Tipi di motori usati negli aerei
La maggior parte degli aerei sono alimentati da qualche forma di motore a reazione a soffio d’aria. Questi sistemi di motori aspirano aria che viene compressa, combusta ed espulsa per produrre spinta. La spinta può provenire dallo scarico ad alta pressione, o da pale di turbina rotanti che guidano componenti esterni.
I progetti di motori aerei più comuni sono le turbine a gas. I motori a turbina a gas aspirano l’aria che viene mescolata con il carburante e accesa per produrre gas caldo in espansione. L’energia del gas in espansione è usata per alimentare una turbina – una ruota di lame d’aria o pale che gira intorno a un asse per guidare i componenti del motore come eliche e ventilatori. Ci sono diversi tipi di motori a turbina a gas usati negli aerei moderni, tutti alimentati da pale che girano e aria che brucia.
Turbofan:
I motori turbofan sono i più comuni per i jet di linea commerciali, in quanto offrono una notevole spinta e un’alta efficienza del carburante. Questi motori sono facilmente identificabili dalla grande ventola nella parte anteriore, usata per aspirare massicci volumi d’aria.
Fatto divertente: durante il decollo, un tipico motore di linea può aspirare più di una tonnellata d’aria al secondo.
Alcuni di questi flussi d’aria vengono incanalati nel nucleo del motore per la combustione, mentre altri vengono deviati attorno al combustore per essere espulsi direttamente dall’ugello.
Tipi di motori turbofan
I motori turbofan possono essere classificati in due varianti in base al rapporto di aria bypassata.
- I motori turbofan ad alto bypass deviano la maggior parte dell’aria intorno al combustore per essere espulsa direttamente dall’ugello come scarico che produce spinta.
- I motori turbofan a basso bypass incanalano più aria di aspirazione attraverso i vari stadi del motore, producendo una maggiore spinta attraverso la combustione, ma consumando anche più carburante.
Turbojet:
I motori turbojet sono una variante precedente senza la grande ventola frontale. Furono le prime turbine a gas per l’aviazione. I turbogetti aspirano l’aria direttamente nel compressore, e tutta l’aria calda passa attraverso gli stadi del combustore e della turbina prima di uscire attraverso l’ugello di propulsione. I motori a turbogetto hanno un design relativamente semplice e compatto, ma mancano dell’efficienza del carburante e dei benefici di riduzione del rumore di un turbofan ad alto bypass.
Fatto divertente: i motori a turbogetto alimentavano il Concorde – un jet passeggeri supersonico ormai in pensione che era in grado di volare al doppio della velocità del suono.
Turboprop:
Un motore a turboelica è essenzialmente un turbogetto con un’elica attaccata. L’aria aspirata passa attraverso un compressore e una camera di combustione, poi il gas bruciato viene utilizzato per guidare una turbina rotante. L’albero della turbina è collegato a un’elica esterna al motore, che gira per creare la spinta che spinge l’aereo in avanti. La potenza dell’elica e la potenza di spinta di questo motore a reazione sono bilanciate per ottenere prestazioni ottimali. I turboelica forniscono una velocità dell’aria limitata, ma sono molto efficienti – rendendoli popolari con piccoli aerei commerciali e privati.
Fatto divertente: il più grande aereo a turboelica del mondo, l’Antonov An-22, è alimentato da quattro coppie di eliche controrotanti che girano in direzioni opposte per bilanciare la coppia.
Turboshaft:
I motori a turboalbero sono come i turboelica in quanto il flusso d’aria è imbrigliato per guidare una turbina rotante per produrre potenza. La differenza principale è che un turboprop ruota direttamente l’elica per produrre spinta, mentre il turboshaft di solito guida una trasmissione che a sua volta alimenta l’aereo. I motori a turboalbero sono più comuni negli elicotteri, dove l’albero della turbina si collega a una trasmissione che alimenta i rotori dell’elicottero. I turboshaft sono anche comunemente usati in carri armati, treni e navi.
Ramjet e Scramjet
I Ramjet sono motori a combustione a soffio d’aria, ma differiscono dalle turbine a gas perché non hanno pale rotanti o parti mobili. I Ramjet operano sugli stessi principi di compressione, combustione e scarico, ma si basano solo sul movimento in avanti dell’aereo per comprimere l’aria in entrata. I ramjet sono inefficienti a basse velocità, ma possono accelerare i velivoli a livelli supersonici, rendendoli popolari per i jet da combattimento e i missili.
Gli scramjet funzionano su principi simili, ma raggiungono velocità ancora più elevate bruciando l’aria supersonica all’interno del nucleo del motore. La NASA ha utilizzato uno scramjet per accelerare un aereo senza pilota a quasi 7.000 miglia all’ora – un record mondiale a dieci volte la velocità del suono.
Miglioramento dei componenti critici
I motori degli aerei sono tra i sistemi più sofisticati mai creati. Queste moderne meraviglie di motori a reazione sfruttano l’energia dell’aria per sollevare carichi enormi, perforare la stratosfera e superare la velocità del suono. Oltre ad essere complessi e potenti, i motori a reazione sono eccezionalmente affidabili e portano a destinazione milioni di passeggeri in modo sicuro ogni giorno.
La pallinatura laser gioca un ruolo critico nelle prestazioni e nell’affidabilità dei motori per diversi tipi di motori aerei, permettendo agli ingegneri di spingersi oltre i limiti garantendo la massima sicurezza. Tutti i motori a turbina a gas sono suscettibili alla fatica del metallo o alla rottura da stress nelle pale che girano rapidamente. Se una singola pala si rompe durante il funzionamento del motore, può danneggiare o disattivare l’intero sistema, mettendo in pericolo l’aereo, i passeggeri e l’equipaggio. La fatica del metallo ha giocato un ruolo mortale in diversi disastri aerei di alto profilo, e il cedimento delle pale ha contribuito a molte situazioni spaventose – come questo volo AirAsia nel giugno 2017 che ha subito violente scosse dopo la rottura di una pala del ventilatore al largo della costa dell’Australia.
Fortunatamente, la pallinatura laser fornisce un miglioramento superiore del metallo che diminuisce notevolmente il rischio di rottura dei componenti. La pallinatura laser inibisce le cricche da fatica e rallenta significativamente la propagazione delle cricche, producendo componenti più sicuri e robusti con una vita di servizio più lunga.
Guarda come la pallinatura laser ha evitato i danni alle pale dei motori degli aerei dell’Air Force. Questo ha fatto risparmiare circa 1 miliardo di dollari se calcolato su tutti i motori della flotta dell’Air Force.
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