Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Jak se vyvíjí a vyrábí proudový motor?
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Jak se vyvíjí a vyrábí proudový motor?

V letošním roce uvedla První brněnská strojírna Velká Bíteš (PBS) na trh nový turbínový motor PBS TJ150. Jedná se o proudový motor, u kterého se výkon, resp. tah motoru uvádí v jednotkách Newton. Maximální tah tohoto motoru činí 1 500 N. Je to již pátý typ proudového motoru, který tato exportně orientovaná firma dodává na zahraniční trhy.

PBS je tradičním, ryze českým výrobcem turbínových zařízení pro letecký průmysl. Mezi hlavní produktové řady PBS patří zejména:

  • proudové motory s tahem 200–1 500 N pro pohon pilotovaných a bezpilotních letounů;
  • turbovrtulové a turbohřídelové motory s výkonem do 200 kW pro pohon bezpilotních prostředků, malých letounů a vrtulníků;
  • malé plynové turbíny (APU) generující stlačený vzduch pro start hlavních motorů a elektrickou energii letounů a vrtulníků;
  • klimatizační systémy sloužící k vytápění, chlazení a větrání kabiny a nákladového prostoru letounů a vrtulníků.

Vývoj nového proudového motoru

Samotnému vývoji proudového motoru předcházela poměrně detailní analýza požadavků trhu, na základě kterých byly definovány cílové parametry. Obecně platí, že zákazníci z leteckého sektoru zvyšují požadavky na výkon motoru. Současně s tím však požadují co nejnižší hmotnost a čelní průměr, což jsou důležité parametry pro bezpilotní letouny, pro které jsou tyto motory primárně určeny.

Projekt vývoje nového motoru vedený šéfkonstruktérem Ing. Zdeňkem Katolickým, byl založen na inovacích stávajícího motoru TJ100 o výkonu 1 300 N. Bylo zřejmé, že bude nutné provést náročné konstrukční změny, prostřednictvím kterých bude možné dosáhnout vyššího tahu při zachování stejného průměru i hmotnosti motoru.
Na počátku roku 2017 tedy byla vytvořena základní konstrukční skica. Oddělení výpočtů provedlo termodynamické výpočty a návrh průtočných částí, které musely být v souladu s definovanými rozměry motoru.

Proudové motory PBS s tahem 200–1 500 N jsou primárně určeny pro bezpilotní letouny.

Po ověření výpočtů bylo zapotřebí vytvořit detailní výkresovou dokumentaci pro výrobu prototypů. To se podařilo zvládnout ještě v první polovině roku 2017, což je s ohledem na náročnost tohoto procesu vynikající výsledek. Bylo totiž nutné navrhnout řadu inovací, mj. novou koncepci ložiskové skříně a zejména integrální, radiálně axiální difuzor, který optimalizuje proudění stlačeného vzduchu do spalovací komory motoru. Toto nové technické řešení umožnilo dosáhnout nominální parametry při zachování vnějšího průměru motoru 272 mm a bylo natolik inovativní, že bylo společností patentováno. Autorem patentu je Ing. Ivan Brunovský, CSc a Ing. Zdeněk Mrázek. Předmět patentu byl následně využit v konstrukci několika dalších typů proudových motorů PBS.

Nový turbínový motor PBS TJ150

Výrobní proces

Po zpracování kompletní technologické dokumentace byly jednotlivé dílce zadány do výroby. Při výrobě byly použity jak klasické, tak moderní technologie, mj. CNC pětiosé obrábění, elektrojiskření, výroba spalovací komory laserovou technologií a dále zavedení technologie lisování namísto kovotlačení, což zvýšilo kvalitu a přesnost jednotlivých komponent spalovací komory. Moderní technologie se dále využívají při broušení ozubení nebo při povrchových úpravách, které se realizují prostřednictvím vakuových pecí. Veškeré tyto technologie si firma zajišťuje vlastními výrobními kapacitami. Pro finální kompletaci motoru jsou nakupována pouze elektronická zařízení, jako je řídicí skříňka, kabeláž a některé další komponenty. Z více jak 90 % procent se však jedná o vlastní produkci z dílny PBS.

Maximální tah motoru TJ150 činí 1 500 N.

Montáž a testování prvních prototypů

Po dokončení výroby dílců proběhla montáž a ještě před koncem roku mohly být zahájeny zkoušky prvního prototypu. Při zkouškách bylo ověřeno, že motor je schopen vyhovět požadovaným parametrům, avšak počáteční výsledky nebyly zcela optimální. Proběhla proto plánovaná optimalizace zejména palivového, olejového a řídicího systému. Při dalších zkouškách byly ověřovány různé varianty průtočných částí s cílem dosáhnout co nejlepších parametrů.

Popis jednotlivých částí motoru TJ150
Pro zvětšení klikněte na obrázek

Na základě specifických měření a jejich vyhodnocení dospělo konstrukční oddělení k poměrně radikálnímu kroku návrhu nové turbíny. Zejména z časových důvodů byla pro vývoj jednotlivých dílců zvolena technologie 3D tisku, přestože 3D tisk z materiálu Inconel 718, ze kterého jsou dílce vyrobeny, není běžnou záležitostí.
Bylo vytipováno několik potenciálních dodavatelů z tuzemska i zahraničí. Realizace výroby se uskutečnila u domácího výrobce. Nová turbína vyrobená touto technologií byla k dispozici v relativně krátké době, nepodařilo se však dodržet geometrii v požadované přesnosti. Nakonec se vše podařilo vyřešit a následné nasazení této turbíny do zkoušek prokázalo výrazné zlepšení parametrů.

Řada turbínových motorů PBS
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Finální verze vývoje motoru

V prvním čtvrtletí roku 2018 byla definována konečná konfigurace motoru. V tomto provedení bylo nutno realizovat všechny stanovené zkoušky a testy k ověření všech funkcí motoru při požadovaných provozních podmínkách.

Po realizaci vyhovujících zkoušek následovalo v srpnu 2018 zpracování sériové konstrukční dokumentace a její vydání do sériové výroby. Na závěr projektu bylo nutno zpracovat provozní předpisy a dokumentaci pro zákazníky.

Vývoj byl ukončen sestavením prototypů v sériovém provedení, které svými parametry splňují definované požadavky na začátku vývoje. Firma má tak další sofistikovaný produkt, jehož prostřednictvím může oslovit širší spektrum zákazníků, rekrutujících se především z obranného průmyslu hlavně v Evropě a Asii.

Rámeček:
Spotřeba tekutin při vývoji motoru TJ150:
- cca 8 000 l paliva Jet A1
- cca 533 litrů kávy

 
První brněnská strojírna Velká Bíteš

Marek Fiala

Další články

Letecký průmysl
Převody/pohony/ložiska/spojky
Materiály konstrukční kovové
Obráběcí stroje a technologie

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: