V drtivé většině případů dnes platí, že pístové letadlo = benzínový motor. Nedávno jsme vám v našem zpravodajství přinesli informaci, že společnost Engineered Propulsion Systems (EPS) testuje nový pohon pro všeobecné letectví, který by měl rozpoutat hotovou revoluci. Výrobce motoru Grafilight V-8 se při tom opírá o názor, že dieselové motory najdou své uplatnění i tam, kde se benzínové "malé létání" nemá možnost rozvinout. Je tomu ale skutečně tak?
Amerika vs. Evropa
Co přesně brání benzínovým leteckým motorům v jejich celosvětovému využití? Je to zejména velmi omezená nabídka avgasu v některých regionech světa. Zatímco v Evropě a USA bylo benzínu vždy dostatek, a tak jej piloti mohli bez obav tankovat do svých strojů, větší zájem o létání se nyní ozývá právě i z regionů s omezenou nabídkou avgasu 100LL, a vzniká tak poptávka po dieselových motorech, na kterou musejí výrobci reagovat. Čína, Afrika nebo Jižní Amerika nás tak možná naučí tankovat do pístových letadel Jet A.
Dieselový motor společnosti EPS Graflight V-8, foto EPS
Důvodů hovořících pro přechod na vznětové motory je více, ale je potřeba je posuzovat pro každý region zvlášť. Z dlouhodobého provozního hlediska je klíčová cena paliva. Tabulka níže zachycuje průměrné ceny jednoho galonu (odpovídá přibližně 3,79 litrům) paliva v USA a ve Velké Británii jakožto zástupci evropských států. Zatímco v USA byste při tankování Jetu zaplatili o necelých 13 % méně, v Evropě je cenový rozdíl podstatně vyšší - tankování by vás vyšlo o téměř polovinu levněji.
| Srovnání ceny za 1 US galon | ||||||||||||
|
||||||||||||
Další podstatnou neznámou je pořizovací cena dieselového motoru, která je v průměru o 30 % vyšší než klasického benzínového. Odvděčí se však v průměru až o třetinu nižší spotřebou paliva oproti benzínovému motoru se srovnatelným výkonem a delší životností.
Jde-li o průměrný roční nálet jednomotorových letounů, podle průzkumu se v USA pohybuje okolo 80 letových hodin. V Evropě jsou tyto hodnoty vyšší, ovšem i zde se najdou výjimky, uvádí Alton K. Marsh z americké Asociace pilotů a majitelů letadel (AOPA).
Dáme-li výše zmíněné informace dohromady, tedy výrazně nižší cenu nafty oproti be a vyšší roční nálet v Evropě vedle menšího cenového rozdílu paliva v USA spolu s nižším využitím letounů, zjistíme, že pokud se všeobecné letectví opravdu dočká naftové revoluce, bude se odehrávat především na území starého kontinentu. Mnoha provozovatelům v Americe by se vyšší počáteční investice do dieselového motoru v přijatelném časovém horizontu prostě nevrátila.
Cena údržby hraje také ve prospěch dieselových agregátů. Doporučená doba mezi generálními prohlídkami (TBO) se u většiny benzínových motorů pohybuje do 2 000 letových hodin. U leteckých dieselů by tato doba měla být až o polovinu delší, předpokládá Thomas S. Hamilton, prezident společnosti Aerocet podílející se na konstrukci Graflightu V-8 s plánovanou TBO až 3 000 hodin. Výrobce leteckých motorů Continental udává u benzínového motoru I-470-U pro Cessnu 182 TBO 2 000 letových hodin, Cessna sama u naftového motoru společnosti SMA SR305-230E-C1 pro stejný letoun 2 400 hodin. Dodejme, že ostatní modely motoru I-470 mají TBO 1 500 hodin.
Zlý avgas
Při debatě o benzínových motorech spalujících avgas nelze opomenout téma, které sice není v Evropě tolik slyšet, zato v zámoří rezonuje už delší dobu. Avgas ve své nejrozšířenější verzi 100LL totiž patří mezi poslední olovnatá paliva a podílí se přibližně 60 procenty na olovnatých emisích vypouštěných do atmosféry na území USA. „Neexistuje podobná chemická látka, která by zabraňovala nechtěnému výbuchu tak jako olovo,“ vysvětluje důvod jeho výskytu v palivu Peter White z Federálního úřadu pro letectví (FAA). Tetraethylolovo (TEL) se do avgasu přidává pro zabránění nekontrolovaných detonací, které by mohly zničit motor během letu.
