Lapcat s motory z vesmíru v civilní dopravě?

PETR TOMEK  |  Technika
LAP-CAT

Dočká se transatlantická doprava nástupce Concordu, nebo ji čeká skandál s vyhozenými miliony?Už několik let se objevují náznaky, že nadzvukový dopravní letoun Concorde bude mít nástupce. Namísto kerosinu by jako palivo používal ekonomicky i ekologicky výhodnější vodík a měl by dokonce létat až pětinásobnou rychlostí zvuku (takže by byl vlastně rychlejší než všechna současná stíhací letadla). Z Velké Británie do Austrálie by cesta s ním trvala přibližně čtyři hodiny a na své palubě by naráz přepravil na 300 cestujících. A skutečně nejde o žádnou fámu. Na novém hypersonickém letadle LAPCAT A-2 usilovně pracuje britská společnost Reaction Engines Ltd s podporou evropské kosmické agentury ESA.

LAP-CAT

Motory

Tím, co vůbec umožňuje pokusit se o stavbu takového stroje, jsou motory Scimitar. Že jste o takových motorech dosud neslyšeli? Nedivte se – jsou totiž odvozeny od stále ještě nedokončených motorů Sabre vyvíjených pro bezpilotní raketoplán Skylon. Sabre i Scimitar jsou v zásadě raketové motory využívající vzdušný kyslík nebo přesněji zkapalněný vzduch. Kdybychom se snažili označit jejich typ doslovně, museli bychom použít krkolomné označení: předchlazený jednorotorový dvouproudovoraketový motor s přídavným spalováním. Už z toho se dá tušit, že je jejich konstrukce dosti neobvyklá. Představují spojení technologií využívajících extrémní mráz a extrémní žár. Motory mají kuželovitý tvar, který je v případě Sabre poněkud zakřivený. Vzduch do nich vstoupí kolem středového kužele chránícího motor před účinky rázové vlny. Za kuželem se skrývá chladič vzduchu (precooler) s asi nejúčinnějším chlazením, jaké kdy bylo v motoru použito. Jako pracovní látka v něm bude obíhat kapalný plyn (v motorech Sabre se počítá s heliem, ale řešení motorů Scimitar není dosud zcela jasné). Část vzduchu, která chladičem projde, proto začne téměř okamžitě kondenzovat. Tento předchlazený vzduch turbokompresor dále stlačí (na rozdíl od motorů Sabre se zdá, že motory Scimitar nevyžadují úplné zkapalnění). Odtud přijde do komory předspalování, kam je také přiváděn vodík z nádrží.

LAPCAT

Plyn vzniklý neúplným spalováním roztočí turbínu, která pohání čerpadla a kompresory. Pak bude pokračovat do hlavní spalovací komory raketového motoru, kde se smísí s dalším vodíkem a proběhne úplné spalování. Žhavý plyn unikající tryskou požene stroj vpřed. Vzduch, který neprošel chladičem vzduchu, obejde spalovací komoru a přes vnější nízkotlaký kompresor (dmychadlo) přejde do komory (v případě Sabre dokonce několika komor) přídavného spalování, vytvářející další tah. Motory Sabre mají mít oproti motorům Scimitar i možnost změnit konfiguraci na čistě raketovou, kdy je kapalný vzduch nahrazen kyslíkem z nádrží. Tak má být raketoplán Skylon schopen letu až na oběžnou dráhu. Motory Scimitar určené pro let ve výšce 20 kilometrů takovou schopnost nepotřebují.

Nezvyklý design

Vlastnosti motorů ovlivnily dokonce i tvary letounu. To, že je směrovka umístěna na svém tradičním místě, ale výškové řídicí plochy se přesunuly na úplně opačný konec dlouhého vřetenovitého trupu, není rozmar, nýbrž nutnost. LAPCAT musí zůstat po celou dobu letu vyvážený, proto jsou čtyři motory umístěny na křídlech – co nejblíže těžišti letadla. Jenže motory Scimitar mají spalovat kapalný vodík.

Proud plynů vystupujících z trysek bude mít teplotu plamene autogenu (kolem 3000 °C). I když se rozpínáním za tryskou ochladí, byl by pro kormidla stále ještě příliš horký a ani svými turbulencemi by jistě nenapomáhal k bezpečnému řízení. Proto se konstruktéři rozhodli pro méně tradiční umístění výškovek. Stejnou koncepci použili konstruktéři už dříve při návrhu raketoplánu Skylon.

