Lo sapevate? Quando guardiamo le foto degli aerei, la prima cosa che attira la nostra attenzione potrebbe essere la livrea o le ali. Tuttavia, i veri determinanti della velocità, dell'autonomia e della capacità dei passeggeri di un aereo risiedono nel "cuore" nascosto sotto le ali o all'interno della fusoliera: il motore.
Turbogetto, turboventola, turboelica e turboalbero-questi quattro nomi potrebbero suonare come uno scioglilingua se elencati insieme. Tuttavia, una volta comprese le relazioni tra di essi, la logica fondamentale alla base della progettazione degli aerei diventa immediatamente chiara. Analizziamolo oggi.
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Innanzitutto tieni presente questo concetto fondamentale: questi quattro tipi di motori appartengono alla stessa famiglia. Funzionano tutti secondo il principio della turbina a gas. In parole povere: l'aria viene aspirata → compressa → il carburante viene iniettato e bruciato → il gas ad alta-temperatura e alta-pressione fa girare la turbina → i gas di scarico vengono espulsi per generare spinta. Tutti e quattro condividono esattamente lo stesso processo fondamentale.
La differenza sta nel modo in cui incanalano la potenza generata dopo la combustione.
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Motore turbogetto: il lignaggio originale
Il nome completo è "motore turbojet" ed è stato il primo tipo di motore a reazione a raggiungere la maturità. Il suo principio di funzionamento è il più semplice: tutta l'aria segue un unico percorso-compressione, combustione ed espulsione. Più velocemente viene espulso lo scarico, maggiore è la spinta.
In combattimento, nel momento in cui un pilota attiva il postbruciatore, la spinta può aumentare dal 30% al 100%; tuttavia, questa capacità può essere utilizzata solo per breve tempo, poiché il consumo di carburante è astronomicamente elevato.
Il più grande vantaggio del turbogetto è la velocità, che lo rende ideale per il volo ad alta-altitudine e-alta velocità. Il suo più grande svantaggio è l’elevato consumo di carburante; l'efficienza è particolarmente scarsa durante il volo a bassa-velocità.
[Immagine: diagramma schematico della struttura del motore a turbogetto]
Qualcuno si è mai chiesto se sarebbe possibile aggiungere un ulteriore strato d'aria attorno al motore-aria che bypassa la camera di combustione e viene semplicemente espulsa da una ventola per generare spinta? Non si risparmierebbe carburante?
E così è nato il motore turbofan.
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Motore Turbofan: il campione in carica
Puoi pensare a un motore turbofan come a un motore a turbogetto che indossa un "cappotto d'aria". Una grande ventola è installata davanti al motore principale originale. Una volta entrata l’aria si divide in due percorsi:
Una piccola porzione segue il "vecchio percorso" centrale (condotto/nucleo interno): compressione → combustione → scarico → generazione di spinta.
Gran parte segue il "nuovo percorso" esterno (condotto esterno/condotto di bypass): accelerato solo dalla ventola → scarico diretto → generazione di spinta (e maggiore efficienza del carburante).
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Principi di funzionamento dei condotti interni ed esterni dei motori turbofan (flussi core e bypass)
La chiave sta in un’unica cifra: il **rapporto di bypass**. Questo è un concetto fondamentale nei motori aeronautici-. In poche parole, è il rapporto tra la massa d'aria che scorre attraverso il condotto esterno e la massa d'aria che scorre attraverso il condotto interno.
Rapporto di bypass pari a zero → Motore turbogetto
Basso rapporto di bypass (ad es. 0,2–0,3) → Buone prestazioni ad alta-velocità → Utilizzato su aerei da combattimento
Rapporto di bypass elevato (ad es. 8–9 o superiore) → Elevato risparmio di carburante-, bassa rumorosità → Utilizzato su aerei di linea civili
I più grandi motori turbofan civili del mondo oggi raggiungono rapporti di bypass superiori a 10. In altre parole, la spinta generata dall'aria attraverso la combustione nel nucleo del motore rappresenta meno di un-decimo del totale; il restante 90% della spinta proviene dall'aria spinta dalla massiccia ventola. Questo è il segreto dietro la loro combinazione di potenza ed efficienza del carburante.
