Historie proudového motoru

V roce 1928 kadet RAF College Cranwell Frank Whittle oficiálně předložil svým nadřízeným své nápady na proudový motor. V říjnu 1929 své myšlenky dále rozvíjel. Dne 16. ledna 1930 v Anglii Whittle předložil svůj první patent (udělen v roce 1932). Patent ukazoval dvoustupňový axiální kompresor napájející jednostranný odstředivý kompresor. Praktické axiální kompresory umožnily myšlenky A. A. Griffitha v zásadním článku z roku 1926 („An Aerodynamic Theory of Turbine Design“). Whittle se později z různých praktických důvodů soustředil pouze na jednodušší odstředivý kompresor. Whittle dal svůj první motor do provozu v dubnu 1937. Byl poháněn kapalným palivem a obsahoval vlastní palivové čerpadlo. Whittleův tým zažil téměř paniku, když se motor nezastavil a zrychloval i po vypnutí přívodu paliva. Ukázalo se, že palivo unikalo do motoru a hromadilo se v kalužích.

V roce 1935 začal Hans von Ohain v Německu pracovat na podobné konstrukci a často se tvrdí, že o Whittleově práci nevěděl. Ohain tvrdil, že Whittleův patent nečetl, a Whittle mu věřil (Frank Whittle 1907-1996). Whittleův patent se však nacházel v německých knihovnách a Whittleův syn měl podezření, že jej Ohain četl nebo o něm slyšel.

O mnoho let později to von Ohain ve svém životopise přiznal. Autorka Margaret Connerová uvádí, že ″Ohainův patentový zástupce náhodou narazil na Whittleův patent v letech, kdy byly formulovány von Ohainovy patenty“. Sám von Ohain je citován, jak říká: „Měli jsme pocit, že to vypadá jako patent na nápad“ „Mysleli jsme si, že se na tom vážně nepracuje“. Vzhledem k tomu, že Ohainův patent byl podán až v roce 1935, toto přiznání jasně ukazuje, že si Whittleův patent přečetl a dokonce jej podrobně kritizoval ještě před podáním vlastního patentu a zhruba 2 roky před spuštěním vlastního motoru.

VON OHAIN: ″Naše patentové nároky musely být ve srovnání s Whittleovými zúženy, protože Whittle ukázal určité věci“. „Když jsem viděl Whittleův patent, byl jsem téměř přesvědčen, že má něco společného s kombinací sání v mezní vrstvě. Měl dvouproudový radiální kompresor se dvěma vstupními proudy, který vypadal z hlediska motoru monstrózně. Jeho reverzace proudění nám připadala jako nežádoucí věc, ale ukázalo se, že to potom není tak špatné, i když to přinášelo drobné problémy s nestabilitou.″

Jeho první zařízení bylo přísně experimentální a mohlo pracovat pouze pod vnějším napájením, ale podařilo se mu demonstrovat základní koncept. Ohain byl poté představen Ernstu Heinkelovi, jednomu z největších leteckých průmyslníků té doby, který v jeho konstrukci okamžitě spatřil naději. Heinkel nedávno koupil firmu Hirth Engine Company a Ohain se svým strojním mistrem Maxem Hahnem zde byli založeni jako nová divize firmy Hirth. První odstředivý motor HeS 1 měli v provozu již v září 1937. Na rozdíl od Whittleovy konstrukce používal Ohain jako palivo vodík dodávaný pod vnějším tlakem. Jejich následné návrhy vyvrcholily motorem HeS 3 s benzinovým motorem o výkonu 1 100 lbf (5 kN), který byl namontován do jednoduchého a kompaktního draku Heinkel He 178 a zalétán Erichem Warsitzem 27. srpna 1939 brzy ráno z letiště Rostock-Marienehe, což je na vývoj působivě krátká doba. He 178 byl prvním letadlem na světě poháněným proudovým motorem.

Prvním turbovrtulovým letadlem na světě byl Jendrassik Cs-1, který navrhl maďarský strojní inženýr György Jendrassik. Byl vyráběn a testován v továrně Ganz v Budapešti v letech 1938 až 1942. Plánovalo se, že se bude montovat do dvoumotorového průzkumného bombardéru Varga RMI-1 X/H, který v roce 1940 navrhl László Varga, ale program byl zrušen. Jendrassik také v roce 1937 navrhl malý turbovrtulový motor o výkonu 75 kW.