Neméně podivný je také samotný trup letadla. Nikoli ovšem jeho tvar, ale to, že postrádá jakákoli okna. Riziko narušení trupu vlivem vysokých teplot při letu hypersonickou rychlostí by se totiž umístěním množství okének značně zvýšilo. Všech 300 cestujících tedy bude mít možnost pozorovat let jen prostřednictvím kamer a televizních obrazovek. Pro mnohé z nich tím ovšem ztrácí vysoký stratosférický let část ze své přitažlivosti.

SUPERSONICKÁ A HYPERSONICKÁ

S rozvojem letectví dostal i letecký slovníček dva nové důležité pojmy. Překročení rychlosti zvuku raketoplánem X-1 ve čtyřicátých letech si vyžádalo nové označení pro letadla létající nadzvukovou rychlostí -supersonik. Později, v šedesátých letech přibylo díky raketoplánu X-15, další slovo označující tentokrát letadla létající více než pětinásobnou rychlostí zvuku – hypersonik.

Skylon

Kritické ohlasy

LAPCAT A-2 vyvolává nejen velké naděje, ale i rozpaky. Kriticky se k němu stavějí především ekonomové. Předchozí projekty nadzvukové dopravy – letadla Concorde a TU 144 – byly ukončeny především z komerčních důvodů.Nebyly prostě schopny vydělat na svůj vlastní provoz. Dokonce i USA upustily od svých projektů nadzvukových letadel. Jsou tedy oprávněné pochybnosti o tom, zda je současná technika a ekonomika na takové úrovni, aby bylo možné komerčně využít hypersonické dopravní letadlo. Nepříjemné otázky vyvolává také technické řešení. Koncepce motorů Scimitar, ale ani žádná jí podobná, nebyla ještě nikdy použita v letectví a vlastně ani v žádném jiném dopravním prostředku. Dokážou skutečně chladiče s patentovaným systémem chlazení pracovat tak rychle, aby mohly zásobovat motory? Jak se vyrovnají se vzdušnou vlhkostí?Dovede málo známá firma Reaction Engines Ltd tak velký projekt ke zdárnému konci? Na odpověď si budeme muset ještě počkat.

LETADLA S VYSOKÝM A NÍZKÝM TŘESKEM

Vlastně už od počátků myšlenky na nadzvukovou leteckou dopravu spolu soupeří dvě koncepce letadel. Označují se jako koncepce letadel s vysokým třeskem a koncepce letadel s nízkým třeskem. Obě mají určité výhody i nevýhody. Tu-144 i Concorde patří k letadlům s vysokým třeskem. Tato letadla při překročení zvukové bariéry vytvářejí opravdu silný aerodynamický třesk. Jsou stavěna tak, aby mohla při přeletu obydlených oblastí použít letu v podzvukové rychlosti. Rychlost zvuku překračují nad neobydlenými oblastmi nebo nad oceánem. Mohou využít vlastně dvě cestovní rychlosti podzvukovou a nadzvukovou.

Naproti tomu koncepce letadel s nízkým třeskem počítá pouze s nadzvukovou cestovní rychlostí a následky aerodynamického třesku se snaží tlumit celkovým tvarem letadla. Výsledný sonický třesk je tedy méně hlasitý než u letadel s vysokým třeskem, ale dochází k němu přirozeně při přechodu do cestovní rychlosti (tedy i nad obydlenými oblastmi). Obě koncepce vycházejí ze základního tvaru křídla ve tvaru delty. Ta se u letadel s vysokým třeskem začíná směrem dozadu v poslední části prudce rozšiřovat, zatímco u letadel s nízkým třeskem zachovává stejný úhel po celé délce. LAPCAT A-2 patří se svou netypickou „kachní koncepcí“ spíše k letadlům s nízkým třeskem. K tiššímu provozu by měla přispět také dvojnásobná letová výška, než, jakou létají současná dopravní letadla.

