Vývoj a výroba leteckého motoru | současný trh s motory 1#

  V předmluvě  vyvstala jasná otázka: "Proč stavět novou konverzi, když je trh zaplněn osvědčenými a kvalitními výrobky s profi servisem a údržbou?"

            Ne všechno je ovšem tak, jak se zdá na první pohled.

            Začněme tedy výše položenou otázkou a nechme ji v průběhu čtení článku stále otevřenou. Přičemž si na ní můžeme utvořit správnou odpověď. Správnou ve smyslu takovém co vyhovuje vám, nikoliv výrobci motoru.

           Podotýkám, že se budeme v celém článku bavit pouze o motorech nad 100HP. Jiné motory nepovažuji za dostatečně výkonné pro dvoumístné letadlo, rychlé cestování nebo pro krátký vzlet.

          Pojďme je podívat pod víka ventilů u nejpoužívanějších leteckých motorů pro ultralehká letadla v České republice a na Slovensku ale vlastně i v evropě:

Rotax 912iS/914

             Vzhledem k ukončenému vývoji motoru Rotax 912iS  (motor se vstřikováním) a jeho vstupem na trh v květnu roku 2012 se nám zmenšuje u Rotaxu jedna nevýhoda, totiž velmi vysoká spotřeba. Výrobce deklaruje snížení spotřeby až o 21 %, současně však deklaruje zvýšení prodejní ceny o 14 %.

            Právě cena je to, co lidem obvykle na Rotaxech vadí. Cena za nový „stokoňový“ motor se pohybuje kolem 370-420 tisíc korun dle vybavení. Rotax 914 umí díky turbu, leč bohužel menšímu objemu, pouze 114 HP ale jen velmi krátkou dobu po vzletu. Cena „devětsetčtrnáctky“ je zoufalá pro běžného aviatika.

         Je potřeba upozornit na deklarovaný a skutečný výkon, což si v každém okamžiku uvědomují jen někteří letci. Tvrdí-li výrobce, že motor Rotax 912 S/ULS/iS má 74 kW / 100 HP, pak je  potřeba nezasvěceným říci – a výrobce to i ve své dokumentaci k motorům přiznává – že tento deklarovaný výkon platí pouze za podmínek mezinárodní standardní atmosféry, tedy 15 °C, 0 m nadmořské výšky a tlaku 1013,25 hPa.

        Problém nastává, máte-li letiště  2000 m nad mořem, a venku je klasické letní odpoledne s teplotou 25 °C a disponujete krátkou dráhou. Pak vám váš „stokoňový“ Rotax 912 S/ULS/iS dává dle grafu výrobce pouze 58 kW / 79 HP, a to pouze za předpokladu, že tlak je 1 013,25 hPa a nižší! Rázem tedy máte o 21 % výkonu méně!!!

Taková je skutečnost.

         Pokud je tlak vyšší, a on téměř vždy je, protože pěkné počasí na létání je obvykle v oblasti tlakové výše, musíme aplikovat vzorec:

Power aktuální = Power standardní x (teplota standard v C+273 / teplota aktuální v C+273).

         V praxi, při okolním tlaku např. 1 025 hPa, je oprava pro náš výkon 0,96. Za předem daných podmínek tak z motoru dostaneme pouze 56 kW / 76 HP, tedy o další tři koníky méně!!!

        Otázka je, co s takovou výkonovou „chcíplotinkou“ chcete dělat, když potřebujete ve dvou a s plnými nádržemi odlétnout na přelet? Je to jednoduché – nezbyde vám nic jiného, než pokorně vyčerpat část nádrží, nebo vyložit náklad, nebo čekat, až se přežene studená fronta – a rovnou nejlépe ze Sibiře!

        Pakliže máte pevnou dvoulistou vrtuli, máte na krátké dráze problém, raději nic neriskujte. Trochu vám od těchto problémů, na úkor váhy, může pomoci za letu stavitelná vrtule, ale zázraky nečekejte. Neboť Rotax 912 S/ULS/iS má jen slabý krouticí moment něco kolem 125Nm v 5200 otáčkách a maximální otáčky jen 5 800 RPM na primární hřídeli.

