Il traffico aereo è oggi il mezzo di trasporto a più alto tasso di crescita. L’impatto ambientale connesso col traffico aereo è oggi frutto di ricerca tra le maggiori industrie costruttrici di propulsori aeronautici.
In questo articolo trattiamo il Turboventola (in inglese Turbofan), largamente diffuso tra i propulsori adottati dai velivoli civili. Il principio funzionamento è molto simile a quello del turboreattore, con la differenza che il turbofan è provvisto di un enorme ventola posta al suo ingresso, detta fan.
Questa ventola permette di elaborare una grossa portata d’aria.
Ricordando l’equazione della spinta,
T=Q(V-U)
dove Q è la portata d’aria ingerita (uguale a quella che viene espulsa, non potendo esserci accumulo di massa nel motore), Va la velocità di crociera (velocità di volo), e V la velocità velocità allo scarico
si comprende come, a parità di spinta T generata, aumentare la portata di massa Q elaborata dal propulsore permette di ridurre la velocità di eiezione V dei gas di scarico.
Ed è proprio questo l’enorme vantaggio dei turbofan, rispetto ai turboreattori: essi permettono di elaborare grandi spinte propulsive senza dover accelerare troppo il fluido propulso. Questo comporta dunque il non dover “energizzare” troppo la corrente fluida che lo attraversa, e dunque permette di risparmiare carburante.
Rispetto al turboreattore, il componente aggiuntivo è appunto il fan, ovvero un’enorme ventola a sviluppo radiale, fabbricata in titanio e materiali compositi, e progettata mediante moderne tecniche CFD (Computational Fluid Dynamics), ovvero tecniche che consentono di simulare al calcolatore il flusso reale dell’aria.
Gli elementi costitutivi di un turbofan sono evidenziati nella prossima figura.
Il ciclo termodinamico di funzionamento è quello di Brayton-Joule, un ciclo caratterizzato da alta spinta specifica, e che dunque ben si presta all’impiego aeronautico.
Pur essendo in inglese, risulta essere molto comprensibile il prossimo video, che spiega il principio di funzionamento di un turbofan.
La pala in mano allo speaker è quella del fan; viene poi analizzato il compressore di bassa pressione (low-pressure compressor) (immediatamente a valle del fan); si passa poi al compressore di alta pressione (high-pressure compressor), composto da 10 stadi, necessari per elevare della dovuta quantità la pressione dell’aria, ed infine al combustore a alla turbina di espansione.
Si fa notare infine come, evidenziati in blu nel video, siano ormai diffusi collegamenti elettrici e circuiti elettronici su questi moderni propulsori, che consentono di monitorare in tempo reale i parametri di funzionamento del turbofan nelle sue diverse regioni.
Lo sviluppo del traffico aereo comporta che nei prossimi anni tali propulsori andranno incontro ad ulteriori migliorie in maniera da aumentarne le prestazioni e al contempo i consumi.
Fonte: grc.nasa.gov
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