Il Motore Aeronautico
Il motore di un aereo non è altro che il componente che consente all’aereo di generare una forza propulsiva in grado di fare muovere l’aereo nell’ambiente circostante.
Possiamo distinguere due tipologie di propulsione: la Propulsione a Elica e la Propulsione a Getto.
Nella Propulsione a Elica la spinta è generata dall’incremento della quantità di moto dell’aria ottenuta attraverso la rotazione di un’elica.
Tra i motori a Propulsione a Elica si distinguono:
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Moto Elica: impiegano motori a combustione interna alternativi, (a pistoni) basato sul ciclo Otto o Diesel, che consentono di far girare un albero motore a cui è attaccata un’elica (propeller). Oggi l’impiego dei motoelica e limitato a piccoli aerei da turismo e ai deltaplani a motore.
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Turbo Elica: Motore a combustione interna basato sul ciclo di turbina a gas (Brayton), turboelica è un ibrido, a metà strada tra i motori ad elica ed i motori a getto, in quanto parte della spinta è generata dall’espulsione dell’aria utilizzata dal gruppo turbina-compressore. A sua volta si distinguono i Turbo Elica (Turbo Propeller); i Turbo Shaft (Turbo Albero); PropFan.
Nella Propulsione a Getto la spinta è generata dalla reazione del velivolo all’espulsione di massa di aria “particolarmente“ trattata.
Tra i motori a Propulsione a Getto si distinguono:
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Motori Turbogetto (turbojet):
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Motori Turbogetto a doppio flusso (turbofan):.
Il Motore Turboelica
Il turboelica è un sistema misto in cui la spinta viene generata in parte dall’elica (la maggior parte), e in parte dal getto.
Vediamone il funzionamento:
Gli elementi del motore Turbo Elica o Turbo Propeller sono:
1. la presa d'aria;
2. il compressore;
3. la camera di combustione;
4. la turbina;
5. L’ugello.
6. L’elica.
1) Il primo elemento che incontriamo è la PRESA D’ARIA, che, come dice il nome, ha il compito di captare l’aria esterna e convogliarla verso le altre parti del motore.
2) L’aria captata viene inviata al COMPRESSORE centrifugo dove l’aria viene compressa, e la temperatura elevata fino a 700° C.
3) Parte dell'aria così riscaldata viene inviata alle CAMERE DI COMBUSTIONE, dove a seguito dell'arricchimento con combustibile (Jet-A1) secondo un preciso rapporto stechiometrico si incendia determinandone la combustione; la prima combustione avviene grazie alla scintilla scoccata da una candela, successivamente, il ciclo si autoalimenta grazie all'elevata temperatura che determina l'autocombustione della miscela (aria-combustibile).
Non tutta l’aria uscente dal compressore viene bruciata nelle camere di combustione. La maggior parte di quest’aria non partecipa alla combustione, ma lambisce esternamente le camere di combustione, raffreddandole; successivamente prosegue unendosi ai prodotti della combustione poco prima dell’entrata in turbina diminuendo la temperatura del flusso.
4) LA TURBINA sfrutta l’energia dei gas (pressione e temperatura) per produrre il lavoro necessario all’azionamento del Compressore e dell'Elica ai quali è collegata mediante due alberi coassiali.
5) I gas uscenti dalla turbina vengono poi avviati all’UGELLO DI SCARICO, nel quale subiscono una ulteriore espansione, uscendone ad elevata velocità.
6) L’Elica è mossa dalla potenza fornita all’albero dal gruppo turbogas, tuttavia, le dimensioni dell’elica, maggiori di quelle di compressore e turbina, rendono necessaria l’introduzione di un riduttore (i rapporti di riduzione sono dell’ordine di (15:1) per contenere la velocità di rotazione dell’elica.
Si può dire quindi che in realtà il turboelica è un sistema misto in cui la spinta viene generata in parte dall’elica (la maggior parte), e in parte dal getto.
