Čtyři takty: Nasát, Stlačit, Zapálit, Vyfouknout

I ten nejsložitější moderní proudový motor (odborně zvaný dvouproudový nebo turbofan) funguje na cyklu, který se dá v angličtině shrnout do čtyř rýmujících se slov: Suck, Squeeze, Bang, Blow.

• 1. SÁNÍ (Suck): Vše začíná u toho obřího, titaniového větráku vpředu, kterému říkáme dmychadlo (fan). Ten funguje jako vysavač na steroidech. Nasaje nepředstavitelné množství vzduchu. A tady je první tajemství: Většina tohoto vzduchu (u moderních motorů až 90 %) vůbec nejde do motoru! Dmychadlo ho jen urychlí a pošle kolem motoru (tomu se říká bypass). Právě tento studený vzduch vytváří většinu tahu a zároveň tlumí hluk.
A tady pomáhá i rychlost: Když letadlo letí cestovní rychlostí (kolem 900 km/h), vzduch se do motoru doslova "cpe" sám obrovskou silou (tzv. náporový efekt), což motoru výrazně ulehčuje práci.
• 2. STLAČENÍ (Squeeze): Ten zbytek vzduchu (asi 10 %), který zamíří do středu motoru, čeká peklo. Série menších lopatek zvaná kompresor ho brutálně stlačí. Je to podobné, jako když rychle pumpujete kolo pumpičkou – vzduch se pod tlakem extrémně zahřeje.
• 3. ZAPÁLENÍ (Bang): Tento horký, stlačený vzduch vletí do spalovací komory. Zde se do něj vstříkne letecký petrolej a směs se zapálí. Není to ale výbuch jako v pístovém motoru auta (buch-buch-buch), ale spíše nepřetržitý, kontrolovaný oheň. Představte si to jako gigantický autogen, který hoří neustále. Teplota spalin zde přesahuje 1500 °C.
• 4. VÝFUK (Blow): Žhavé plyny se s obrovskou energií a rychlostí derou ven z motoru.

(Nasát, Stlačit, Zapálit, Vyfouknout)

Jak se to celé nastartuje?

Možná vás teď napadla logická otázka. Aby motor běžel, potřebuje stlačený vzduch. Aby měl stlačený vzduch, musí se točit kompresor. Ale kompresor je poháněn motorem. Jak se tedy ta věc vůbec roztočí z nuly?

Proudový motor se sám nastartovat neumí. Potřebuje k tomu "šťouchnutí" zvenčí.

K tomu slouží zařízení zvané APU (Auxiliary Power Unit). Všimli jste si někdy té malé dírky na samém konci ocasu dopravního letadla, ze které sálá horký vzduch, i když letadlo stojí? To je výfuk APU. Je to vlastně malá, samostatná plynová turbína (v podstatě miniaturní motor, jehož úkolem není tvořit tah, ale energii a stlačený vzduch), umístěná obvykle v ocasu letadla.

(APU (Auxiliary Power Unit))

Geniální smyčka: Proč je vzadu turbína?

Teď se dostáváme k tomu nejdůležitějšímu "AHA momentu". Mnoho lidí si myslí, že ta vrtule vzadu (turbína) je to, co tlačí letadlo vpřed. To je omyl.

Když žhavé spaliny vyletí ze spalovací komory, narazí do lopatek turbíny. Jejich úkolem je odebrat spalinám energii a roztočit se. Turbína je pevnou hřídelí spojena s kompresorem a tím obřím dmychadlem vpředu.

Je to dokonalý, soběstačný kruh:
1. Výbuch vzadu roztočí turbínu.
2. Turbína přes hřídel roztočí dmychadlo vpředu.
3. Dmychadlo nasaje čerstvý vzduch pro další výbuch.

Turbína je tedy "elektrárna", která krade energii výfukovým plynům, aby udržela celý ten kolotoč v chodu. Teprve to, co zbyde, vyletí tryskou ven a přispěje k pohybu letadla.

Dva motory v jednom

Moderní motor, na který se díváte na letišti, jsou ve skutečnosti dva stroje v sobě.

