Come funzionano i motori degli aerei?

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Per il nostro consueto appuntamento: se sai come funziona, non ti fregano facilmente, oggi parliamo dei motori degli aerei.Come funzionano questi motori?

Innanzitutto dobbiamo distinguere i vari tipi esistenti. Fondamentalmente sono 4:

Elica a pistoni

È il tipo più semplice e più vecchio, usato per lo più su aerei molto leggeri. Fondamentalmente è un motore a combustione interna, a pistoni, con un’elica attaccata all’estremità dell’albero motore.

Motore aeronautico a pistoni

 

Turboelica

Detto turboprop, è un motore a reazione, dove una turbina fa girare l’elica che genera la spinta. Una parte della spinta viene ottenuta anche dal getto in uscita dal motore.

Motore Turboelica

Turbogetto

Classico motore a reazione, la spinta viene ottenuta dal flusso di aria che viene accelerato e sparato via in direzione opposta a quella del moto, ottenendo, per reazione appunto, una spinta. Viene usato sugli aerei militari, anche se ormai in disuso.

Spaccato di un turbogetto

Turbofan

È un turbogetto un pelino più complesso, dove al compressore è anteposta una ventola (fan) che attraverso un bypass genera un flusso di aria secondario che garantisce una spinta maggiore a velocità più basse. È il tipo più comune usato sugli aerei di linea e sui moderni aerei militari.

Modello di un turbo fan

 

Andiamo nel dettaglio e vediamo come realmente funzionano questi motori.

Partiamo del turbofan, da cui per sostituzioni e semplificazioni possiamo ottenere gli altri due motori turbo.

Spaccato di un Turbofan

 

Schema a blocchi di un turbofan

Qui possiamo vedere lo spaccato e lo schema a blocchi di un turbofan detto “non mixing bypass”.

I numeri e le lettere indicano i vari punti e le varie trasformazioni termodinamiche che intervengono nel ciclo del motore. Niente paura, non ho intenzione di inserire formule e conti, ci interessa soltanto far capire cosa succede nel motore.

Il turbofan è composto essenzialmente da un ingresso, detto inlet o diffuser, che “prepara” l’aria esterna (a e 1) ad essere lavorata nel motore (2), da una ventola, fan (F), che opera una prima compressione del flusso d’aria, rallentandolo e comprimendolo (21 e 13 ). Dalla ventola si separano due flussi, il primo, detto di bypass  (13), non incontra altri elementi fino all’ugello di scarico (N, 17) (nella versione non mixing, in quella mixing il flusso di bypass viene mescolato con quello proveniente dal motore prima di raggiungere l’ugello) e genera una prima spinta (19) dovuta principalmente alla quantità di aria che viene espulsa, più che alla sua velocità.

Il secondo flusso, quello principale (21), entra in un compressore (C), detto di alta pressione, che aumenta la pressione dell’aria anche di alcune decine di volte (3). Dal compressore si arriva nella camera di combustione (B), dove viene iniettato il combustibile e avviene la combustione della miscela (4). A questo punto, il flusso, con i suoi 1400/1500K arriva nella prima turbina,detta di alta pressione (T), dove subisce un’espansione e quindi un raffreddamento (41), cedendo parte della sua energia a questa turbina. Quest’ultima è collegata con il compressore di alta pressione tramite un albero di trasmissione. Il compito di questa turbina è quindi quello di far girare il compressore, assorbendo dal fluido tutta l’energia necessaria. Uscendo da questa turbina, il flusso arriva in un’altra turbina, detta di bassa pressione (T), che è collegata con la ventola tramite un altro albero di trasmissione, diverso dal precedente, e serve a far girare quest’ultima, assorbendo quindi un’altra parte dell’energia del flusso (5).

A questo punto, i gas in uscita dalla seconda turbina sono molto più freddi e ad una pressione molto più bassa di quelli che sono entrati nella prima turbina (7), ma conservano ancora una certa quantità di energia, sotto forma di pressione e calore, che viene convertita dall’ugello (N) in spinta per l’intero aereo (9).

Quindi riassumendo, abbiamo il flusso di aria che viene compresso due volte, bruciato con il combustibile in camera di combustione, fatto passare attraverso due turbine che servono ad alimentare la ventola ed il compressore ed infine espulso per generare la spinta.

In cosa differiscono i turbo jet e i turboprop da questo motore?

È molto semplice, infatti i turbogetto non hanno la ventola e hanno una sola turbina che va muovere l’unico compressore presente, mentre i turboprop non hanno una ventola come i turbo fan ma hanno l’elica vera e propria collegata con la turbina di bassa pressione oppure una sola turbina che muove sia il compressore sia l’elica, tramite una serie di ingranaggi che riducono la velocità di rotazione.

Di seguito un disegno che mostra le principali differenze tra i vari motori a reazione.

Schema che mostra le differenza tra i vari motori a reazion

 

Come e quando si usano?

I turboprop vengono utilizati su aerei piccoli da turismo o per trasposto personale. Raggiungono velocità discrete ma inferiori a quelle di un aereo di linea, intorno a Mach 0.75 contro il 0.9 di un turbo fan.

I turbogetto venivano usati sugli aerei militari e sui vecchi aerei di linea, adesso si preferisce usare turbo fan con un rapporto di bypass molto basso, per i militari, che quindi non ingombrano molto (più è grande la ventola più il motore genera resistenza aerodinamica) e garantiscono migliori prestazioni con consumi più bassi e ad alto rapporto di bypass per gli aerei civili, che presentano vantaggi molto simili.

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2 pensieri su “Come funzionano i motori degli aerei?

  1. Kostandin Semini

    Ricerca, euna cosa da non molare mai, manda avanti tutto sistema ,che fa parte a nostra vita.Secondo me e la cosa migliore che si puo fare nell bene di questo mondo.Politica di oggi fa schifo……..

  2. Kostandin Semini

    Sono dacordo, solo da buoni criteri per la ricerca, possiamo andare avanti, e salvaguardiamo mondo dove viviamo.Politici di oggi non riescono fare giusta politica. E meglio che la ricerca va avvanti : forze un giorno riusciamo costruire i buon politici??????????

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