Motori turbogas per aviazione

[Ro60]

COSTRUZIONE

 

- La costruzione del compressore è concentrata sull’assemblaggio del rotore e dell’involucro. L’albero del rotore è supportato da cuscinetti a sfere ed a rullini ed è accoppiato all’albero della turbina in maniera tale da consentire piccolissime variazioni nell’allineamento. Questo perché le dilatazioni termiche di questi componenti del propulsore, sono significative a causa delle elevate temperature di lavoro. I cuscinetti sono invece del tipo a precarico, significa cioè che “a freddo” non hanno gioco meccanico, ma le sue parti sono già sottoposte ad uno sforzo iniziale che poi con temperature a regime aumenta ancora. Questo è necessario per evitare i normali giochi “a freddo” che porterebbero le parti in rotazione del motore ad un possibile contatto con gli statori causando notevoli danni.

- L’involucro è invece costituito da un certo numero di cilindri flangiati tra di loro e fissati tramite bulloni. Questo metodo consente l’assemblaggio e le operazioni di manutenzione che richiedano lo smontaggio parziale o totale del propulsore.

 

ROTORE

 

- Nella configurazione dei compressori, la velocità di rotazione è elevata ed è quindi necessario un disco all’interno dell’albero in corrispondenza delle palette atto a sopportare i carichi elevatissimi generati dalla forza centrifuga. Questi dischi possono essere fissati con sistemi meccanici oppure mediante saldatura che ne sigilla anche la parte periferica.

- I metodi di fissaggio delle palette al rotore sono principalmente quelli mostrati nelle figure sotto.

 

 

Il fissaggio può essere del tipo periferico oppure assiale. La maggior parte dei compressori ha palette a fissaggio singolo che consente una facile manutenzione e smontaggio o rimpiazzo dei particolari che risultino avariati. Questo sistema è però di difficile realizzazione nei piccoli motori. Si può ovviare costruendo palette gia integrate con i dischi che vengono appunto chiamate BLISK dalle parole BLADE + DISK.

 

PALETTE ROTANTI

 

- Le palette rotanti hanno sezione portante e vengono solitamente disegnate per produrre un gradiente di pressione lungo la lunghezza ed assicurare una velocità assiale il più possibile uniforme. L’aria compressa viene spinta dalla forza centrifuga verso l’esterno della paletta che all’ estremità superiore risulta svirgolata in modo da contenere il più possibile la fuga verso la periferia.

 

 

[Bubu]

Ho esaurito tutti gli aggettivi ke potevo dire!!Ancora una volta..bestiale!!

[dread]

il mio commento alla fine:

 

ne sono stati postati 7? non vorrei perdermene qualcuno

[Bubu]

il mio commento alla fine

 

ne sono stati postati 7? non vorrei perdermene qualcuno

Hai contato bene...anch'io ne ho 7....non ti 6 perso niente...

[Maverick1990]

- Con il sistema ad elevato by-pass con turboventola si arriva ad uno sviluppo ulteriore. La presa d'aria contiene solo uno stadio del compressore, dopodichè il flusso viene diviso tra la parte centrale ed il condotto di by-pass con un rapporto di circa 1:5. Questa è una soluzione ottimale per gli aerei adibiti a trasporto passeggeri e merci, i quali volano a velocità sub soniche. La ventola nella presa d’aria può essere del tipo accoppiato ad un certo numero di stadi del compressore (motore bi-albero) oppure azionata da un albero solidale con la turbina (motore tri-albero).