Předchůdci a vzory BOEING A LOCKHEED

Maketa L-2000

Boeing 2707 měl být prvním nadzvukovým civilním letadlem USA. Byl stavěn dokonce pro ještě vyšší rychlosti než TU-144. Se čtyřmi motory General Electric GE4/J5P měl létat rychlostí 2900 km/h. Zajímavé je, že šlo o letadlo s měnitelnou geometrií křídla. Konkurenčním projektem od firmy Lockheed byl L-2000 který měl s pomocí čtyř motorů Pratt & Whitney JTF17A- 21L nebo General Electric GE4/J5M dosahovat až trojnásobné rychlosti zvuku. Oba americké projekty měly být větší a výkonnější než Tu-144 nebo Concorde. Lockheed 2000 měl mít délku 83 metrů a boeing dokonce 93 metrů. Na palubě měly místo pro 270 cestujících. Roku 1966 byly projekty představeny komisi FAA. Ze srovnání vyšel jako vítěz Boeing. Přesto se Američané svého nadzvukového speciálu nedočkali. Jeho vývoj byl zastaven 20. května 1971. Těsně před kompletací prvních dvou prototypů.

MJASIŠČEV M-50

Mjasičev M-50

Umístění motorů LAPCAT A2 má u nadzvukových letadel obdobu v sovětském bombardéru Mjasiščev M-50 z konce padesátých let. Ten ovšem používal konvenční proudové motory Dobrynin VD7BA a nikdy se nedostal do sériové výroby. Maximální rychlost prototypu byla 1950 km/h.

TU-144

TU-144

Sovětský TU-144 byl prvním nadzvukovým dopravním letadlem. Vzlétl 31. prosince 1968 (tedy o dva měsíce dříve než Concorde). 5. června 1969 překonal poprvé rychlost zvuku a 15. července překonal dvojnásobnou rychlost zvuku. Do paměti veřejnosti se ale zapsal neslavně – roku 1973 při předváděcím letu na pařížském aerosalonu havaroval. Po dalších zkouškách byl roku 1976 předán do civilní dopravy, ale provedl pouhých 55 letů s pasažéry.

Poslední létající exemplář byl prodán NASA roku 1995. TU-144 byl dlouhý 65,7 metru a měl rozpětí křídel 28,8 metru. Čtyři motory Kuzněcov NK-144 mu dodávaly maximální rychlost Mach 2,35 (2500 km/h). Na palubě mohl převážet 12 až 140 pasažérů. Jde o nejrychlejší civilní dopravní letadlo, které bylo do současnosti skutečně sestrojeno. Tupolev TU-144 byl dlouho považován za kopii Concordu vzniklou díky špionáži, ale letečtí odborníci upozorňují na velké konstrukční rozdíly. Navíc letové výkony TU-144 byly jednoznačně vyšší. Jedinou oblastí, kde byla špionáž dokázána, je konstrukce podvozku.

A KONEČNĚ CONCORDE

Evropský nadzvukový letoun Concorde vznikl díky mezinárodní spolupráci mezi Francií a Velkou Británií. Měl délku 61,66 metru a rozpětí křídel 25,6 metru. Čtyři motory Rolls-Royce SNECMA Olympus 593 zavěšené pod křídly (TU-144 má motory pod trupem) dávaly dohromady tah 676 kN a rychlost 2352 km/h. Postavily jej firmy British Aircraft Corporation a Aérospatiale. Oproti sovětskému TU-144 měl mnohem šťastnější osud. Ve svých nejlepších časech přelétal Atlantik na linkách z Londýna a Paříže do New Yorku, Rio de Janeira a Singapuru. Poprvé vzlétl 2. března 1969 a naposledy 26. listopadu 2003. Tehdy poslední Concorde přelétl z Londýna na letiště muzea ve Filtonu, kde se stal součástí expozice. Oficiálně ale byla éra Concordu ukončena už 24. října přistáním po posledním nadzvukovém transatlantickém přeletu. V průběhu 27 let došlo k jeho jediné tragické havárii, a to 25. července 2000 na letišti v Paříži. V průběhu startu část pneumatiky poškodila elektrický rozvod podvozku a prorazila nádrž s palivem. Při pokusu o nouzové přistání spadl letoun na hotel v Gonesse nedaleko Paříže. Zahynulo 109 lidí na palubě a čtyři hoteloví hosté. Kvůli této havárii si nakonec jinak poměrně spolehlivý Concorde připisuje více mrtvých než méně bezpečný TU-144.

Concorde

Nejstarší myšlenka

nejstarší myšlenka

Nejstarší vize transoceánské hypersonické dopravy se v novinách a časopisech objevila už ve 20. letech minulého století. Její propagací se zabýval především německý novinář, inovátor a pilot raketových automobilů Max Valier. Letadla měla v nízkých letových úrovních používat běžný vrtulový pohon, teprve v extrémních výškách by přešla na pohon raketovými motory.

Nejčtenější