Pohon kompresoru leteckého motoru série DB 601, 605

Moderátor: Hans S.

Odpovědět
lkala
praporčík
praporčík
Příspěvky: 306
Registrován: 26/8/2008, 12:52
Bydliště: Brno

Pohon kompresoru leteckého motoru série DB 601, 605

Příspěvek od lkala »

Pohon kompresoru leteckého motoru série DB 601, 605

Rozhodl jsem se, že se pokusím napsat nějaké články o německých leteckých motorech. Není ale v mých silách ani schopnostech psát nějaké komplexní popisy, vydalo by to na celé knihy. Proto jsem se rozhodl, že zkusím napsat nějakou sérii menších článků, ve které se zaměřením vždy na konkrétní zajímavost, případně netradiční řešení, které se u leteckých motorů německých konstrukcí objevilo.

Jako první věc jsem vybral zajímavě řešený pohon kompresoru u německých leteckých motorů série DB 601 a 605, který byl skutečně ojedinělý. Motory této série jsou vidlicové 12-ti válce, přeplňované mechanicky hnaným odstředivým kompresorem. Odběr výkonu byl stejný, jako u jiných leteckých motorů této doby, tedy mechanickým převodem od klikového hřídele. Na dalším obrázku je celkový řez motorem v kolmé rovině, na kterém je patrné soukolí na konci klikového hřídele.

Obrázek
Obr. č. 1 – řez motorem DB 601 A

V řezu je šipkou vyznačena část, která nás bude v tomto článku zajímat. Na konci šipky je kuželové soukolí, kterým byl řešen pohon kompresoru, který je umístěn vlevo vedle konce šipky. Právě způsob řešení, který zvolili němci mezi kuželovým soukolím a vlastním oběžným kolem, je velmi zajímavý (na tehdejší dobu).
Vraťme se ovšem ještě na okamžik zpět ke kuželovému soukolí. Jeho použití bylo vynuceno uložením kompresoru na levé straně motor, kolmo na válce. Převodový poměr na pastorek hnaného hřídele kompresoru byl u varianty DB 601 A roven 10,39:1. Tento poměr ovšem berte jako ilustrativní, s velkou pravděpodobností se u jednotlivých variant měnil.
Vlevo vedle pastorku je ložisko a poté následuje ono specifikum tohoto motoru, kterým je hydraulická spojka. K této se ještě vrátíme níže. Vlevo vedle spojky, je již na hnaném hřídeli za spojkou další dvojice ložisek a poté již následuje vlastní oběžné kolo kompresoru. K řezu výše se ještě vrátíme, nyní se ovšem podívejme na další obrázek.

Obrázek
Obr. č. 2 – řez pohonem kompresoru motoru DB, série 601, 605

Na tomto obrázku je pěkný řez celého pohonu. Pro upřesnění tedy zopakujme. Hnané kolo (pastorek) je vlevo, toto je v záběru s kolem na konci klikového hřídele. První ložisko je nerozříznuto, poté následuje hydraulická spojka. Další dvojice ložisek je v řezu a vpravo je oběžné kolo kompresoru. Tento typ kompresoru má tzv. spirálový difusor.

Nyní se můžeme vrátit k hydraulické spojce. K důvodů, proč ji němečtí konstruktéři k pohonu tohoto kompresoru použili, budeme muset krátce vysvětlit princip, na kterém tyto spojky fungují. Schématické znázornění hydraulické spojky je na dalším obrázku.


Obrázek
Obr. č. 3 – schéma hydraulické spojky

Hnací část spojky je obvykle nazývaná jako čerpadlo, hnaná jako turbína. Pro naše účely nám bude dostačovat, že čerpadlo při rotaci dodává kinetickou energii kapalině, která ji předává turbíně. K proudění kapaliny mezi čerpadlem a turbínou je třeba určitého rozdílu otáček mezi nimi, takže spojka vždy pracuje s určitým skluzem. Ten je dán rozdílem mezi vstupními a výstupními otáčkami a je roven tomuto výrazu:

Obrázek

Obvykle se udává v procentech.

Na tomto principu pracovala i hydraulická spojka v motorů sérií DB 601, 605. Jako pracovní náplň spojky byl použit motorový olej. Na dalším obrázku jsou rozebrané jednotlivé díly této hydraulické spojky a na nich si provedeme bližší popis.