 

 

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

 

- Durante il funzionamento il rotore viene azionato ad alta velocità dalla turbina e l’aria viene catturata in modo continuo dal compressore, questa viene quindi accelerata dalla rotazione delle palette e quindi introdotta nei vani statorici. L’aumento di pressione è ottenuto grazie all’energia impartita dal rotore. Questa viene quindi rallentata e diffusa nel seguente passaggio statorico ove l’energia cinetica viene convertita in pressione. I vani statorici assolvono anche la funzione di deflettori per correggere l’angolo del flusso d’aria in modo da incontrare in modo ottimale il successivo stadio del rotore. L’ultima fila di vani statorici ha lo scopo di ripulire il flusso d’aria eliminando le turbolenze prima che essa affluisca nelle camere di combustione con una ragionevole uniformità. Le variazioni di velocità e pressione caratteristiche del flusso d’aria che attraversa il compressore sono mostrate nel grafico seguente. Come si può osservare vi è un progressivo aumento della temperatura e della pressione.

 

 

- All’attraversamento di ogni singolo stadio l’aumento di pressione è piuttosto piccolo, esso si attesta su rapporti tra 1:1 ed 1:2. La ragione di questo basso incremento risiede nella contenuta inclinazione delle palette di ogni singolo stadio, obbligatoria per evitare lo stallo nel successivo.

 

- La difficoltà maggiore risiede nel garantire l’efficienza operativa nell’arco dell’intero campo di utilizzo del propulsore. Questo perché i requisiti di rapporto tra area d’ingresso e area d’uscita cambiano: ad elevate velocità l’area d’ingresso diventa troppo elevata in rapporto a quella d’uscita. La velocità assiale del flusso d’aria frontale, risulta bassa in relazione alla velocità delle palette del compressore e questo varia l’incidenza dell’aria sulla paletta stessa fino al punto da causare una interruzione di flusso. Questo problema trova soluzione nei sistemi dotati di vani statorici ad incidenza variabile, posizionati in genere nei primissimi stadi dei compressori.

la parte iniziale è la continuazione del compressore a flusso assiale?

[Ro60]

Yes! Il compressore centrifugo è stato solo citato, gli approfondimenti sono sulle turbine a flusso assiale. Il centrifugo è un sistema ormai abbandonato per il limiti già descritti nei post. SOno ancora utilizzati nel modellismo ma esistono anche qui alcune realizzazioni a flusso assiale. Bisognerà valutare i costi, già quelli centrifughi, sebbene semplici come omponenti, costano dai 2.500 € in su...

[Ro60]

VANI STATORICI

 

- I vani statorici hanno anch’essi una sezione allungata e portante e sono fissati all’involucro del compressore oppure agli anelli di ritenzione che a loro volta sono solidali con il contenitore. E’ necessario inoltre il bloccaggio degli statori in modo tale che essi non possano ruotare all’interno dell’involucro.

 

 

 

 

 

CONDIZIONI OPERATIVE

 

- Ogni stadio di un compressore multistadio possiede una particolare caratteristica di profilo che si differenzia dalle altre dello stesso gruppo. Significa che il profilo sia di ogni stadio rotante che di quelli statorici non è uguale a quello successivo. Sono caratteristiche necessarie per ottenere il massimo rendimento del compressore. Sembrerebbe un procedimento piuttosto semplice se il compressore e tutto il motore lavorassero sempre nel medesimo ambiente e uguali caratteristiche (flusso di massa, rapporto di pressione e velocità di rotazione). Estremamente complicato invece progettare un tale apparato che deve scendere a compromessi atti ad ottimizzare efficienza e rendimento in tutte le più disparate condizioni di utilizzo quali l’impiego per la propulsione di un aereo che si muove in uno spazio tridimensionale con brusche variazioni di quota, pressione temperatura, velocità di rotazione, sollecitazioni.