       Bylo by zodpovědné a poctivé po předchozím pojednání o slabinách Rotaxů uvést, že motory řady Rotax 912/914 mají také nesporné výhody, na které se s jiným konvertovaným motorem nejspíš nedostaneme:

Nízkou váhu – s veškerým příslušenstvím, náplněmi, chladiči se obvykle vejdou dost pod 85 kg.

         Dvojité zapalování. Jakousi „jednoduchost“ a „blbuvzdornost“ pro uživatele, jdoucí ruku v ruce s životností a zajištěným dobrým servisem s veškerou možnou podporou. 2 000 hodin do revize.


ROTAX 915 is

            Nejnovější přírustek Rotaxu, motor R 915is  je již přeplňovaný a se vstřikováním do sacího potrubí. Jeho výkon kolem 141koní  je dostatečný a kroutící moment kolem 132Nm je zdá se ještě slabým. I proto krouťák nikde v originálních publikacích od Rotaxu nenajdete.


Rotax 916is

Trochu upravený motor R 915 is s konečně deklarovaným kroutícím momentem 175Nm při 137HP při maximálním trvalém výkonu 5500RPM. Maximální vzletový výkon je pak 160HP při 193Nm a 5800RPM. Cena tohoto motoru je 49999 USD což je cca 1 200 000 CZK.

  V porovnání s motorem 1.2 TSI EA 111,  z kterého dostanete 140HP a 230Nm po úpravě řídící jednotky na STAGE 1 s originálním hardwarem. Je zásadní rozdíl v ceně: Zatímco ROTAX 915 stojí skoro milion korun českých, Rotax 916 dokonce 1 200 000 Kč pak konverze nejčastějšího automobilového motoru EA 111 1.2 TSI CBZB vyjde na cca 100-125tisíc.

Výkon podobný, ale cena výrazně rozdílná. O spolehlivosti budeme moci mluvit až po letech provozu, zatím je Rotax 915is i  R 916 is jakožto i 1.2TSi poměrně nově používaný motor v letadlech...


UL 350iS Aero Engine

         Abychom tady stále nevyzdvihovali nebo nezatracovali nejrozšířenější Rotax, pojďme nahlédnout pod ventilová víka jinému poměrně novému leteckému motoru, a sice UL 350iS 130 HP Aero Engine od výrobce UL Power.

         V podstatě se jedná o konverzi stařičkého vzduchem chlazeného Volkswagenu z Brouka. Motor je na přímo bez reduktoru a výrobce deklaruje výkon 130 HP při 3 500 otáčkách za minutu !!!

        Při hmotnosti zastavěného motoru kolem 80 kg a úctyhodném „krouťáku“ kolem 320 Nm se dostáváme k zajímavým hodnotám. Je tu však zase několik podstatných nevýhod:

        Předně je nutno si uvědomit, že jde o zastaralou koncepci, kde je výkon a krouticí moment určen objemem, a tedy spotřeba bude  vyšší, byť půjde o vstřikovaný motor. Výrobce uvádí kolem 20 litrů při 2 400 RPM a 35 litrů při 3 500 RPM.

        Problém je v tom že:
        Deklarovaný výkon nevyužijete! Podívejte, při jakých otáčkách výrobce deklaruje max. výkon - chvilka napětí - je to 3500RPM.  Znáte nějakou vhodnou vrtuli, která je v naší kategorii stavěná na takové otáčky? Pokud ji znáte, jaký má průměr a kolik má listů? Kolik taková vrtule váží? V podstatě to dopadne tak, že deklarovaný výkon velmi obtížně přenesete do vzduchu. Při vysokých otáčkách u vrtulí většího průměru dochází k rychlostem blízkým rychlosti 0,7 Mach a pak vrtule razantně ztrácí účinnost a dost nepěkně řve. Vrtuli budete muset nechat udělat na zakázku malou a „pádlovitou“ nebo nějakou „rozumnou“ dovézt.  K čemu vám pak budou deklarace výrobce, když to vaše letadlo prostě nepoletí – jak by taky mohlo – tak  jak byste si tak toužebně přáli…
Víme přece, že nejúčinnější vrtule, je ta, která má nižší otáčky, největší průměr a nejmenší počet listů. Co byste museli zavěsit na motor, abyste přenesli celý výkon? Kolik by taková vrtule stála?
Cena 440 tisíc korun za tento motor je zoufale vysoká.


