Reaktívny motor
Reaktívny motor je motor, ktorý využíva reaktívny účinok látky vystupujúcej z motora na jeho pohyb v opačnom smere (Zákon akcie a reakcie).
História vývoja reaktívneho motora
Prvým reaktívnym motorom s princípom využitia reakčných síl vytekajúcich plynov, bola plynová reakčná guľa Herona Alexandrijského, ktorú zostrojil v roku 120 pred naším letopočtom. Zdrojom energie bolo ohnisko na tuhé palivo s kotlom na ohrev vody. Reakčným plynom bola vodná para privádzaná do gule z ktorej dvomi tangenciálne smerovanými tryskami unikala a spôsobila jej roztočenie.
Novodobé tryskové motory začali vznikať na základe čínskeho vynálezu – strelného prachu. Ide o strelivinu na báze dusičnanov (drevené uhlie, síra, dusičnan draselný – liadok) ktorý sa používal ako pohonné médium čínskych rakiet 12 až 13 storočí.
V 17. až 18. storočí sa dostáva raketová výzbroj do pozornosti väčšiny európskych armád. Najväčšie úspechy dosahujú ruské, anglické, francúzske a nemecké vojská. Rakety sa používali ako jednoduchá náhrada delostrelectva. Nekvalitné prevedenie rakiet, nespoľahlivosť pohonnej zmesi a slabé parametre rakiet, spolu so skvalitnením delostrelectva priniesli zánik týmto pokusom.
V 19. storočí bolo veľa pokusov o skonštruovanie reaktívneho motora na pohyb vzducholodí balónov a iných dopravných prostriedkov, ale neboli vypracované dostatočné teoretické princípy a technologický pokrok na realizáciu takéhoto diela.
Prvé teoretické základy pre realizáciu reaktívnych motorov položil v roku 1903 Konstantin Eduardovič Ciolkovskij, v knihe „Výskum svetových priestorov reaktívnymi prístrojmi“. Vypracoval schéma rakety a v roku 1915 vytvoril schému rakety, ktorej princíp je používaný dodnes. Je tvorcom myšlienky viacstupňových rakiet.
V období medzi svetovými vojnami najväčšiu pozornosť a vývoju v oblasti reaktívneho pohonu, venovali výskumníci v Nemecku, USA a Rusku.
V Nemecku po skúškach s prachovými raketovými motormi sa konštruktéri pustili do skúšok kvapalinových raketových motorov. Prvú úspešnú skúšku vykonali v roku 1925 na motore, namontovanom na automobile Opel. Dňa 23.5.1928 vnuk zakladateľa Fritz von Opel dosiahol na voze RAK2 rýchlosť 238 km/hod. V týchto časoch bol riešený najmä problém vhodného paliva a okysličovadla. Najväčšie úspechy dosahoval Herman Oberth. Jeho práca bola základom pre vznik nemeckého raketového programu, ktorý viedol Wernher von Braun.
V USA venoval výskumu raketovej techniky najviac úsilia Robert Goddard, ktorý po neúspešných pokusoch s prachovými raketovými motormi, skonštruoval raketu na kvapalné pohonné hmoty. Dňa 16.3.1926 pri skúške tejto rakety raketa letela 2,5 s a dosiahla výšku 12,5 metra.
V Rusku sa vývoju rakiet venovali žiaci p. Ciolkovského. Najznámejší boli Sergej Pavlovič Koroľov a Valentin Petrovič Gluško.
Najväčší rozmach dosiahol vývoj reaktívnych motorov cez druhú svetovú vojnu. V tom čase boli dosiahnuté obrovské pokroky pri vývoji žiarupevných ocelí, kompresorov pre motory, turbín a iných komponentov nutných pre konštrukciu reaktívnych motorov. Boli skonštruované moderné raketové motory Walter pre balistickú strelu V2, náporový prúdový motor pre strelu s plochou dráhou letu V-1 a prvé sériovo vyrábané prúdové motory s turbínou a kompresorom BMW-003 a Jumo-004.
Na základe nemeckých výskumov a vývoja po 2. Svetovej vojne a najmä v 50-tych rokoch 20 storočia boli zahájené preteky v dosiahnutiu vesmíru ako aj v zbrojení. Boli vyvíjané novšie a kvalitnejšie materiály. Vďaka tomu sa dostali reaktívne motory z vojenskej techniky postupne do civilného života. Dnes je reaktívny motor základom pohonu väčšiny lietadiel. Modifikácie reaktívnych pohonov s rôznymi zdrojmi energie sú bežne používané v kozmickej technike. Každý rok pribúdajú štáty z vlastným kozmickým programom.
