I motori aeronautici: I motori turboventola

In un articolo precedente si è fatta un’introduzione ai motori aeronautici. I motori aeronautici più utilizzati oggi sono i motori a turboventola (o turbofan, in inglese). Questi motori sono un’evoluzione dei turbogetti, nati negli anni 40 del secolo scorso.

Il turbogetto

Nota: in italiano, si è soliti chiamare questi motori “a reazione”. Il termine non è sbagliato, ma è impreciso, in quanto tutti i motori aeronautici sono a reazione, anche i motori spaziali.

Per capire i passi avanti che il motore a turboventola ha fatto, bisogna avere un’idea del funzionamento dei motori a turbogetto, di cui tutti i motori aeronautici a turbina sono evoluzioni.

Il motore a turbogetto è un motore concettualmente semplice. Il motore è formato da un gruppo di compressori, la camera di combustione, e un gruppo di turbine.

Le turbine servono a muovere i compressori, estraendo una certa quantità di lavoro utile dal fluido. I compressori, come la camera di combustione, servono per alzare la pressione e la temperatura del fluido. In questo modo, la turbina può estrarre lavoro.

Inoltre, la temperatura e la pressione in uscita dagli stadi di turbina sono ancora abbastanza alti da essere sfruttabili attraverso un ugello, spingendo in questo modo l’aereo.

L’aumento delle prestazioni di tale motore è alla base dello sviluppo dell’aeronautica negli ultimi tre quarti di secolo. Il modo di aumentare le prestazioni del solo motore turbogetto è di aumentare la pressione o la temperatura dell’aria prima della turbina.

Questo, però, provoca problemi: la turbina è una zona soggetta a sollecitazioni particolarmente alte, perché deve ruotare ad alte velocità e deve sopportare stress termici molto alti.

Il motore turboventola

Sentendo i problemi legati all’aumento delle prestazioni di un motore turbogetto, ci si può chiedere se ci sia un modo migliore di aumentare l’efficienza di questo motore.

Per aumentare l’efficienza di questi motori, si può usare lo stesso principio del decollo verticale: per essere spinti con un flusso d’aria si può muovere un piccolo flusso ad alta velocità (come nei turbogetti) oppure un maggiore flusso, che va accelerato molto meno del flusso più piccolo (come nei turboventola e nei sistemi con eliche o rotori).

Questo è il motivo per cui gli elicotteri sono molto più efficienti degli aerei a decollo verticale, e il motivo per cui le eliche sono ancora molto utili (le eliche poi hanno una maggiore utilità a velocità e altitudini medio-basse, come i piccoli aerei da turismo o gli aerei cargo).

Per aumentare il flusso d’aria, prima del compressore è installata una ventola (o ventolone, visti i diametri).

Questa ventola accelera e comprime leggermente l’aria. Questo crea quindi un primo stadio di compressione per l’aria che passerà poi al turbogetto. Vi è però una parte d’aria che non passa attraverso il turbogetto ma viene solo compressa dalla ventola, passando poi in un ugello per trasformare l’aumento di pressione in velocità.

I motori della maggior parte degli aerei (tutti a parte i caccia) hanno rapporti di bypass di 10. Il rapporto di bypass quantifica il rapporto tra la quantità di aria che passa nella ventola rispetto a quanta ne passa nel turbogetto.

I caccia, anche loro con motori a turboventola, hanno di solito un minor rapporto di bypass, di 1 o minore. Questo perché nel motore turboventola militare, l’aria che passa solo nella ventola poi ritorna a mescolarsi con quella passata nel turbogetto.

In questo modo, l’aria diminuisce di temperatura per diminuire la traccia infrarossa, ed è possibile utilizzare in modo più efficiente i postbruciatori.