Durante la Seconda Guerra Mondiale, la Germania è stata l’unica nazione ad aver sviluppato velivoli con motore a reazione; con la caduta di quest’ultima, la tecnologia è stata ripresa dagli Stati Uniti e dalla Russia che hanno migliorato il progetto iniziale, rivoluzionando così il viaggio aereo.
Il Motore a Reazione ha permesso di sviluppare velivoli con la capacità di viaggiare più velocemente rispetto a quelli con motori a petrolio o ad elica. La maggior parte dei velivoli attualmente in uso sono provvisti di motori turbogetto, turbovento, turboelica.
Il motore degli aerei a reazione sfrutta una corrente di gas ad altissima velocità che, in uscita dal propulsore, fornisce per reazione una spinta in avanti.
L’aria viene aspirata dall’esterno tramite un compressore (avviato da un motorino ausiliario) che la comprime nella camera di scoppio. Qui entra il combustibile, cioè il cherosene, si miscela con l’aria, brucia e produce gas ad alta temperatura e pressione.
Il gas fa girare una turbina, che aziona il compressore durante il volo, ed esce poi dagli ugelli posteriori alla velocità di 500-600 metri al secondo.
La spinta che permette agli aerei di volare proviene in realtà dall’energia chimica del cherosene, che reagisce con l’ossigeno dell’aria, cioè brucia, producendo energia termica.
Il propulsore fornisce così l’energia meccanica (12 chilowattora per ogni chilo di cherosene) necessaria per l’accelerazione e il decollo, e vincere le resistenze dell’aria e la gravità durante il volo.
Turbogetto
Il turbogetto è il più semplice e il più vecchio dei motori a reazione, soppiantato dal turboventola. Si tratta di un motore a ciclo continuo (o aperto) che sfrutta il Ciclo di Brayton-Joule per produrre la spinta necessaria a far muovere un aereo secondo il terzo principio della dinamica o principio di azione e reazione.
Il ciclo di Brayton-Joule è un ciclo termodinamico che costituisce il riferimento ideale per il funzionamento delle turbine a gas.
Seguiamo il ciclo:
1-2 compressione adiabatico del gas, con aumento della pressione e temperatura, e conseguente diminuzione del volume. Durante questa trasformazione si spende un lavoro di compressione l12.
2-3 isobara (pressione costante) durante la quale si somministra una quantità di calore qs aumentano di conseguenza temperatura e il volume.
3-4 espansione adiabatica con diminuzione della pressione e temperatura e conseguente aumento del volume. L’espansione adiabatica è prolungata teoricamente fino alla pressione p1 con un guadagno rispetto all’equivalente ciclo diesel corrispondente all’area in figura. Questa costituisce la fare attiva del ciclo e si ottiene un lavoro l34. Il lavoro utile è dato da l34-l12.
4-1 si sottrae una quantità di calore q1 a pressione costante. Diminuiscono temperatura e volume a pressione costante. Il gas ritorno allo stato fisico iniziale.
Il rendimento del ciclo di Brayton-Joule è.
Lo schema semplificativo si un impianto a turbina a gas è rappresentato dallo schema a lato.
- aspirazione aria
- un compressore in cui si comprime aria
- una camere di combustione cc in cui brucia il combustibile a contatto con l’aria che si è riscaldata nel compressore a seguito dell’aumento di pressione
- una turbina con relativo alternatore di produzione elettrica
- il motore di lancio serve solo per avviare l’impianto: infatti per alimentare il compressore che è una macchina operatrice c’è bisogno di un motore.
Successivamente quando l’impianto funziona a regime, il compressore prende il lavoro direttamente dalla turbina che è disposto sullo stesso asse.
Bisogna osservare che la fase 4-1 è puramente teorica: essa non avviene in un organo dell’impianto, ma avviene in atmosfera,
Lo schema
- ingresso dell’aria;
- compressore di bassa pressione;
- compressore di alta pressione;
- combustore;
- scarico;
- sezione calda;
- turbina;
- camera di combustione;
- sezione fredda;
- presa d’aria.
In sintesi:
L’aria atmosferica viene prima aspirata e poi compressa passando nella camera di compressione di solito anulare.
Attraverso la combustione l’aria riceve il calore sufficiente per subire una prima espansione in turbina e poi una seconda attraverso l’ugello di scarico dove essendo accelerata ad alta velocità, genera la spinta.