V súčasnosti sú ako najmodernejšie reaktívne motory považované scramjet, ide o náporový motor s nadzvukovým vnútorným prúdením, iónové raketové motory – pracujú s vysoko tepelnými plynmi a laserové reaktívne motory – pracujú s ohrevom vzduchu v priestore pod telesom pomocou laserového lúča.
Základné typy
- Raketový motor – hmotu pre urýchlenie nesie na palube, pracuje na chemickom princípe
- Prúdový motor – urýchľuje vonkajšie médium (vzduch, alebo vodu)
- Turbokompresorový (turbínový) prúdový motor (jednoprúdový – Turbojet, dvojprúdový – Turboventilátorový motor)
- Náporový motor – využíva iba náporové stlačenie vzduchu (bez mechanických častí)
- klasický (RAMJET)
- s nadzvukovým horením (SCRAMJET)
- Pulzačný motor
- Hydroreaktivny motor – pracovným médiom je kvapalina
- Iónový motor – hmotu pre urýchlenie nesie na palube, ale pracuje na elektrickom princípe
Najčastejším reprezentantom reaktívnych motorov sú prúdové, alebo raketové motory. Pracovnou látkou motora však nemusia byť iba spaliny.
Raketový motor
Reaktívny raketový motor urýchľuje hmotu, ktorú si vezie na palube, pričom na jej urýchľovanie používa chemickú energiu. Vďaka tomu, že urýchľovanú hmotu si nesie na palube, je schopný funkcie aj vo vzduchoprázdne (vákuu) kozmického priestoru. Urýchľovaná hmota slúži zároveň aj ako zdroj chemickej energie – ide o okysličovadlo a palivo. V súčasnosti sa používajú raketové motory na tuhé palivo (jednoduchšie, spoľahlivejšie), a raketové motory na tekuté palivo (v princípe sa dajú vypnúť a znova spustiť, a regulovať).
Prúdový motor
Reaktívny prúdový motor je motor, ktorý urýchľuje zvonka privádzané médium (vzduch alebo vodu). Vďaka tomu je takýto motor omnoho ľahší ako raketový motor s rovnakým ťahom. Zdrojom média môže byť nejaký zásobník (vodná nádrž v prípade Segnerovho kolesa), alebo prostredie, ktorým sa motor pohybuje (atmosféra v prípade leteckých prúdových motorov). Pretože vrtuľové pohonné jednotky pracujú tiež na princípe reakcie s prúdom vzduchu, kritériom pre odlíšenie prúdových motorov je to, že motor nie je možné rozdeliť na samostatne funkčnú časť produkujúcu mechanickú prácu na hriadeli (turbovrtuľový motor, motorová časť vrtuľovej pohonnej jednotky) a propulzor (vrtuľu). Prúdové motory používané na pohon lietadiel (turbokompresorové, náporové, pulzačné) využívajú chemickú energiu paliva, ktorého horením v spaľovacej komore sa zvyšuje tepelná a tlaková energia pretekajúcich plynov (zmesi produktov horenia paliva a vzduchu), ktorá sa expanziou v hnacej (výstupnej) dýze premieňa na pohybovú (kinetickú) energiu výtokových plynov. Premenou na kinetickú energiu sa dosahuje výsledné urýchľovanie (zmena hybnosti) plynov, ktoré je podľa 2. Newtonovho zákona rovné sile, ktorá toto urýchlenie spôsobuje. Tlakovým pôsobením pretekajúceho plynu na jednotlivé časti motora potom vzniká rovnako veľká, ale opačne orientovaná sila, ktorej sa hovorí Ťah prúdového motora.
Hydroreaktívny motor
Príkladom hydroreaktívneho motora je Segnerove koleso. Tento jednoduchý motor využíva na vyvolanie otáčavého pohybu okolo zvislej osi výtok vody z rúrok ktoré sú lúčovito umiestnené vo vodorovnej rovine a zahnuté jedným smerom (proti smeru otáčania). Voda je do motora privádzaná dutou osou.
Iónový motor
Iónový motor sa podobá raketovému motoru tým, že si nesie urýchľovanú hmotu (nabité častice hmoty) na palube, ale na rozdiel od raketového motoru funguje na elektrickom princípe, čo mu umožňuje využívať hmotu oveľa účinnejším spôsobom – t. j. dosahuje oveľa väčšie urýchlenie hmoty. Nevýhodou súčasných motorov je veľmi malá hustota energie (veľmi malé urýchľované množstvo hmoty), to znamená, že produkujú omnoho menší ťah ako raketový motor rovnakej váhy.