- Se le condizioni operative sono troppo lontane dalle caratteristiche impresse dal progetto, possono accadere interruzioni di flusso dell’aria e/o vibrazioni aerodinamiche indotte. Questi fenomeni possono assumere diversi aspetti: le palette possono stallare a causa di un angolo d’incidenza rispetto al flusso d’aria, troppo elevato (stallo per incidenza positiva) oppure troppo piccolo (stallo per incidenza negativa). Questi fenomeni aumentano in maniera crescente negli stadi più a valle del compressore, dove le vibrazioni possono raggiungere livelli così elevati da causarne una rapida distruzione. Se il motore richiede un aumento di pressione troppo elevato per le caratteristiche del compressore, può accadere un’espansione. In questo caso vi è un improvvisa interruzione di flusso attraverso il motore e l’elevata pressione nella camera di combustione viene espulsa verso il compressore caratterizzato da un sordo colpo ed una caduta di spinta. Tale fenomeno è detto “surging”.

 

 

 

- Naturalmente i compressori sono progettati con adeguati margini atti ad evitare l’area tipica d’instabilità.

 

CONTROLLO DEL FLUSSO D’ARIA

 

- Laddove siano necessari elevati rapporti di compressione, si realizza un controllo del flusso d’aria tramite vani statorici ad angolo d’attacco variabile. Qualora la velocità del compressore si allontani dall’inviluppo previsto in sede progettuale, i vani statorici vengono progressivamente chiusi per garantire un angolo di attacco ottimale per lo stadio rotante successivo. Gli attuatori di controllo delle palette statoriche sono generalmente di tre tipi: idraulico, pneumatico ed elettronico.

 

[Bubu]

DAvvero interesting!!!solo kualkosa...l'angolo d' attacco un so se l'ho capito bene....sarebbe in pratica l'inclinazione delle ''palette'' ke girano??O dico scemate???ancora una cosa....non riesco a capire bene cosa siano esattamente i vani statorici...

[Ro60]

DAvvero interesting!!!solo kualkosa...l'angolo d' attacco un so se l'ho capito bene....sarebbe in pratica l'inclinazione delle ''palette'' ke girano??O dico scemate???ancora una cosa....non riesco a capire bene cosa siano esattamente i vani statorici...

Si esatto, è l'angolo formato dalla paletta rispetto alla direzione del flusso d'aria. nè più nè meno come l'angolo d'attacco dell'aria rispetto alla direzione di movimento dell'aereo.

 

I vani statorici sono, detto in parole molto povere. altre serie di palette, simili nella conformazione a quelle rotanti, che però sono immobili e solidali con l'involucro del compressore e fungono da separazione tra i vari stadi dei rotori.

 

Servono a reindirizzare l'aria "lavorata" dallo stadio rotante precedente a quello rotante successivo in modo da ottimizzare il rendimento del compressore.

 

Quindi:

 

 

- Statore = parte immobile

- Rotore = parte in rotazione

 

Grazie per le domande! Anzi, colgo l'occasione: il compressore terminerà con i sistemi di controllo dgli statori ad angolo variabile, quindi se ci sono domande su incomprensioni varie non esitate, non vergognatevi. Io conosco queste cose perchè sono sempre stato un curioso incredibile! Ero...pardon, sono un signor perchè.

[Bubu]

Ehi grazie ancora....o....ma ti intendi solo di motori aeronautici oanke altro??ke ne so...tipostrumentazioni...ecc....?

[Ro60]

No anche di strumenti ma diciamo di base, poco l'avionica specialmente se legata aì sistemi d'arma. Poi costruzioni aeronautiche, aerodinamica e sistemi di controllo del volo...insomma un pò di tutto ed alcune cose di più! ma stò ancora imparando...!

[Bubu]

Come direbbe mr. Burns..:eccccelllllenteee!!!...cominciero a preparare mooolte domandine...ne avevo gia in mente una sull'head up display....oggi sono pigro....la faccio domani la discussione...... ...perparati....!!!

[Ro60]

Copiato!

[JackFlanker]

Fantastico Ro.... mi sto tirando giù sul computer tutto quello che hai scritto.... ma per motivi di tempo non gli ho ancora letti tutti.... adesso lo sto facendo e se mi sorge qualche dubbio non esiterò di certo a farti alcune domande!!!!