Olovo je ovšem neurotoxická látka zvláště nebezpečná pro děti. Do těla se dostává spolu s potravou či dýcháním. Studie několikrát prokázaly negativní dopad olova na kognitivní proces, chování, inteligenci či schopnost koncentrace.
V roce 2011 FAA schválil pro použití v leteckém pístovém motoru benzínové palivo o 19 % menším obsahu olova, než je v avgasu 100LL, pod názvem 100VLL (very-low lead). Praxe však ukázala, že většina z nabízených 100LL splňuje či jen lehce překračuje nároky 100VLL a poptávka po něm je tedy minimální.
| Jak funguje dieselový motor? |
|
Princip dieselového motoru spočívá ve stlačení vzduchu, který se tím ohřeje na teplotu 700-900 °C a do kterého je následně vstříknuto pod vysokým tlakem palivo. Kompresní poměr se pohybuje od 14 : 1 do 24 : 1. Díky vysoké teplotě vzduchu dojde k téměř okamžitému vznícení paliva, následný výbuch přes ojnici pohání hřídel. Výkon motoru je tak dán "mohutností" výbuchu, tedy množstvím paliva vstřiknutého do válce vysokotlakou pumpou.
Při konstrukci motoru není potřeba používat karburátor, škrticí klapku ani oddělený systém zapalování. Dieselové motory jsou proto ve srovnání s benzínovými v podstatě konstrukčně jednodušší, spolehlivější, pevnější, poskytují větší točivý moment, mají menší spotřebu, větší tepelnou účinnost a využívají hustší palivo, což zvětšuje dolet oproti benzínovým při stejném množství paliva. Tyto motory se používaly již během druhé světové války, po jejím skončení však byly zastíněny vývojem proudových motorů. |
Motory mohou být buď dvoudobé nebo čtyřdobé, přičemž v letectví se můžeme setkat s oběma. Dieselové palivo (nafta či palivo na bázi petroleje) se spaluje pomaleji než benzín, čímž jsou maximální otáčky vrtule omezeny na hodnoty kolem 4 800 RPM. Dieselový motor je nicméně schopen poskytnout vysoký točivý moment při nízkých otáčkách, což je výhodné pro vrtulová letadla. Kvůli vysokému kompresnímu poměru a z toho plynoucím silám v dieselovém motoru musí být jeho konstrukce silnější, a proto se u nich setkáváme s vyšší hmotností než u benzínového provedení. Letecké dieselové motory jsou zpravidla řadové, BMW nicméně vyrobilo i radiální (viz obrázek).Z druhé strany mince
Startování motoru v chladném počasí může skýtat obtíže, a proto je potřeba použít systém jeho předehřátí. Každý válec dieselového motoru proto používá žhavící svíčku, která ohřívá studený vzduch před a po nastartování a napomáhá tak spalování paliva prvních pár minut po „studeném“ startu.
Během letu se letadlo často pohybuje v prostředí, kde teploty klesají hluboko do záporných hodnot. Společnost DeltaHawk, vyvíjející dieselové motory mimo jiné i pro armádní použití, odpovídá na otázku, jak brání tuhnutí paliva: „Bod tuhnutí evropského paliva Jet A-1 je -47 °C. Do motoru je z nádrží dodáváno ve větším množství, než které spotřebuje. Toto nadbytečné množství nicméně prochází motorem, kde se ohřeje a poté proudí zpět, čímž se snižuje riziko jeho tuhnutí případně vzniku ledových krystalků z vody v něm obsažené.“
Jistou nevýhodou může být i nepříjemný zápach paliva a z toho plynoucí nutnost častějšího čištění spodní části letadla od usazenin z výfukových plynů.
Pokud jde o hmotnost motoru, jako příklad uveďme Cessnu 182 Skylane. Standardně může být vybavena benzínovým motorem Continental O-470-U o výkonu 230 koňských sil při hmotnosti 187 kg. Při dieselovém pohonu motorem SR305-230E je výkon 230 hp, ale hmotnost naroste na 195 kg.