Jabiru 3300

         Další z mnoha motorů s výkonem od 100 HP do 130 HP je letecký motor Jabiru 3300 o objemu 3 300 ccm, který váží okolo 81 kg a má výkon 120 HP při 3 300 RPM. Je to šestiválec. Jeho spotřeba při 75 % výkonu je 26 litrů Avgasu nebo automobilového benzínu s oktanovým číslem 93 a vyšším. TBO 2 000 hodin.

        Motor Jabiru 3300 není ani trochu úsporný, nemá vstřikování ani turbodmychadlo, s rostoucí výškou výkon klesá. Výkon se na vrtuli těžko přenáší… neboť bychom mohli opsat ten samý problém s UL350.


Continental O-200

  Velmi rozšířený čtyřválcový vzduchem chlazený boxer - skutečný letecký motor v kategorii GA, který se nejčastěji v ultralehkých letadlech používá po svěšení z asi 50 typů letadel, kde byl používán. Ojediněle je montován do ULL letadel i nový. Motor je velmi jednoduchý, vychází z 30 let minulého století s zdvojeným zapalováním s klasickými magnety, s vyhřívaným  karburátorem, umožnujícím ručně měnit bohatost směsi. Obsah motoru 3,29Litru,  nízký kompresní poměr 7:1, výkon 100hp při rozumných 2750 RPM! Motor je velmi spolehlivý a poměrně lehce opravitelný s dostupnými díly na opravu. S velmi aerodynamickým lehkým ultralehkým letadlem, pokud se  správně používá ochuzování směsi, údajně dokáže prý létat úsporně. V Cessně 150 příliš úsporný není a běžná spotřeba je kolem 24 litrů AVGASu. Pro přenesení výkonu do vzduchu potřebuje samozřejmě odpovídající vrtuli. Hmotnost motoru okolo 80kg. Motor pro správný dlouhodobý chod potřebuje velmi drahý AVGAS, kdy si vystačí si s nízkým oktanovým číslem, nebo MOGAS s dodatečně dodávanou olovnatou přísadou do benzínu. Motor potřebuje pilota, který umí ochuzovat směs, pokud to správně neumí, reálně hrozí propálení pístu a jiné problémy. TBO 1800-2200 hodin dle typu. Vyvstává otázka, proč se více nevyužívá v UL kategorii? Kvůli ekonomice provozu ( AVGAS) a kvůli složitější obsluze a údržbě (magneta, vyhřívání karburátoru, ochuzování směsi a s tím spojené kontrole teploty výfukových plynů)? Nebo pro něco jiného?


Lycoming IO-233

Je podobný motor jako Continental O-200 s  trochu větším obsahem 3,8 Litru a většími výkony 116HP při 2800RPM, s lepším kompresním poměrem 8:1, elektronickým zapalováním, vstřikováním paliva, nebo s karburátorem - dle požadavku a verze, větší hmotností cca 95kg, který může létat i na automobilové palivo MOGAS se spotřebou  mírně přes 20litrů.  V USA ho dávají i do Kitfoxu. Proč se nerozšířil v Evropě mezi ULL letadla kromě Tecnam P 92?


Limbach 2400 EB a ž ET ( turbo)

Velmi stará koncepce motoru o výkonu až 94hp při 3300RPM - efektivně nevyužitelný přenos výkonu do vzduchu z důvodů výše popsaných s malou vrtulí s více listy. Obsah motoru cca 2,4 Litru. Kompresní poměr 8,5:1. Hmotnost motoru cca 95kg plus příslušenství cca 10kg. S TBO 450 hod je tento motor spíše pro málo létající nadšence. Poměr cena, údržba, výkon a hmotnost hovoří spíše v neprospěch tohoto motoru.