Obrázek
Obr. č. 4 – hydraulická spojka série DB 601, 605

Přívod oleje je dutým hnaným hřídele, označen A. Do samotné spojky je vyveden otvory v hřídeli, označené písmenem B. Následně jsou vedeny kanály C (hnací část spojky) do části označené D, kterou je hnaná část spojky. Princip činnosti je poté stejný, jako u výše uvedeného schématu. Dodávka oleje do spojky je nutná, protože při průchodu z čerpadla do turbíny a opačně, docházelo ke ztrátám oleje.
Princip regulace otáček byl založen právě na výše popsaném skluzu. Konkrétně, velikost skluzu této spojky byla ovlivňována množstvím oleje, který byl v její činné části. Na tomto principu pracují některé spojky i v současné době (hydraulické spojky se zpožďovací komorou). Při snižování množství oleje v hydraulické spojce se zvyšuje skluz spojky, naopak při maximálním naplnění je její skluz minimální, tedy je rovněž dosaženo maximální účinnosti.
Právě regulací skluzu, tedy účinnosti spojky, pomocí množství oleje v ní obsažené, bylo dosahováno požadovaných otáček oběžného kola kompresoru. Při výše uvedeném konstantním převodu z klikového hřídele na hnaný pastorek, který byl u motoru DB 601 A celkem 10,39:1, vychází výsledné otáčky hnaného hřídele spojky asi na 25 000 ot./min (10,39 * 2400 – zhruba otáčky motoru). U ranných verzí motoru DB 601, tedy variant A, B (zhruba rok 1940) se mi podařilo zjistit údaje o skluzu spojky. V nízkých výškách (in Bodennähe) se její skluz pohyboval v rozmezí 0,26 až 0,28 %, tedy výsledné otáčky oběžného kola kompresoru byly asi 18 000 ot./min. Ve vyšší výškách se skluz (minimální) pohyboval v rozmezí 1,8 až 2,0 %, tedy otáčky oběžného kola byly asi 24 500 ot./min.

Nyní se podívejme na to, jakým způsobem byl olej do spojky dodáván. Zde jsme ovšem limitování dostupnými zdroji, protože způsob ovládání této spojky (myšleno množstvím oleje) jsem nalezl pouze v článku označeném č. 2. Navíc v tomto článku dodávání oleje není zcela jednoznačně popsáno. Proto napišme, že s velkou pravděpodobností byl motorový olej do spojky dodáván dvěma čerpadly. První čerpadlo pracovalo stále a dodávalo olej při všech výškách letu (otvorem A). Druhé čerpadlo bylo ovládáno barometrickou dózou a aktivovalo se ve výšce 4 900 stop (asi 1 500 m – rozbor motoru byl prováděn v roce 1940 ve Velké Británii). Plný objem druhého čerpadla byl dodáván ve výšce přibližně 11 500 stop (asi 3 500 m). Dodávka druhého čerpadla byla korigována obtokem. Obě čerpadla brala olej z vany motoru.
Čerpadla tedy představovala jisté stupně mechanicky řazené převodovky (většiny tehdy používaných leteckých motorů s kompresory), kdy první čerpadlo (výškově neřízené) dodávalo určitý stálý objem oleje, tedy skluz spojky byl měl být stejný. Po dosažení „kritické výšky prvního stupně“ (tedy asi těch 4 900 stop) začalo dodávat olej i druhé čerpadlo (řízené barometricky podle výšky) a změnou skluzu spojky (jejím snižováním) umožňovalo v podstatě kontinuální změnu otáček oběžného kola v závislosti na nadmořské výšce. Možnost této kontinuální změny byla také hlavním důvodem, proč němečtí konstruktéři tuto spojku vůbec použili. Po dosažení minimálního skluzu (maximálních otáček oběžného kola) již s dalším nárůstem nadmořské výšky tlak za kompresorem (a tedy i výkon motoru) klesal.

Průběh výkonu motoru DB 601 A v závislosti na nadmořské výšce je na dalším obrázku:

Obrázek
Obr. č. 5 – změna výkonu motoru DB 601 A

Pro porovnání zařazuji na dalším obrázku měření průběhů změn výkonů motoru na výšce, které provedli měřením leteckého motoru s různými kompresory v roce 1941 v NACA.

Obrázek
Obr. č. 6 – změny výkonů leteckých motorů s různými kompresory


Při porovnání je vidět, že změna výkonu motoru DB 601 A na výšce je skutečně mnohem blíže kompresoru s variabilní rychlostí (Variable-speed supercharger), než kompresorům se stupňovými převody, které mají typické „zuby“ při řazení.

