turbinski del. Sčasoma se je pojavila kombinacija obeh komor ter komora z nasprotnim tokom zraka. Slednje delujejo na povsem enakem načelu kot prej opisane, le da je tok zraka v komoro speljan po posebnem sistemu cevi. Zgorevalna komora je v tem primeru postavljena okrog turbine v nasprotni smeri letenja. Zrak iz kompresorja mora, preden pride do turbine, dvakrat spremeniti smer za 180°, enkrat pred komoro in enkrat za njo. Takšni motorji (npr. JT-15, PT6, Garrett TPE311) so precej krajši in lažji, njihov izkoristek pa je zaradi trenja ob spremembi smeri toka zraka manjši.

Zgorevalne komore so zgrajene iz materialov, ki dobro prenašajo visoke temperature in so nekorozivni. Materiali morajo vzdržati velike vibracije, ki jih povzroča motor. Zgorevalne komore gradijo iz nikljevih zlitin, v prihodnje pa jih bodo najverjetneje nadomestili keramični kompozitni materiali.

Pomemben del zgorevalne komore je tudi sistem za vžig.

07 Jun 07
Napisal

Ločimo centrifugalne in aksialne kompresorje. Oboji so konstruirani tako, da stiskajo zrak. Zraku se med kompresijo zmanjšuje volumen in povečuje temperatura. Pri izstopu iz kompresorja ima zrak torej povečano notranjo energijo.

Tako centrifugalne kot aksialne kompresorje je zaradi velikih mas, ki se vrtijo z visokimi vrtilnimi frekvencami, pred zagonom motorja treba uravnotežiti. Vsaka ekscentričnost kompresorja bi lahko povzročila fizične poškodbe celotnega motorja.

Centrifugalni kompresor

Centrifugalni kompresor je sestavljen iz treh glavnih delov: rotorskega diska (impelerja), na katerem so kompresorske lopatice, statorskega dela (difuzorja), ki je hkrati tudi zunanji del kompresorja, ter razdelilnika, prek katerega stisnjeni zrak preide v zgorevalno komoro.

centrifugalni_kompresor_virlercnasa.jpg

Impeler in difuzor skupaj predstavljata kompresorsko stopnjo. Motor ima lahko vgrajenih več zaporednih centrifugalnih kompresorskih stopenj. Danes se najbolj množično uporabljajo enostopenjski in dvojni enostopenjski kompresorji v različnih kombinacijah. Centrifugalni kompresor deluje tako, da zrak, ki vstopa v kompresor blizu središča vrtenja kompresorja, pospešuje proti njegovi zunanjosti. Zaradi velike vrtilne frekvence in oblike rotorskih lopatic zrak pridobi veliko hitrost. Difuzor, ki ta zrak ustavlja, poskrbi, da se njegova hitrost zmanjša, hkrati pa mu poveča statični tlak. Centrifugalni kompresorji lahko z eno stopnjo dosežejo kompresijsko razmerje do 5:1, z uporabo sodobnih materialov, ki omogočajo večje vrtilne frekvence (večja centrifugalna obremenitev lopatic), pa to razmerje doseže tudi večje vrednosti.

Aksialni kompresor

aksialni_kompresor_virlercnasa.gif

V aksialnem kompresorju teče zrak v aksialni smeri skozi serijo rotorskih in statorskih lopatic. Par rotorskih in statorskih lopatic imenujemo kompresorska stopnja. Več kompresorskih stopenj predstavlja serijo. Reakcijski motorji imajo eno ali več vreten, ki so med seboj ločena. V tem primeru govorimo o eno-, dvo- ali trivretenskih turbinskih motorjih (single, dual oziroma three spool turbojet).


vecstopenjski_aksialni_kompresor_virwebmitedu.jpg

Več vreten omogoča boljši izkoristek kompresorja. Hitrost komprimiranega zraka se namreč v aksialni smeri rahlo zmanjšuje, to pa lahko privede do dušenja kompresorja in nenazadnje do fizičnih poškodb. To bi se lahko zgodilo, kadar motor obratuje pri nižjih obremenitvah, kot so tiste, za katere je bil skonstruiran. Temu se izognemo z dvo- ali trivretenskim turbinskim motorjem. Vrtilna frekvenca posameznih kompresorskih serij je različna in zrak zato lahko nedušeno prehaja naprej. V trivretenskem turbinskem motorju se hitrost visokotlačne turbine (N3) krmili z dotokom goriva. Ostali dve turbini (N1 in N2) se vrtita s trenutnima najboljšima hitrostma. Težave z dušenjem kompresorja se lahko rešujejo tudi s spremenljivim kotom statorskih lopatic ter z izpustnim ventilom, ki odvečnemu zraku omogoča pretok v atmosfero.