Attualmente il turboelica trova largo impiego negli aerei di trasporto regionale, dove non sono richieste le elevate velocità di crociera dei motori a getto.
Il turboelica è inoltre il motore principalmente (quasi esclusivamente) usato nel campo degli elicotteri, dove, peraltro, prende il nome di turboalbero (turboshaft) a causa del diverso utilizzo dell’elica (portante in questo caso).
Si parla di turboalbero, anche perchè, diversamente dai turboelica, tutta l’energia viene fornita all’elica, senza utilizzare l’energia del getto.
L'Elica può essere formata da una o più pale, le quali si comportano come "ali rotanti". L’elica, azionata da un motore, ruota ad alta velocità e riesce col suo profilo opportunamente calettato (sagomato) a spingere (accelerare) il flusso d’aria all’indietro. Questa accelerazione viene bilanciata da una spinta in avanti di tutto l’aereo (3° principio della dinamica”azione e reazione”). L'elica deve avere la stessa portanza lungo tutto il braccio affinché eserciti la medesima spinta. Poiché la portanza è direttamente proporzionale all'angolo d’incidenza e alla velocità, tale angolo dovrà variare con la velocità. Ma la velocità periferica delle pale cresce dal centro verso l'estremità, allora per mantenere costante la portanza si dovrà modificare il calettamento dell’elica. Ed è per questa ragione che si svergola l'elica cioè con un calettamento variabile che man mano diminuisce dal centro verso l'estremità del profilo dove la velocità è massima.
IL MOTORE TURBOJET
Il motore turbogetto semplice è il turboreattore base, i componenti principale sono:
1. la presa dinamica;
2. il compressore;
3. la camera di combustione;
4. la turbina;
5. L’ugello.
1) Il primo elemento che incontriamo è la PRESA D’ARIA, che, come dice il nome, ha il compito di captare l’aria esterna e convogliarla verso le altre parti del motore (air intake); al suo interno avviene già una prima piccola compressione per effetto dinamico.
2) L’aria così aspirata viene inviata al COMPRESSORE genericamente assiale dove l’aria viene compressa fino a raggiungere rapporti di compressione molto elevati determinando l'innalzamento della temperatura a circa 700° C.
3) In seguito l’aria viene inviata alle CAMERE DI COMBUSTIONE, dove viene iniettato il combustibile (Jet-A1) e si ha quindi la combustione.
Non tutta l’aria uscente dal compressore viene bruciata nelle camere, la maggior parte di quest’aria non partecipa alla combustione: ad esempio, se la quantità di aria compressa è, in peso, 60 volte maggiore della quantità di combustibile, di queste 60 parti, 15 vengono utilizzate per la combustione (aria primaria e secondaria), le altre 45 parti in peso lambiscono esternamente la camera, raffreddandola, e si uniscono ai prodotti della combustione successivamente, prima dell’entrata in turbina, diminuendo la temperatura del flusso.
4) LA TURBINA sfrutta l’energia dei gas (pressione e temperatura) per produrre il lavoro necessario all’azionamento del compressore, alla quale è collegata mediante un albero.
5) I gas uscenti dalla turbina vengono poi avviati all’UGELLO DI SCARICO, nel quale subiscono una ulteriore espansione, uscendone ad elevata velocità andando a costituire il getto. Il getto in uscita dal motore provoca, per reazione, una spinta in avanti, che è poi la spinta che provoca il movimento dell’aereo.
Per mantenere la temperatura entro valori tollerabili dalle palette della turbina, si adotta nel turbogetto una miscela complessivamente “povera”, cioè con eccesso di aria.
Sussiste, quindi, la possibilità di utilizzare l’aria in eccesso per effettuare una seconda combustione, iniettando ancora combustibile dopo l’espansione in turbina.
La postcombustione permette di avere temporaneamente una maggiore spinta, con conseguenti possibili applicazioni militari, ma anche nel campo dell’aviazione civile supersonica
I-GIMA Giuseppe Mangialomini