Whittleův motor se začal jevit jako užitečný a jeho společnost Power Jets Ltd. začala dostávat peníze od ministerstva letectví. V roce 1941 vznikla letuschopná verze motoru nazvaná W.1, schopná vyvinout tah 1000 lbf (4 kN), byla namontována na speciálně pro ni postavený drak letounu Gloster E28/39 a poprvé vzlétla 15. května 1941 na základně RAF Cranwell.

Britský konstruktér leteckých motorů Frank Halford, který vycházel z Whittleových myšlenek, vyvinul „přímou“ verzi odstředivého proudového motoru; z jeho návrhu se stal de Havilland Goblin.

Jeden z problémů obou těchto raných konstrukcí, které se nazývají motory s odstředivým prouděním, spočíval v tom, že kompresor pracoval tak, že urychloval vzduch směrem ven z centrálního sání k vnějšímu obvodu motoru, kde byl vzduch následně stlačován rozbíhavým uspořádáním potrubí, čímž se jeho rychlost měnila na tlak. Výhodou této konstrukce bylo, že již byla dobře známá, protože byla použita v odstředivých přeplňovacích kompresorech, které se tehdy hojně používaly u pístových motorů. Vzhledem k počátečním technologickým omezením otáček hřídele motoru však musel mít kompresor velmi velký průměr, aby poskytoval požadovaný výkon. To znamenalo, že motory měly velkou čelní plochu, což je kvůli odporu vzduchu činilo méně použitelnými jako pohonné jednotky letadel. Další nevýhodou dřívějších Whittleových konstrukcí bylo obrácené proudění vzduchu přes spalovací část a opět k turbíně a výfukovému potrubí, což zvyšovalo složitost a snižovalo účinnost. Přesto měly tyto typy motorů hlavní výhody, kterými byly nízká hmotnost, jednoduchost a spolehlivost, a vývoj rychle pokročil k praktickým letuschopným konstrukcím.

Rakouský Anselm Franz z motorové divize Junkers (Junkers Motoren nebo Jumo) tyto problémy řešil zavedením axiálního kompresoru. V podstatě se jedná o turbínu v obráceném pořadí. Vzduch přicházející z přední části motoru je ventilátorovým stupněm (konvergentní kanály) vháněn směrem k zadní části motoru, kde je drcen proti soustavě nerotujících lopatek zvaných statory (divergentní kanály). Tento proces není zdaleka tak výkonný jako u odstředivého kompresoru, takže k dosažení potřebné komprese je řada těchto dvojic ventilátorů a statorů umístěna v sérii. I přes veškerou přidanou složitost má výsledný motor mnohem menší průměr, a je tedy aerodynamičtější. Firmě Jumo bylo přiděleno další číslo motoru v pořadí číslování RLM, tedy 4, a výsledkem byl motor Jumo 004. Po vyřešení mnoha menších technických potíží byla v roce 1944 zahájena sériová výroba tohoto motoru jako pohonné jednotky pro první proudový stíhací letoun na světě, Messerschmitt Me 262 (a později pro první proudový bombardovací letoun na světě, Arado Ar 234). Různé důvody se spikly, aby zpozdily dostupnost motoru, toto zpoždění způsobilo, že stíhačka přišla příliš pozdě na to, aby rozhodujícím způsobem ovlivnila postavení Německa ve druhé světové válce. Přesto zůstane v paměti jako první použití proudových motorů ve službě.

Firma Heinkel-Hirth zabývající se výrobou leteckých pohonných jednotek se také velmi pozdě ve válce pokusila vytvořit výkonnější proudový motor Heinkel HeS 011 o tahu téměř 3 000 liber při plném výkonu, aby zlepšila možnosti pohonu nových konstrukcí německých vojenských proudových letadel a zlepšila výkony stávajících konstrukcí. Využíval unikátní „diagonální“ kompresorovou sekci, která kombinovala vlastnosti odstředivého i axiálního uspořádání kompresorů pro proudové motory, ale zůstal na zkušebně a vyrobeno bylo jen asi devatenáct exemplářů.

Ve Velké Británii se jejich první axiální motor Metrovick F.2 rozběhl v roce 1941 a poprvé vzlétl v roce 1943. Ačkoli byl v té době výkonnější než odstředivé konstrukce, ministerstvo považovalo jeho složitost a nespolehlivost za válečnou nevýhodu. Práce v Metrovicku vedly ke vzniku motoru Armstrong Siddeley Sapphire, který se v USA vyráběl pod označením J65.