hitrost_in_tlak_zraka_skozi_kompresor_virwebmitedu.jpg

Prečni prerez aksialnega kompresorja pokaže, da se pretočni kanal zmanjšuje v smeri toka zraka. Kompresorske lopatice so zato z vsako kompresorsko stopnjo krajše. Zrak skozi kompresorske serije pridobiva notranjo energijo – zmanjšuje se mu volumen ter povečujeta tlak in temperatura. Prirastek tlaka v kompresorski stopnji je od 10-30 odstotkov. Da bi dosegli razmerje 5:1, ki ga zmore centrifugalni kompresor z eno stopnjo, tako potrebujemo od 5 do 8 aksialnih kompresorskih stopenj. Prav zaradi tega so aksialni kompresorji mnogo daljši in kompleksnejši za izgradnjo. Njihov čelni presek je manjši, kar zmanjšuje upor letala. Hkrati so mnogo občutljivejši na poškodbe, njihovo vzdrževanje pa je mnogo dražje. Njihova prednost je omogočanje visokih tlačnih razmerij, ki dosežejo vrednosti 30:1 in več ter relativno majhen čelni presek.


kompresorske_lopatice_vireads.jpg

Kompresorske lopatice se izdelujejo iz materialov, ki prenašajo velike trdnostne, aerodinamične in temperaturne obremenitve, hkrati pa so dovolj lahki. Te lastnosti imajo aluminijeve, magnezijeve, titanove in jeklene zlitine. V nekaterih primerih se uporabljajo tudi kompozitni materiali iz steklenih in ogljikovih vlaken, a le v kompresorskih stopnjah, kjer temperatura zraka še ni previsok.

07 Jun 07
Napisal

V turbini se produktom zgorevanja med ekspanzijo zmanjšajo tlak, temperatura in hitrost. Energija, ki se ob tem sprosti, se uporabi za pogon kompresorja (enega, dveh ali treh), pomožnih pogonskih enot ter za neposreden potisk letala. Turbinski sklop je prek gredi neposredno povezan s kompresorskim delom.

turbinske_lopatice_motorja_tumanski_r-25-300.jpg

Kadar ima motor več stopenj, sta med seboj povezana nizkotlačna turbina in nizkotlačni kompresor ter visokotlačna turbina in visokotlačni kompresor. Stopnja (kompresor-turbina) se vrti z enako vrtilno frekvenco, medtem ko se različni stopnji vrtita pri različnih vrtilnih frekvencah, zaradi česar se izkoristek motorja poveča. Nizkotlačna turbina lahko ob tem poganja še ventilator, prek reduktorja pa tudi vijak. Turbovijačni in turbogredni motorji so skonstruirani tako, da se velika večina sproščene energije iz zgorevalne komore pretvori v delo na gredi. Produkti zgorevanja odtečejo v atmosfero prek izpušne cevi in nimajo omembe vrednega prispevka k potisku plovila.

Ločimo aksialne in centrifugalne turbine, vendar se slednje v letalskih motorjih uporabljajo bolj poredko. Aksialne turbine se razlikujejo po položaju in obliki statorskih in rotorskih lopatic (turbinska stopnja).

