Navštivte také nový web zaměřený na československé letectví - http://www.cs-letectvi.cz
Skočit na navigaci
Nacházíte se zde: Úvodní stranaRůzné článkyVrtule

Vrtule

Vrtule
Letecké vrtule prošly - stejně jako letadla - od průkopnických dob velkými změnami. Již bratři Wrightové si uvědomili, že vrtule nejsou jen „vzdušnými vesly“. Zatímco křídla letadlo zvedají, vrtule jej pohánějí kupředu. Tvar vrtule má tedy stejnou důležitost jako profil křídla. Postupem času se tedy zdokonaloval tvar i materiál. Od jednoduchých dřevěných vrtulí jsme se přes kovové a plastové vrtule až k automaticky stavitelným vrtulím z kompozitních materiálů, které umožňují plné využití výkonu motoru.

Co je to vrtule?

Pokud bychom se omezili na encyklopedickou definici, tak vrtule je technické zařízení, které umožňuje přeměňovat energii rotačního pohybu hřídele na sílu zvanou tah, která působí v ose jejího otáčení. V angličtině je nazývána Propeller nebo Air screw (vzdušný šroub), ve francouzština Hélice, v ruštině Vozdušnyj vint (opět vzdušný šroub) a v němčině Luftschraubc (vzdušný šroub). A jaké je její využití? Z leteckého pohledu ji lze využít pro pohon letounů těžších vzduchu, vzducholodí i vrtulníků (zde se ovšem nazývá rotor). Využívá se ale i mimo letectví, například lodě jsou poháněny vrtulí – lodním šroubem. Existuje ale i opačný způsob využití vrtule – ne k přeměně rotačního pohybu na pohyb vzduchu, ale k přeměně pohybu vzduchu na pohyb hřídele. Takto jsou vrtule užívány k získávání energie z proudících látek - v případě vzduchu jsou to větrné elektrárny a mlýny, u vody vodní turbíny. Občas se objeví i různé kuriózní způsoby využití, nejčastěji v dopravě. Například ve 30. letech se v Německu objevilo experimentální kolejové vozidlo poháněné vrtulí, přezdívané kolejový zepelín. Vyvinul jej kostruktér Franz Kruckenberg, pohon zajišťoval benzínový motor o výkonu jen pět set padesát koní s čtyřlistou vrtulí. V roce 1939 se v Německu objevilo další podobné vozidlo, s vrtulemi na obou stranách, aby nejen poháněly stroj, ale pomáhaly i brzdit, protože se předpokládaly rychlosti kolem sto osmdesáti kilometrů za hodinu. Za druhé světové války pak Rusové sériově vyráběli motorové saně (například typ GAZ 98 nebo NKL 26), které byly poháněny tlačnou vrtulí.

Jak funguje

Vrtule je těleso, které vedle odporu vytváří i vztlak. Odpor vzduchu je překonán kroutícím momentem motoru. Průřez vrtulovým listem v určité vzdálenosti od osy otáčení je velice podobný profilu křídla. Při proudění vzduchu pod správným úhlem pak vzniká vztlak. Vrtule tak koná dva pohyby - otáčivý (kolem své osy) a postupný ve směru letu. Průřez vrtulovým listem se od středu ke kraji plynule mění a zmenšuje se jeho tloušťka – u středu je z pevnostních důvodů větší, u krajů se naopak tloušťka zmenšuje, protože tenčí listy lépe „prořezávají“ vzduch a mají lepší vlastnosti při rychlostech obtékání vrtule nad 450 km/h. Stejně tak lepší vlastnosti mají vrtule o větším průměru, protože je energeticky výhodnější udělovat menši zrychlení vetší hmotě vzduchu.

