náhled|Protiběžné vrtule náhled|Protiběžné vrtule na letounu P-51XR Mustang Precious Metal s motorem Rolls-Royce Griffon na závodech Reno Air Races 2014. Letadla vybavená protiběžnými vrtulemi (contra-rotating propellers, CRP) využívají maximální výkon obvykle jednoho pístového nebo turbovrtulového motoru k pohonu páru soustředných vrtulí rotujících proti sobě. Dvě vrtule jsou uspořádány jedna za druhou a výkon je z motoru přenášen planetovou převodovkou nebo převodovkou s čelním ozubením. V angličtině se protiběžné vrtule někdy označují také jako counter-rotating propellers; alternate url tento termín se ale mnohem častěji používá tehdy, když jde o vrtule na oddělených, nesoustředných hřídelích, které se otáčejí opačnými směry.
Provoz Když je vzdušná rychlost letadla nízká, hmota vzduchu proudící skrz disk vrtule (tj. vytvářený tah) způsobuje, že rotující listy vytvářejí značné tangenciální neboli rotační proudění vzduchu. Energie tohoto rotačního proudění je u jednovrtulové konfigurace ztracena a navíc způsobuje problémy v řízení při nízké rychlosti, protože vířivý vzduch naráží do svislé ocasní plochy, čímž letadlo stáčí (yaw) doleva nebo doprava v závislosti na směru otáčení vrtule. Aby se tato ztracená energie využila, umístí se druhá vrtule za první, která dokáže tento narušený vzduch efektivně využít.
Dobře navržená protiběžná vrtule nemá prakticky žádné rotační proudění — protiběžná dvojice rovnoměrně urychluje vzduch skrz celý disk, což vede k vysoké účinnosti a nízkým indukovaným ztrátám. Zároveň kompenzuje asymetrické momenty běžné vrtule. Některé systémy protiběžných vrtulí byly navrženy tak, že se používají pouze při vzletu pro maximální výkon a účinnost a jedna vrtule se při cestovním letu vypíná, aby se prodloužil dolet.
Výhody a nevýhody Točivý moment z páru protiběžných vrtulí se prakticky vyruší. Účinnost protiběžných vrtulí je o 6–16 % vyšší než u běžných vrtulí. Nevýhoda je vysoká hlučnost. Hluk se zvyšuje až o 30 dB v podélném směru (vpřed i vzad) a o 10 dB tangenciálně. Většina tohoto hluku je ve vysokých frekvencích, což omezuje komerční využití. Možnosti snížení hluku jsou: umístění vrtulí do kanálu / gondoly snížení rychlosti špiček listů nebo aerodynamického zatížení menší počet listů či menší průměr zadní vrtule větší vzdálenost mezi přední a zadní vrtulí alternate url
Nevýhoda je vyšší mechanická složitost a hmotnost. Převody umožňující protiběžné otáčení zvyšují hmotnost letounu, což část výkonu zase ubírá. Přesto se soustředné protiběžné vrtule používají u řady vojenských letounů, např. u letounu Tupolev Tu-95 (v kódu NATO „Bear“). Studuje se také jejich možné použití u dopravních letadel.
Použití Zatímco protiběžné vrtule byly zkoušeny v mnoha zemích, ve větším množství je vyráběly pouze Spojené království a Sovětský svaz. První letadlo vybavené protiběžnou vrtulí, které skutečně vzlétlo, bylo ve Spojených státech, když dva vynálezci z Fort Worth v Texasu otestovali tento koncept na vlastním letounu.
Spojené království náhled|vpravo|Protiběžné vrtule na letounu Spitfire Mk XIX Protiběžná vrtule byla patentována F. W. Lanchesterem v roce 1907.
Mezi úspěšnější britská letadla s protiběžnými vrtulemi patří Avro Shackleton poháněný motorem Rolls-Royce Griffon a Fairey Gannet, který používal motor Double Mamba Mk.101. U motoru Double Mamba poháněly dvě samostatné pohonné sekce každá svou vrtuli, což umožňovalo vypnout jednu sekci (motor) za letu, čímž se zvýšila vytrvalost.
Dalším námořním letounem s protiběžnými vrtulemi byl Westland Wyvern. Testovací letoun Martin-Baker M.B.5 používal tento typ vrtule rovněž.
Pozdější varianty Supermarine Seafire používaly motor Griffon s protiběžnými vrtulemi poté, co byla tato konfigurace otestována na letounu Supermarine Spitfire. V případě Spitfiru/Seafiru a Shackletonu byl hlavní důvod použití protiběžných vrtulí ten, aby se zvýšila plocha listů vrtule a tím bylo možné přijmout vyšší výkon motoru, aniž by bylo nutné zvětšit průměr vrtule, který byl omezen výškou podvozku. Short Sturgeon používal dva motory Merlin 140 s protiběžnými vrtulemi.
Prototyp dopravního letounu Bristol Brabazon používal osm motorů Bristol Centaurus, které poháněly čtyři páry protiběžných vrtulí, přičemž každý motor poháněl jednu vrtuli.