Impulzne in reakcijske turbine

Pri impulznih turbinah so statorske lopatice postavljene tako, da tvorijo konvergentni kanal. Zato se produktom zgorevanja v tem območju hitrost poveča, tlak in temperatura pa padeta. Statorske lopatice usmerjajo zrak na rotorske lopatice pod takim kotom, da je izkoristek najboljši – turbina se v tem primeru vrti najhitreje. Rotorske lopatice so postavljene tako, da je hitrost skoznje konstantna, pri čemer tlak in temperatura padata.

odprt_motor_kjer_se_lepo_vidijo_vsi_sklopi_motorja.jpg

Pri reakcijskih turbinah je hitrost zraka skozi statorski del lopatic konstantna. Rotorske lopatice pa so vgrajene tako, da ustvarijo konvergentni kanal. Učinek na stopnji je samo zamenjan, sicer pa je enak kot pri impulznih turbinah. Dejansko so turbinske lopatice konstruirane tako, da imajo na korenu položaj impulzne turbine, na konicah pa položaj reakcijske turbine. Vmes se oblika interpolacijsko spreminja. Podobno kot pri krilu letala, kjer poznamo geometrijsko in aerodinamično zvitje, imajo tudi lopatice za kar najboljši izkoristek energije dotekajočih plinov po dolžini spremenljivo obliko in vpadni kot.

Ob tem so turbinske lopatice podvržene velikim temperaturnim in mehanskim obremenitvam. Temperaturno odpornost lopatic zvišuje kompresorski zrak, ki je hladnejši, v lopatice pa se vpihuje skozi lopatičino notranjost. Ta zrak izhaja iz lopatic skozi majhne luknjice, ki so izvrtane na njihovem prednjem in zadnjem delu. Tako zrak ustvarja zračni film, ki varuje lopatico pred neposrednim stikom z izredno vročimi produkti zgorevanja. Zaradi visokih temperatur se lopatice vseeno deformirajo, materialu pa se spreminja struktura. Po priporočilih standardov naj bi se turbinske lopatice deformirale največ 0,1 % pri obremenitvi 186 kg/cm2 in temperaturi 1380 °F v 300 urah delovanja motorja.

turbinska_lopatica_je_odporna_proti_visokim_temperaturam.jpg

Centrifugalne obremenitve rotorskih lopatic predstavljajo naslednji velik problem. Lopatica, ki ima v statičnem stanju maso 0,09 kg, ima pri 9980 vrtljajih v minuti in 66 cm daleč od osi vrtenja obodno hitrost 350 m/s. Njena teža postane tedaj kar 33.956-krat večja. Zaradi tega se lopatice elastično in plastično deformirajo.

v_trubinskem_delu_motroja_so_lopatice_zracno_hlajene.jpg

Vse te deformacije morajo ostati v sprejemljivih okvirih, zato morajo biti turbinske lopatice izdelane iz izjemno kakovostnih materialov. Nikljeve zlitine (REX78, Nimonic80, CMSX-4, RR3000 … ) z dodatki kroma, kobalda, molibdena ter drugih elementov, iz katerih so lopatice narejene, jim izboljšujejo mehansko odpornost. Dodani aluminij pa lopaticam povečuje protikorozijsko odpornost, ki je nujna zaradi korozijske agresivnosti produktov zgorevanja. Nove tehnologije omogočajo izdelavo lopatic iz okrepljene keramike, ki so mnogo bolj odporne na vse prej omenjene obremenitve. Keramično prevleko imajo tudi kovinske lopatice, zaradi česar se jim močno poveča temperaturna odpornost. To pomeni tudi možnost večjih obremenitev motorja ter posledično večjo koristno moč.

07 Jan 08
Napisal

Vojaška letala so brez dvoma največ prispevala k hitremu razvoju reakcijskih letalskih motorjev, zlasti h gradnji močnejših in zmogljivejših ter ne navsezadnje zanesljivejših in varčnejših motorjev. Praktično ni proizvajalca, ki svojemu bojnemu letalu ne bi skušal vgraditi najzmogljivejših motorjev. Prav od pogonskega sistema je v dokajšnji meri odvisna tudi kakovost bojnega letala samega, njegova nosilnost, manevrske zmogljivosti in podobno. Proizvajalcev motorjev je praviloma manj kot proizvajalcev bojnih letal, projektiranje in proizvodnja motorjev za bojna letala je namreč zelo drago dejanje in zahteva veliko raziskovalno-razvojno bazo ter precejšnje industrijske potenciale in naposled tudi visoko tehnično-tehnološko raven.

ej200_dvostopenjski_turboventialtorski_motor_za_typhoona_vireads.jpg

In če naštejemo, kdo je danadanes sposoben izdelati motor za letalo prve bojne črte. V ZDA sta to General Electric in Prat & Whitney, v Veliki Britaniji Rolls-Royce, v Franciji Snecma, potem so tu že mednarodni konzorciji, kot je na primer Eurojet, pa še vrsta ruskih proizvajalcev, ki se je razredčila na Saturn/Ljulka, Aviadvigatel in morda še kakšnega. Več je seveda licenčnih proizvajalcev, ki pa običajno ne morejo izdelati sami vseh komponent, morda je izjema švedski Volvo Flygmotor, pa še slednji je zaradi tradicionalne švedske nevtralnosti v neprimerljivo privilegiranem položaju.