Poslední odstavec, ale opravdu berte jako příspěvek do diskuze, z jednoho článku se skutečně nedají dělat silné závěry, proto „ruku do ohně“ za to nedám.



Použité zdroje:

1) Der Flugmotor – Bauteile und Baumuster, Hans Katz, Berlin, 1943
2) Časopis Flight, autor neuveden, 1940
3) Originální manuál motoru DB 601 A, B, Stuttgart, 1940
Ekolog
rotný
rotný
Příspěvky: 86
Registrován: 13/2/2007, 21:12
Bydliště: Náchodsko

Příspěvek od Ekolog »

Motor Tatra 928 (T 138) měla pohon ventilátoru chlazení řešený hydrodynamickou (hydraulickou spojkou). Přívod motorového oleje ke spojce byl ovládaný termostatem. Toto řešení má výhody, že odpadají klínové řemeny jež se časem opotřebují a převod momentu k ventilátoru lze velice snadno ovládat.
Teď již vím, kde se asi Tatrováčtí konstruktéři mohli inspirovat.
Uživatelský avatar
Tempik
Kapitán
Kapitán
Příspěvky: 1690
Registrován: 24/3/2008, 20:27
Bydliště: Brno
Kontaktovat uživatele:

Příspěvek od Tempik »

Mělo tohle řešení i nějaké zápory? Co třeba váha oproti klasickému mechanickému kompresoru? Zrovna série Bf 109 se trápí s nárůstem své hmotnosti celou svoji kariéru.
lkala
praporčík
praporčík
Příspěvky: 306
Registrován: 26/8/2008, 12:52
Bydliště: Brno

Příspěvek od lkala »

for Ekolog

Ve skutečnosti to bylo přesně opačně, konstruktéři tohoto motoru hydraulickou spojku v podstatě okopírovali z automobilového průmyslu, kde se používala již dříve. Pokud vím, tak vznikla kolem roku 1905.

for Tempík

Tohle je "klasický mechanický kompresor", to není nic jiného. Jedná se o mechanicky hnaný kompresor, který má vřazen kapalinový člen, jehož vlivem se příznivě mění některé vlastnosti. U těchto spojek se udává, že váha vychází vyšší, náročnost na výrobu je také vyšší. Spojka se při nižších hodnotách skuzu silně zahřívá.
Jinak v klasické podobě se v současné době snad již ani nepoužívá, všechno jsou to již hydraulické měniče (tedy to, s čím se dá celkem běžně setkat u vozidel s automatickou převodovkou). Nikde jsem na přesné důvody jejího použití nenarazil, ale troufám si říct, že skoro určitě byl hlavní důvod právě ve zmiňované možnosti změny otáček oběžného kola kompresoru - tedy myšleno průběžné změny, podle výšky.
Ekolog
rotný
rotný
Příspěvky: 86
Registrován: 13/2/2007, 21:12
Bydliště: Náchodsko

Příspěvek od Ekolog »

Díky za informace k hydraulické spojce. Používala se před II. s.v. pro přenos hnacího momentu u automobilů s automatickou převodovkou. Zde byl zpravidla užíván hydrodynamický měnič. (Jak bylo dříve poukázáno). Na rozdíl od spojky měl vestavěny navíc rozváděcí lopatky. Jako celek měnič působil jako převodovka s plynulým převodovým poměrem asi 1 : 1-3. Podle provedení. Oblíbené bylo jeho použití v převodových ústrojích drážních vozidel, kde bylo měničů používáno i několik a tyto střídavě zapínány podle zatížení a rychlosti drážního vozidla - lokomotivy.
Máš prosím ještě informace, že by tento systém byl použit i na jiných motorech při pohonu jejich příslušenství? Díky.
lkala
praporčík
praporčík
Příspěvky: 306
Registrován: 26/8/2008, 12:52
Bydliště: Brno

Příspěvek od lkala »

O jiném použití u pístových leteckých motorů nevím, ale samozřejmě nevylučuji. Mezi spojkou a měničem je rozdíl hlavně v tom, že měnič na rozdíl od spojky umožnuje měnit přenášený točivý moment.
Uživatelský avatar
Tempik
Kapitán
Kapitán
Příspěvky: 1690
Registrován: 24/3/2008, 20:27
Bydliště: Brno
Kontaktovat uživatele:

Příspěvek od Tempik »

Díky za odpověď, ikdyž jsem to popsal trochu nešikovně. myslel jsem tím samozřejmě tu spojku.
Odpovědět

Zpět na „Vybavení letounů“