Verner scarlet 7U

           Hvězdicový sedmiválec o obsahu 4,7litru českého výrobce motorů. Jeho výkon je 91kW/124Hp při 2300RPM. Čili takový výkon je reálně přenositelný přes velkou vrtuli o průměru až 2200mm do vzduchu. Navíc, a to je podstatné, disponuje 390Nm při 2200 otáčkách, což je čistá radost z výkonu a vrtule může být pěkně široká! Motor se ale úplně nehodí do cestovních letadel, protože je rozněrný. Hodí se do replik historických letadel a hornoplošných ostruhových typů letadel. Spotřeba bude také vysoká, je potřeba nakrmit 7 válců s velmi nízkým, až historickým  kompresním poměrem. Možná příprava na zvýšení výkonu turbodmychadlem? Kdo ví?


Co potřebujeme?

        Na  výše uvedených nejpoužívanějších nových motorech s výkonem přes 100 koní, jsme zjistili nedostatky a výhody, které nám pomohou najít správnou cestu: Potřebujeme postavit konkurenční motor, který zvítězí tam, kde konstrukčně starý Rotax řady 912 a 914 již soptí, chrchlá a nemůže, a to je výkon, spotřeba a hlavně cena. Zároveň to musí být motor, který bude na sekundárním hřídeli, chcete-li vrtulovém náboji, točit nějakých 2 500-2 700 RPM maximálně, abychom neměli stejný problém jako u UL Power 350 či Jabiru 3300 s přenosem výkonu motoru do vzduchu.

         Potřebujemy motor s podobnými výškovými charakteristikami jako Rotax 915is, ale za desetinovou cenu se stejnou bezpečností - nejlépe! Potřebujeme motor, který se výkonem a kroutícím momentem ve správných otáčkách přiblíží Vernerovu Scarletu 7U, ale půjde zastavět do moderních letadel.

         Nový motor musí mít dostatečnou životnost a dostupný servis, aby byl dobře provozovatelný. Servis VW/Škoda máme vlastně v každém městě nejméně jeden… Když v každém dvacátém servisu bude dost dobrý kvalitní mechanik se zájmem o problematiku, ne jen měnič součástek dle diagnostického přístroje, máme vyhráno…

Jaké máme specifické požadavky na nový konvertovaný motor?

Výkon od 105 do 140 HP nastavitelný dle uživatele.
Krouticí moment od 170 do 230 Nm, abychom ho neuhnali při použití za letu stavitelné vrtule velkého průměru, mohli snížit spotřebu a mohli vlekat kluzák, nebo přestoupat blízkou překážku a dosáhnout STOL charakteristik.
Spotřeba při cestovním letu kolem 8-15 litrů BA95 na hodinu letu. Vlekání 15-20 l/h
Stoupavost 2-4 m/s se stavitelnou vrtulí a kluzákem za ocasem.
Cena motoru i s motorovým ložem a reduktorem do 120 tisíc.
Suchá váha motoru do 85 kg, celková do 95 kg, tak aby mohl být zastavěn do většiny UL a ELSA letadel do kategorie 600kg.
Motor, který je spolehlivý a vyráběný ve velkých sériích s turbodmychadlem.
Motor, který opraví, nebo zrenovují v každém velkém servisu s dostupnými a levnými ND.


 Nejvhodnější český automobilový motor pro konverzi.

Z motorů dostupných na našem trhu mi připadá jako nejvhodnější kandidát motor EA111 CBZB z koncernu VW 1,2 TSI 8 ventilů z produkce mladoboleslavské motorárny, Česany. Tento motor disponuje vysokým potenciálem pro úpravu na letecký motor díky hmotnosti, přímému vstřiku, turbodmychadlu, instalovanému  mezichladiči vstupního vzduchu. 

Popis motoru 1.2 TSI EA 111 CBZB:

             Základním stavebním prvkem motoru 1,2 TSI je známý motor 1,4 TSI, který se používá například v Superbu. Vývojové práce na 1,2 TSI byly prováděny za účelem současné modly – downsizingu, tedy snížení zdvihového objemu, maximalizace výkonu a minimalizace spotřeby. Redukce zdvihového objemu s sebou přinesla výhody ve formě menšího tření a menší hmotnosti hmot v pohybu.