Prvi reakcijski motorji so bili seveda namenjeni vojaškim letalom. Prvi turboreakcijski motorji so imeli velike specifične potiske in tudi porabo goriva. Svoje vrednosti so lahko izkazali šele pri visokih hitrostih in višinah, na majhnih višinah in pri majhnih hitrostih so bila bistveno bolj neracionalna kot propelerska letala. Turboreakcijska letala so imela omejen obseg uporabe, imela so sicer velik specifični potisk in so pospešila na veliko višino, vendar so porabila tudi veliko količino goriva, kar jih je omejevalo v doletu. Bojna letala za globoke prodore v nasprotnikovo zaledje pa so potrebovala dosti ekonomičnejše motorje za dolge polete na majhnih višinah. Najenostavneje so primeren motor za pogon letala dobili tako, da so sešteli maso motorja in maso goriva, potrebnega za izvedbo naloge, ugodnejši seštevek pa je tisti, ki daje skupaj manjši seštevek mas.

Turboreakcijski motorji so bili v ospredju v šestdesetih letih, ko so jih vgrajevali v takratne lovce z velikimi nadzvočnimi hitrostmi. Značilna primerka sta ameriški F-104 starfighter in sovjetski MiG-21. Za primerjavo: Prvi motorji v letu 1945 so imeli nekaj manj kot 2000 kg potiska, dvajset let kasneje pa že petkrat več. Kar je še pomembnejše za uporabo, je dejstvo, da so v tem času toliko izpopolnili motorje, da so ti dosegli za tretjino manjšo specifično porabo goriva. So pa turboreakcijski motorji primernejši za uporabo na velikih višinah, kjer je zrak redkejši.

letalski_motorji_so_izjemno_kompleskni_stroji_motor_tumanski_r-25-300.jpg

V šestdesetih letih so motorjem dodali komoro za naknadno - dodatno zgorevanje. Zgoreli plini, ki iztekajo iz turbine motorja, imajo namreč še vedno dovolj kisika za gorenje. To velja še posebej za turboventilatorske motorje, pri katerih doteka zrak po obtočnem kanalu. Izpušni plini imajo seveda veliko hitrost in tlak in če se temu dodata še gorivo in iskra, potem bo energija dodatnega goriva povzročila hitro ekspanzijo in tako tudi hitrost iztekanja plinov. Z dodatnim zgorevanjem se pri mirujočem motorju doseže 1,7-krat večji potisk, pretok goriva pa je tudi do štirikrat večji od normalnega. Večji učinek je dosežen pri večjih nadzvočnih hitrostih, saj je specifična poraba goriva na enoto potiska nekoliko manjša.

Dejstvo pa je, da takšen način dodatnega potiska ni ekonomičen, zato je v prvi vrsti namenjen motorjem v vojaški uporabi, vgrajen dodatni motor pa bi predstavljal obremenilno težo. So pa vgradili motorje z naknadnim zgorevanjem tudi pri civilnem potniškem letalu, edinem nadzvočnem, britansko-francoskem concordu.

V osemdesetih letih so vse manj gradili strogo namenska bojna letala in vse bolj večnamenska, zato so prihajali v ospredje gospodarnejši turboventilatorski motorji. Veljajo pa seveda pri izbiri motorjev določena načela, kajti večina večnamenskih letal opravlja svoje naloge tako na velikih višinah kot nizko in pri tem je dostikrat treba sprejeti kompromisno odločitev in vgraditi motor, ki v seštevku delovanja v vseh režimih daje najboljši rezultat. Naslednje vprašanje je odločitev za število motorjev: pri bojnih letalih, kot so prestrezniki, jurišniki in lovski bombniki gre običajno za izbiro med enim samim ali dvema motorjema. Uspešni sta obe konstrukciji.


Več o letalskih motorjih