Velmi důležitou oblastí je rovněž výkon. „Pokud se chystáte vyvinout nový letecký motor a pokud věříte, že jej nabídnete trhu, kde bude využíván ke skutečným úkonům a ne jen k rekreačnímu létání, věříme, že výkon motoru by neměl být nižší než 350 koňských sil,“ domnívá se Steven M. Weinzierl, zástupce ředitele a zakladatel EPS. Nutno dodat, že výkon prvního motoru série Graflight vyvíjený EPS by měl být mezi 320 a 420 hp.
Cessna dieselovým pionýrem
Společnost SMA engines, která dnes již zcela spadá pod výrobce proudových motorů Safran, vyvíjí dieselové motory, kterými mohou výrobci letounů podle vlastního uvážení vybavovat své stroje. Nabízí dvě výkonově odlišné verze, čtyřválcový SR305-230E, schválený FAA a Evropskou agenturou pro bezpečnost v letectví (EASA) roku 2011, o výkonu 230 hp a šestiválcový SR460-230E s více než třemi sty koňskými silami, který by měl být k dispozici v průběhu roku 2015. V roce 2012 oznámila Cessna, že výše zmiňovanou slabší verzí bude standardně vybavovat model 182 pod názvem Skylane JT-A, a nahradí tak jeho benzínové předchůdce.
Dieselový motor SR305-230E francouzské společnosti SMA
Ředitel společnosti SMA engines Thierry Hurtes je přesvědčen, že „silná poptávka po užitkových letadlech bude přicházet z afrického trhu. Ideálně po letounech velikostí odpovídajících Cessně 206, neboť bezpochyby vznikne poptávka po efektivnějších a levnějších strojích překonávajících mezeru mezi vrtulovými a proudovými letouny. Zájemci o dieselový pohon většinou absolvují stovky letových hodin ročně, neboť teprve tehdy se skutečně vyplatí. Pokud jde o výkon, myslím si, že nemá smyl snažit se s danou technologií překonat hranici pěti set hp.“
Cessna by chtěla dieselovými motory vybavit i modely 172 a 206, avšak musí k tomu dojít na základě „uváženého“ rozhodnutí, věří představitelé společnosti. Konstruovat dieselové motory má smysl do výkonu čtyř až peti set koňských sil, dále totiž existují proudové motory schopné nabídnout daný výkon při výrazně nižší hmotnosti motoru, konstatuje testovací pilot EPS Charlie Wilcox.
Diesel jako alternativa
Podíváme-li se na praktický příklad užívání dieselového motoru, zjistíme, že funkčním modelem alespoň zpočátku může být provoz jen několika dieselových strojů. Paramus Flying Club z New Jersey nechal vybavit jednu ze svých Cessen 182 dieselovým motorem SMA 305 o výkonu 230 koňských sil. Praxe ukázala, že hodinová spotřeba motoru klesla na osm galonů z původních třinácti, klub tak mohl nabídnout pronájem dieselové verze za 145 dolarů na hodinu oproti 191 dolarům za benzínovou úpravu, uvádí jeho prezident Chris Howitt. Jak jsme si ale ukázali výše, situace v Americe a v Evropě může být velmi odlišná.
Země jako Čína nemají historii letectví srovnatelnou s tou americkou. Soukromé létání se zde teprve rozvíjí a sehnat avgas může být skutečný oříšek. Dá se proto předpokládat, že tamní zájemci o létání budou spíše sahat po letadlech s dieselovými motory, čemuž koneckonců odpovídá nastavení business plánů mnohých západních výrobců. Tamní trh se proto pro mnohé může stát jakousi "sázkou na jistotu".
Na závěr dodejme, že vývojem dieselových motorů se dnes zabývá především Austro, spadající pod společnost Diamond Aircraft, DeltaHawk, slyšící hlavně na vojenské zakázky, Centurion, výše představený SMA, Continental a nadějný EPS. Perspektivně nejvíce zákazníků naleznou patrně v Číně, Africe a Jižní Americe. Je ovšem možné, že se dostanou ke slovu i v Evropě a sníží tak ceny, za které si budeme časem letouny pronajímat.
Sám prezident SMA Thierry Hurtes ostatně dodává: „Myslím si, že dieselové motory nenahradí benzínové, ale budeme je používat tam, kde to má smysl.“