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Motore turboelica: l'"Hercules" del trasporto aereo
Molte persone confondono i motori turboelica con i vecchi-motori a pistoni. In realtà, sono completamente diversi. Fondamentalmente, un motore turboelica è essenzialmente un motore a reazione, ma trasmette la maggior parte della potenza generata dalla turbina a un'elica esterna tramite un riduttore.
La forza di trazione (spinta) generata dall'elica che agita l'aria è la fonte primaria di propulsione, mentre il debole flusso di scarico proveniente dal tubo di scappamento svolge solo un ruolo ausiliario. In sostanza, se prendessi un motore turbofan, esponessi la sua grande ventola all'esterno e ne riducessi la velocità di rotazione, avresti essenzialmente un motore turboelica.
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Motore turboelica
Il vantaggio del turboelica è la sua efficienza estremamente elevata durante il volo a bassa-velocità-è addirittura più efficiente in termini di consumo di carburante-rispetto al turbofan. A velocità di volo inferiori a 600 km/h, il motore turboelica offre un vantaggio enorme.
Anche i suoi svantaggi sono evidenti: non può volare molto velocemente e genera un rumore significativo. Il bombardiere russo Tu-95, che utilizza motori turboelica, è notoriamente soprannominato "l'Orso". Quando un’elica gira ad alta velocità, le sue punte rompono la barriera del suono, generando un rumore incredibilmente forte, udibile fino a 20 chilometri di distanza. L'alta velocità combinata con un rumore assordante è semplicemente una faccia della medaglia del turboelica.
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Motore turboelica AEP500
I turboelica sono particolarmente-adatti per aerei da trasporto a velocità bassa-e{2}}media-media, aerei da pattuglia e aerei di linea regionali. Non richiedono velocità elevate ma danno priorità all’efficienza del carburante, ai bassi costi e ai requisiti minimi della pista. Molti velivoli a turboelica possono decollare e atterrare su piste corte e non asfaltate-un'impresa impossibile per gli aerei di linea commerciali standard.
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Motori turboalbero: costruiti appositamente per gli elicotteri
Avendo coperto i turboelica, i turboalberi sono facili da capire. Mentre un turboelica dirige la sua potenza per far girare un'elica, un turboalbero la dirige per far girare il rotore di un elicottero.
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Motore turboalbero
I motori turboalbero possiedono diverse caratteristiche chiave:
Rapporto-potenza-peso estremamente elevato-sono compatti e leggeri ma offrono una potenza immensa. Questo è fondamentale per gli elicotteri; ogni chilogrammo di peso risparmiato consente un chilogrammo in più di carico utile.
Struttura compatta-progettata per adattarsi alla stretta fusoliera di un elicottero.
Direzione di scarico regolabile-a differenza di altri motori che devono scaricare all'indietro, il percorso di scarico può essere adattato alla disposizione specifica della cellula dell'elicottero.
Turboelica e turboalbero sono essenzialmente due varianti dello stesso motore principale. I produttori devono semplicemente modificare il meccanismo di output finale; lo stesso motore principale può fungere da turboelica per gli aerei ad ala fissa-o da turboalbero per gli elicotteri. L’industria aeronautica praticava questo tipo di progettazione modulare molto prima che il concetto diventasse una tendenza.
Infine, chiariamo le relazioni tra le quattro tipologie:
Turbogetto: l'antenato; la forma più pura. Offre le velocità più elevate ma consuma più carburante.
Turbofan: la versione migliorata. Aggiunge una grande ventola per bilanciare la spinta e l'efficienza del carburante, rendendolo l'attuale standard del settore.
Turboelica: la versione-a basso consumo di carburante. Dirige tutta la potenza all'elica, offrendo un'eccellente economia a velocità inferiori.
Turboalbero: la versione specializzata. Converte la potenza in uscita dell'albero appositamente per azionare i rotori degli elicotteri. Nessuno dei quattro tipi di motore è intrinsecamente superiore agli altri; ognuno ha la propria arena e il proprio modo di prosperare.