           Motor používá dvouventilovou techniku (jeden sací a jeden výfukový, sodíkem plněný ventil na válec). Blok i hlava jsou z hliníkové slitiny s přímo zalitými vložkami válců ze šedé litiny. Pohon vačkového hřídele je realizován řetězem. Mezichladič stlačeného vzduchu je chlazen kapalinou a je integrován v sacím potrubí. Turbodmychadlo je vybaveno elektricky ovládaným obtokovým ventilem.

           Motor disponuje přímým vstřikováním paliva, což zajišťuje velmi dobré chlazení spalovacího prostoru a snižuje oktanový nárok (postačí benzín s o. č. 95, nebo dokonce i 91 s mírným poklesem výkonu). Pro rychlejší ohřev, a tím pádem snížení spotřeby i emisí, je čerpadlo chladicí kapaliny odpojitelné, a pokud je motor studený, tak chladicí kapalina necirkuluje.

            Základní sériové výkonové charakteristiky tohoto vodou chlazeného řadového čtyřválce dopovaného turbodmychadlem jsou 74 kW / 105 HP. Protože řídící jednotka má tlakový senzor okolního atmosférického tlaku a motor má turbodmychadlo, může být jednotka správně nakrmena a deklarované výkony jsou pak skutečné.           

           Později vám prozradím, jak nepatrně zvýšit jednoduchým opatřením výkon vašeho vstřikovaného motoru se standardní automobilovou řídicí jednotkou.

         Výkon motoru EA 111 CBZB 1.2 TSI  může být prostou úpravou řídící jednotky zvýšen až na 140HP a 230Nm - Stage 1. Tyto úpravy jsou provozovány dlouhodobě a bez poškození motoru či výrazného snížení životnosti.

         Další úpravy jsou možné pouze po výměně či úpravě turbodmychadla - Stage 3. Motor má potenciál až do 205HP a 200Nm. Výměnou komponent Turbodmychadla se mění průběhy křivek výkonu a kroutícího momentu, ale spíše v neprospěch leteckého motoru, neboť  maximální výkon pak lze dosáhnout až v příliš vysokých otáčkách. O životnosti a spolehlivosti úpravy STAGE 3. by se dalo diskutovat.


Na závěr

         Po  „nových“ objevech a  po prohlédnutí rozličných "krásných deklarací výrobců leteckých motorů", se tedy můžeme vrátit k původní otázce a odpovědět si na ní:

        "Rozhodně má smysl udělat konverzi nového konkurenčního českého levného motoru, postaveného na nejnovějších technologiích, pokud známe výsledky dlouhodobých provozů a slabiny motoru."

        Nikdo z výrobců neudělá dobrý motor, na kterém by neměl patřičný zisk. Viz ROTAX 915 is s dvakrát větší cenou oproti konkurenci. Není se čemu divit, vývoj, výroba, zkušebnictví a servis motoru něco stojí…

      Náš úspěch v konverzi moderního  automobilového motoru je závislý hlavně na vytrvalosti a píli stavitele motoru, ostatní se nám už dostane.

      Dle hesla: „Pomoz si sám, a bude ti pomoženo.“

      V dalším díle si povíme, jak a kde koupit vhodný motor, na co si dát pozor a jaké příslušenství k motoru budeme potřebovat. Později si povíme jak udělat reduktor a další věci potřebné k přestavbě automobilového motoru na letecký.

 Filip Zejda


Konkurs na Szkołę Lotniczą Roku 2014

​​

PARTNERS

AEROWEB 
Letecký informační server... více

AIRPAL
Stol Zenail letouny... 
více

LINKS

Ceny szkolenia pilotów i wynajmu samolotów 2020
Pdf soubor ke stažení zde...

Prognoza pogody dla nas.
Odkaz na novinky...

Szkolenie pilotów przed lotem.
Odkaz zde...

Szybki kontakt:

+420 603 107 704
filip.zejda@seznam.cz
Zbilidy 101, PSČ 588 05

Więcej informacji o nas, napisz do nas...