Jak asi působí vulkanický prach
na proudové (tryskové) pohonné
jednotky motorů

V minulém magazínu jsme letmo připomněli energii Země, která nám dala najevo svůj potenciál prostřednictvím otevřené záklopky islandské sopky, kterou uniklo do její atmosféry nepředstavitelné množství plynných a tuhých částic. Zamořilo obrovské objemy vzdušných prostorů, jež celkem běžně využívají letouny k dopravě cestujících a nákladů.

A najednou bylo několik dní ticho. Žádný hluk a ani kondenzační čáry nad Evropou po dobu několika dnů. Chaos na letištích a finanční ztráty leteckých společností. Desetitisíce vyděšených a rozlobených cestujících marně hledajících náhradní spoje do míst, kam se měli dostat vzduchem.

Muselo to tak být? A je letecká doprava tak lehce narušitelná ve své činnosti, jestliže jakýsi „zemský komín“ uvolní malé množství svých „sazí“? Asi ano. Ale proč je vítězství člověka nad přírodou ještě za horizontem nejenom dnešní, ale i několika příštích, generací lidstva? Je na to celkem jednoduchá odpověď.

Lidské „výdobytky“ jakkoliv technicky, podle mínění laiků, dokonalých strojů a nástrojů všelijakých druhů, jsou v podstatě při měření s přírodními silami velmi nedokonalé. Prostě na ně, když přijde na to správnější poměřování kdo z koho, nemají a musí požadat o „time out“.

Abychom zde nevedli jakési pseudifilozofické mudrování o tom či o onom, připomeňme co je při výbuchu vulkánu exportováno do atmosféry Země.

Jsou to jednak obrovská množství zejména kyselých plynů, které jsou buď vázány na površích emitovaných pevných částic (popelů a popílků) a také reagují s přítomnou vodní parou za vzniku kyselin. A zároveň to jsou nepředstavitelné hmoty popela, jehož částice mají rozměry od několika milimetrů do několika desetin milimetrů a ty se pohybují vzduchem ve směru větru do vzdáleností stovek kilometrů.

Na Zemi vybuchují vulkány sice nepravidelně, zato spolehlivě. Výšky erupcí jejich odpadních látek zasahují do výšek od cca 2 km až do 40 km. Jejich kouřové vlečky pak pokrývají plochy statisíců km2.

Hustota, neboli měrná tíha, těchto částic se pohybuje v rozmezí od cca 2 300 do 3 200 kg/m3.

Jejich tvrdost je pak srovnatelná s tvrdostí ocelí anebo je ještě vyšší.

Jestliže vletí letoun poháněný proudovou jednotkou do prostředí obsahující tuhé částice mívá, obvykle buď hned anebo po nějakém ne příliš dlouhém čase, potíže. Takovéto tepelné motory sestávající z částí rotujících vysokými rychlostmi jsou vystaveny enormním namáháním nejen od sil a momentů za vysokých teplot, ale i od abrazivních účinků tuhých částic jak ve spalovací komoře tak i v expandujících několika stupňových turbinách před výstupem z motoru. K nežádoucímu obrušování lopatek vstupních kompresorů rovněž dochází.

Vzduch nassávaný a stlačovaný kompresorem je smícháván s palivem a ve spalovací komoře při značném tlaku spalován. Podmínky spalování je nutné volit tak, aby jeho účinnost byla optimální vůči použitým materiálům, spolehlivosti a životnosti jednotlivých částí motoru. To není vůbec jednoduché. Například teplota spalování v komoře(je ovlivněna tvarem komory, přebytkem vzduchu, přípravou směsi vzduchu a paliva atd) je velmi důležitou veličinou. Obvykle to bývá kolem 1 000oC, někdy i víc. Pokud nejsou v komoře přítomny tuhé anorganické částice jedná se o optimální využití některého termodynamického cyklu, jež jsou již delší dobu známy(i z 19. století).

Když tam ale jsou i pevné nehořlavé částice, byť i rozměrů v řádech desetin milimetrů, začínají nepříjemné potíže. To, že tyto částice negativně ovlivňují zanášením a usazováním přípravu a vlastní spalování směsi je ještě asi ten menší problém. Mnohem horší je, že tyto částečky v teplotách nad asi 900oC měknou. Při tom ne zase tolik, aby úplně pozbyly svých abrazivních účinků.

Při vstupu spalin obsahujících tyto pevné nečistoty k oběžným kolům turbin dochází k rychlému opotřebování jejich lopatek a zároveň k nalepování těchto změklých částeček na různých místech uvnitř motoru. To má za následek rychlou ztrátu původních funkcí jednotlivých tepelně namáhaných částí motoru až jejich zničení. Podívejte se na následující obrázky, kde jsou takové účinky zachyceny. Je to hrůzný obraz zkázy. Připomíná to rošt z domácích kamen spalujících uhlí.

Je to výsledek abraze a koroze jemných tuhých částic unášených velmi rychlými proudy( více než 250 m/s) spalin na teplotně zatížené části proudových motorů. A co to může znamenat pro letoun nacházející se ve vzduchu raději nedomýšlet.

Tyto záběry nebudou asi příliš překvapivé například pro provozovatele parních generátorů spalujících pevná paliva. Tam jsou některé části nacházející se za spalovací komorou, po poněkud delším čase než je tomu u proudových motorů letadel, podobně zdeptány a musejí být vyměněny. Vinu za to nesou zase pevné částečky popela a kyselé plyny nacházející se ve spalinách.

Chtěli jsme populárním způsobem přiblížit našim příznivcům důsledky létání v prašném prostředí, jestliže jsou pohonnými jednotkami proudové motory i v turbovrtulové verzi.

Takže sopečné mraky raději oblétat nebo na čas nelétat vůbec a motory zakrýt. Počkejme na doporučení(či nařízení), která stvoří příslušné orgány EU.