Poválečný prototyp létajícího člunu SARO Princess měl také protiběžné vrtule — osm z jeho deseti motorů pohánělo protiběžné páry vrtulí.
SSSR, Rusko a Ukrajina náhled|vlevo|Jedna ze čtyř protiběžných vrtulí na ruském strategickém bombardéru Tu-95 V 50. letech vyvinula sovětská konstrukční kancelář Kuzněcov turbovrtulový motor NK-12. Ten pohání osmilistou protiběžnou vrtuli a s výkonem 15 000 shp (11 000 kW) je to nejvýkonnější turbovrtulový motor ve službě. Čtyři motory NK-12 pohánějí Tupolev Tu-95 Bear, jediný turbovrtulový bombardér, který kdy vstoupil do služby, a zároveň jedno z nejrychlejších vrtulových letadel vůbec. Odvozený dopravní letoun Tupolev Tu-114 drží světový rychlostní rekord pro vrtulová letadla. Tu-95 byl také prvním sovětským bombardérem s mezikontinentálním doletem. Letouny Tu-126 (AEW&C) a Tu-142 (námořní hlídkový) jsou další konstrukce poháněné NK-12, odvozené z Tu-95.
Motor NK-12 pohání i další známý sovětský letoun — Antonov An-22 Antej, těžký transportní stroj. V době svého uvedení byl An-22 největším letadlem na světě a dodnes je největším turbovrtulovým letadlem vůbec. V 60.–70. letech vytvořil několik světových rekordů v kategoriích poměru maximálního užitečného zatížení k výšce a maximální hmotnosti vynesené do výšky.
Menší pozornost získal motor NK-12 u letounu A-90 Orljonok, středně velkého sovětského ekranoplánu. A-90 používá jeden motor NK-12 umístěný na vrcholu ocasu do T, doplněný o dva dvouproudové motory v přídi.
V 80. letech pokračoval Kuzněcov ve vývoji výkonných systémů s protiběžnými vrtulemi. Motor NK-110, testovaný koncem 80. let, měl konfiguraci čtyři listy vpředu a čtyři vzadu, stejně jako NK-12. Průměr jeho vrtule byl 4,7 m, tedy menší než u NK-12 5,6–6,2 m, ale výkon dosahoval 21 007 hp (15 665 kW) a poskytoval vzletový tah 40 000 lbf (177 kN). Ještě výkonnější byl NK-62, vyvíjený téměř celé desetiletí. NK-62 měl stejný průměr i konfiguraci vrtulí jako NK-110, ale nabízel vzletový tah 55 000 lbf (245 kN). Varianta NK-62M měla vzletový tah 64 100 lbf (285,2 kN) a nouzový tah až 70 700 lbf (314,7 kN). Na rozdíl od NK-12 však tyto pozdější motory nebyly žádnou konstrukční kanceláří zavedeny do služebních letadel.
V roce 1994 představil Antonov letoun An-70, těžký transportní stroj. Je poháněn čtyřmi motory Progress D-27 s protiběžnými vrtulemi. Charakteristika motoru D-27 a jeho vrtule z něj činí propfan, tedy hybrid mezi turbovrtulovým a dvouproudovým motorem.
USA náhled|Douglas XB-42 Mixmaster Spojené státy pracovaly s několika prototypy, včetně Northrop YB-35, XB-42 Mixmaster, Douglas XTB2D Skypirate, Curtiss XBTC, A2J Super Savage, Boeing XF8B, XP-56 Black Bullet, Fisher P-75 Eagle, a také vertikálně startujících stíhaček VTOL Convair XFY „Pogo“ a Lockheed XFV „Salmon“ a průzkumného letounu Hughes XF-11. Létající člun Convair R3Y Tradewind vstoupil do služby s protiběžnými vrtulemi. Nicméně v té době pístové i turbovrtulové stroje dosahovaly svého vrcholu a nové technologické směry, především nástup čistých proudových a dvouproudových motorů bez vrtulí, znamenaly rychlé zastarání těchto konstrukcí.
Americký výrobce vrtulí Hamilton Standard zakoupil v roce 1983 jeden Fairey Gannet, aby studoval vliv protiběžného otáčení na hluk vrtule a vibrační namáhání listů. Gannet byl obzvlášť vhodný, protože jeho nezávisle poháněné vrtule umožňovaly přímé porovnání protiběžného a jednoběžného režimu.
Ultralehká letadla Rakouská společnost Sun Flightcraft distribuuje převodovku s protiběžnými hřídeli pro použití s motory Rotax 503 a 582 u ultralehkých a mikrolehkých letadel. Zařízení Coax-P, vyvinuté Hansem Neudorferem ze společnosti NeuraJet, umožňuje motorovým závěsným kluzákům a padákům zvýšit výkon o 15–20 % a současně snížit reakční moment. Výrobce rovněž uvádí nižší hladiny hluku při použití dvojice protiběžných vrtulí s převodovkou Coax-P.
Odkazy
Reference
Externí odkazy
Kategorie:Konstrukce letadel Kategorie:Letecká terminologie