Není to vojenský vs. civilní motor, ale podzvukový vs. nadzvukový motor

Všimněte si, že podzvukové vojenské letouny používají stejné motory jako civilní letouny, i když se jejich názvy mohou lišit.

• KC-135 původně používal J-57, který se při použití v Boeingu 707-120 nazýval JT-3C. Nyní létají na CFM-56, který se používá v Boeingu 737 a A320.
• C-5 Galaxy používá GE TF39, který se stal CF6, když se montoval do Boeingu 747-100 nebo DC-10.
• Fairchild A-10 používá GE TF34, který se nazývá CF34, když se montuje do civilních letadel, jako je Bombardier Challenger.

Ne, rozdíly vznikají pouze tehdy, když je letadlo určeno k nadzvukovému letu. To vyžaduje zcela odlišný přístup k integraci motoru:

• Motory nadzvukových letadel se montují blízko osy. Pokud je to možné, jsou přímo za sacími otvory, takže proudění sacího vzduchu nemusí měnit směr. Výjimky jako SR-71 jsou vzácné.
• Supersonické sací otvory jsou delší a mají ostré hrany na rozdíl od krátkých, tupých sacích otvorů podzvukových letadel. Většina z nich má také proměnnou geometrii, aby se přizpůsobila velmi odlišným podmínkám proudění při nadzvukové rychlosti.
• Protože úkolem sání je zpomalit vzduch vstupující do motoru, nadzvukové sání nemůže mít velkou záchytnou plochu, jinak by byl jeho rozptylový odpor při nadzvukovém letu nadměrný. Nadzvukové motory musí vytvářet svůj tah s mnohem menší vzduchovou hmotou než čistě podzvukové motory. Zapomeňte na stealth, to je skutečný důvod pro menší průměry motorů schopných nadzvukových letů.
• Dýzu nadzvukového letadla lze také měnit, na rozdíl od pevné trysky podzvukových letadel. To opět pomáhá přizpůsobit ji podmínkám proudění, ale v tomto případě je hlavní rozdíl mezi zapnutým a vypnutým dohřevem. Motory s přídavným spalováním jsou schopny dosáhnout mnohem vyšších výstupních rychlostí, což kompenzuje jejich menší průměr. Urychlují méně vzduchu na vyšší rychlost, aby vytvořily srovnatelný tah.
• Poslední bod to zmínil, ale zaslouží si vlastní odrážku: Aby měly nadzvukové motory dostatečný tah k tomu, aby vůbec mohly letět nadzvukovou rychlostí, používají přídavné spalování. Horké výfukové plyny mají mnohem větší objem než proud studených nasávaných plynů, čemuž je třeba se přizpůsobit rozšířením trysky.

Poznamenejme, že civilní Concorde používal také variabilní sání a trysku a přídavné spalování. Měl motor, který byl předtím použit v nadzvukovém vojenském letadle BAC TSR-2.

Skutečný rozdíl není mezi civilním a vojenským letadlem, ale mezi čistě podzvukovým a nadzvukovým letadlem. Zpočátku bylo obojího dosaženo se stejnými motory. Výše zmíněné motory J-57 byly použity také u nadzvukového vojenského proudového letounu F-100. Teprve v 60. letech se tyto linie rozešly a u podzvukových letounů přibývaly stále větší nízkotlaké kompresorové stupně. Ty byly opět poháněny vysokotlakými jádry, která se používala u nadzvukových letadel.

Základní údaje

Tah je hmotnostní průtok vzduchu vynásobený rozdílem rychlostí letu a rychlostí trysky motoru. Pro zvýšení tahu se podzvukové motory snaží maximalizovat hmotnostní průtok (zvýšením obtokového poměru), zatímco nadzvukové motory spoléhají spíše na zvýšení rychlosti trysky (použitím přídavného spalování). Protože čistý tah je možný pouze tehdy, když je výstupní rychlost vyšší než rychlost letu, musí se výstupní rychlost motoru zvyšovat s návrhovou rychlostí letu.

Jádrové motory se příliš neliší – sání přece zajistí, aby vzduch do motoru dorazil rychlostí 0,4 až 0,5 Machu bez ohledu na rychlost letu. Jádro motoru General Electric F110 (instalovaného mimo jiné ve stíhačkách F-15 a F-16) se stalo jádrem turbovrtulového motoru CFM-56, který se používá v letadlech Boeing 737 nebo Airbus A320. Hlavní rozdíl je v jejich obtokovém poměru. Čím nižší je konstrukční rychlost, tím větší může být obtokový poměr. Při velmi nízkých rychlostech se nepřevodový, krytý ventilátor vymění za převodovku s volně se otáčející vrtulí, jinými slovy, proudový motor se změní na turbovrtulový. Sání a tryska jsou však skutečně velmi odlišné.

Optimální obtokový poměr se průběžně mění, ale protože po překročení Machova čísla 1 klesá součinitel odporu vzduchu, jsou letouny konstruovány buď pro maximální Machovo číslo 0,9 a méně, nebo 1,6 a více. Odpovídající obtokové poměry jsou dnes až 12 pro podzvukové motory a méně než 1 pro nadzvukové motory. To vytváří ostrou hranici při rychlosti zvuku a mnoho vojenských motorů určených pro nadzvukový let ztratilo přídavné spalování a bylo vybaveno velkým ventilátorem, aby se z nich staly motory pro podzvukové dopravní letouny.

Rozdíly mezi podzvukovými a nadzvukovými motory se zvětšují, čím více se vzdalujeme od jejich jádra. Vysokotlaký kompresor, spalovací komora a vysokotlaká turbína vypadají a pracují stejně, ale nízkotlaký kompresor podzvukových motorů spolyká mnohem více vzduchu a má mnohem větší průměr. Nadzvukové motory zase většinou mají přídavné spalování. Největším rozdílem jsou však sací otvory (velký pitotův sací otvor s tupými konci pro podzvukové letouny versus nastavitelný hrotový nebo rampový sací otvor pro nadzvukový let) a tryska (pevná pro podzvukový let versus složitá, nastavitelná konvergentně-divergentní tryska pro nadzvukový let). To je způsobeno velmi rozdílnými rychlostmi vzduchu a mnohem vyššími výstupními rychlostmi potřebnými pro nadzvukový let.

Podívejte se na sací část letounu XB-70 na obrázku výše (zdroj). Zachycovací plocha je poměrně malá a pak se sací trubice rozšiřuje, aby umožnila zpomalení proudu vzduchu. Šikmé boční stěny sací části způsobují při rychlosti Mach 3 velký odpor vzduchu. Nyní si představte, že šest motorů GE YJ-93 je nahrazeno motory s ještě větším průměrem. Zvýšení vlnového odporu v důsledku ještě tupějšího sání by zrušilo všechny výhody vyššího obtokového poměru.

Méně zřejmá je skutečnost, že tato sací sekce také vytváří možná polovinu celkového tahu pohonného systému. Ale tato odpověď je už příliš dlouhá, takže si to nechám na jinou odpověď.