Stoupání vrtule

Tah vyvíjený vrtulí se mění v závislosti na rychlosti otáčení vrtule a úhlu náběhu. Protože hrot vrtule se otáčí rychleji než střed, musí být list geometricky zkroucen do úhlů nastavení, které odpovídají otáčkám vrtule, rychlosti letu a poloměru rotace. Jak už to ale bývá, nic není tak jednoduché, jak se zdá. Pro každou fázi letu je totiž vhodný jiný úhel nastavení. U pevné vrtule se při nastaveném plném plynu zvyšují otáčky teprve při rozjezdu letadla a s přibývající rychlostí postupně rostou až do svého maxima, které zpravidla nastává při maximální horizontální rychlosti letounu.

Stavitelné vrtule

Aby bylo možno využít a udržet stálý výkon motoru, musí mít listy vrtule při startu letadla malý úhel nastavení, který by se měl s rostoucí rychlostí zvětšovat. První stavitelné vrtule se začaly používat již ve třicátých letech minulého století. Zpočátku měly pouze dvě polohy – pro start a pro let. Později se objevily vrtule s plynulým přestavováním listů, stále však ještě manuálním. Aby bylo možno naplno využít výkon motoru a zjednodušit obsluhu, začaly se využívat automaticky stavitelné vrtule. Pilot pouze volí otáčky a polohu plynové páky a zbytek už obstarává automatická regulace.

Historie

Pokud bychom chtěli vypátrat úplně první návrh vrtule, museli bychom se dostat až do doby, kdy žil Leonarda da Vinci. Tento všestranný génius, žijící na přelomu 15. a 16. století, se inspiroval tvarem spirály, který často pozoroval v přírodě. Jeho návrh vrtulníku obsahoval vzdušný šroub, který jeho generace znala z hraček dovezených z Dálného východu. O svém návrhu napsal: „Pokud by byl tento stroj se šroubem vyroben z dobrého plátna s póry uzavřenými škrobem a pokud by se otáčel patřičně rychle, řečený šroub by jej vytáhl do velké výše.“ Vážněji se myšlenkou vrtule jako pohonu létacího stroje zabýval francouzský matematik Jean Pierre Paucton (1736 – 1798). Jeho „Pteroptéra“ měla být vybavena dvěma vrtulemi, jednou pro pohon a druhou na „udržení se“ ve vzduchu.
Další pokusy o využití vrtulí se datují do 17. a 18. století. Prakticky využitelné vrtule se objevily až na přelomu 19. a 20. století, vyráběné ze dřeva. Později začaly vznikat vrtule z vrstveného dřeva, které byly vyráběny slepením stejně tvarovaných latí (nejčastěji z jasanu a smrku) a poté opracovány do konečného tvaru. Spolu s úsilím o dosažení co nejvyšší rychlosti se měnily i požadavky na vrtule. Konstruktéři letadel chtěli stále tenčí listy vrtulí. Tenké dřevěné listy však byly pro zátěž příliš slabé, proto nastoupily kovové vrtule, které v průběhu druhé světové války téměř vytlačily vrtule dřevěné. Koncem války se objevily vrtule z plastických hmot a také první stavitelné vrtule. V osmdesátých letech se pak běžně začaly používat vrtule z kompozitních materiálů.

Související články

  • Nenalezeny žádné související články

Další literatura

  • L+K 20/2002 (Stavitelné vrtule)
  • RC revue 5-6/2004

Info o článku

Autor: Pavel Soukup
Datum: 18.4.2006
Vytisknout článek
Vrtule
Vrtule

Fotogalerie

Obr. 1 - Vrtule Aerosila SV-27 na letounu An-70 (Obrázek .jpg, 32kB)
  • Obr. 1 - Vrtule Aerosila SV-27 na letounu An-70
Obr. 2 - Vrtule V331N na letounu EV-97 (Obrázek .jpg, 7kB)
  • Obr. 2 - Vrtule V331N na letounu EV-97

Letectvi.wz.cz: Pavel Soukup 2002-2007 [ISSN 1801-4070]

Navigace