1. Jádro (Core): To je ta hlučná, horká část uprostřed (kompresor, komora, turbína). Její hlavní prací není hýbat letadlem, ale vyrábět energii pro roztočení toho velkého větráku.
2. Dmychadlo (Fan): To je ta obří vrtule v krytu, kterou vidíte zepředu. Právě ona, poháněná jádrem, "odhrne" masivní množství studeného vzduchu dozadu a tím vytvoří většinu tahu.

Klíčový rozdíl: Proč s tím nedoletíme na Měsíc?

Když proudový motor funguje tak skvěle, proč ho nepoužíváme na cestu do vesmíru? Tady narážíme na zásadní rozdíl mezi letectvím a kosmonautikou.

Proudový motor musí dýchat. Aby v něm mohlo hořet palivo, potřebuje kyslík. A ten si bere z okolní atmosféry (nasává ho dmychadlem). Čím výše letíte, tím je vzduch řidší, až motor "zhasne". Ve vakuu vesmíru je proudový motor jen kusem mrtvého kovu.

Raketový motor (jako Raptor ve Starship nebo motory SLS) tento problém řeší hrubou silou. Nemůže spoléhat na to, co je venku, a tak si veze "atmosféru" s sebou. V jedné nádrži má palivo a v druhé čistý tekutý kyslík (okysličovadlo). Díky tomu funguje pod vodou, ve vzduchu i v naprostém vakuu.

Historické okénko: Dva otcové a proč ho nemáte v garáži

Možná vás překvapí, že tento revoluční vynález nemá jen jednoho otce. Vznikl totiž nezávisle na sobě na dvou stranách válečné fronty.

Ve Velké Británii si nechal princip proudového motoru patentovat Frank Whittle už v roce 1930. Ve stejném čase v Německu pracoval na tomtéž mladý fyzik Hans von Ohain. Ačkoliv Whittle měl patent dříve, Němci byli rychlejší v praxi. První proudové letadlo (Heinkel He 178) vzlétlo v utajení v Německu v srpnu 1939, těsně před začátkem války.

(Frank Whittle)

Proč nemáme proudové motory v autech?

V 50. letech inženýři snili o turbínových autech. Proč se neprosadila?

• Reakční doba: Proudovému motoru trvá několik sekund, než se roztočí a zabere. V městském provozu byste šlápli na plyn a auto by vyrazilo, až když už by na semaforu byla zase červená.
• Horké peklo: Výfukové plyny mají stovky stupňů. V koloně byste roztavili nárazník auta za vámi nebo popálili chodce na přechodu.

Žrout, nebo dietář? Šokující pravda o spotřebě

Když vidíte startovat letadlo, možná si říkáte, kolik to "žere". Odpověď je děsivá i uklidňující zároveň.

Velký motor dopravního letadla při startu spotřebuje klidně 1,5 litru paliva každou sekundu. To zní jako ekologická katastrofa. Ale je tu jedno velké ALE.

Proudové motory jsou ve skutečnosti mnohem efektivnější než motory v autech. Zatímco běžné auto využije jen asi 30 % energie z benzínu (zbytek je odpadní teplo), moderní proudové motory dosahují tepelné účinnosti až 50 %. Navíc letí v řídkém vzduchu vysoko nad zemí, kde mají minimální odpor.

Když tu obří spotřebu rozpočítáte na 300 pasažérů, vyjde vám, že moderní letadlo má spotřebu kolem 3 litrů na 100 km na osobu. To je méně, než když jedete sami v autě. Proudový motor je tedy absolutní žrout, ale v přepočtu na vykonanou práci je to překvapivý dietář.

Princip v jedné větě

Až se vás příště někdo zeptá, jak ta věc funguje, můžete říct:

Zjednodušeně řečeno, proudový motor je extrémně výkonný "fukar", který funguje na principu akce a reakce – nasaje obrovské množství vzduchu, stlačením a explozí ho prudce urychlí a vystřelí dozadu (akce), což tlačí letadlo opačným směrem dopředu (reakce).

Od vzduchu k vakuu

Proudový motor je mistrovským dílem efektivity, které nám dovolilo ovládnout oblohu nad naší planetou. Ale abychom se mohli odpoutat od Země a zamířit ke hvězdám, museli jsme se naučit přestat dýchat vzduch a postavit stroje, které si nesou svůj vlastní život s sebou. Ale to už je příběh raketové techniky.