[Johnny_WolfGun]

ti dico ancora grazie ro60 per avermi regalato questa vera e propria enciclopedia

[Ro60]

ti dico ancora grazie ro60 per avermi regalato questa vera e propria enciclopedia

Prego Mav, dovere! E' bello condividere le conoscenze in materia con tutti voi in questo bel sito. Non credete...anch'io imparo qualcosa di nuovo da tutti voi!

[Ro60]

Rieccomi! Scusate la lunga assenza ma è davvero difficle trovare un pò di tempo necessario ad eseguire un buon lavoro.

La parte seguente illustrerà le camere di combustione, purtroppo mancano alcune immagine che inserirò lunedì.

 

CAMERE DI COMBUSTIONE

 

 

La camera di combustione ha il difficile compito di dover bruciare le grandi quantità di carburante, fornito dagli ugelli di atomizzazione, con notevoli volumi d’aria, fornita a sua volta dal compressore, quindi scaricare il calore sviluppato in modo tale che i gas che si espandano ed accelerino producendo un getto uniforme in tutte le condizioni d’utilizzo richieste dalla turbina.

Questo obiettivo dev’essere ottenuto con la minima perdita di pressione possibile e la massima temperatura ottenibile.

 

La quantità di carburante miscelata all’aria dipende dall’aumento di temperatura richiesto. Naturalmente la massima temperatura risiede in un range tra 850° e 1.700° C, secondo i materiali utilizzati nella costruzione della turbina e degli scarichi. L’aria arriva già riscaldata ad una temperatura compresa tra i 200° ed i 550° C a causa della compressione ottenuta negli stadi del compressore. L’incremento di temperatura da ottenere con il processo di combustione risulta quindi tra i 650° ed i 1.150° C.

 

Una combustione efficiente diviene un obbiettivo sempre più importante a causa della crescita del trasporto aereo con conseguente aumento dell’inquinamento atmosferico.

 

PROCESSO DI COMBUSTIONE

 

L’aria proveniente dal compressore entra nelle camere di combustione ad una velocità prossima ai 500 ft/sec., ma poiché questa è troppo elevata per bruciare, la prima cosa che deve fare il combustore è di diffonderla, decelerarla ed aumentare la pressione statica.

La velocità di propagazione della fiamma del cherosene, nei normali rapporti di miscelazione, è di pochi piedi al secondo. Una regione di bassa velocità dell’aria all’interno della camera è necessaria per mantenere la continuità di fiamma nell’intero range di utilizzo del motore. Una velocità troppo elevata del flusso d’aria ne renderebbe impossibile il mantenimento.

 

In condizioni normali, il rapporto aria/carburante di un combustore può variare tra 45:1 e 130:1. Il cherosene brucia in modo efficiente con un rapporto vicino a 15:1.Il maggior rapporto d’aria di cui sopra è necessario in modo che il carburante bruci con una parte soltanto dell’aria presente nella camera. Questa regione è detta zona primaria di combustione. E’ costituita generalmente da un tubo di fiamma che ha vari dispositivi atti al controllo del flusso di gas all’interno del combustore.

 

Approssimativamente il 20% della massa d’aria è prelevata per la zona primaria, la restante viene utilizzata per le operazioni di raffreddamento e diluizione dei gas derivanti dalla combustione.

 

 

Attraverso la parete del tubo di fiamma, accanto alla zona di combustione,vi sono un certo numero di fori attraverso i quali passa un altro 20% circa di aria proveniente dal flusso principale. Questa interagisce e crea una zona vorticosa di ricircolo a bassa velocità. Esso prende la forma di un vortice toroidale, simile per intenderci ad un anello di fumo che ha come l’effetto di stabilizzare la fiamma.

 

 

La temperatura dei gas risultanti dalla combustione è di circa 1.800-2.000° C, troppo elevata per l’ingresso nell’ NGV (Nozze Guides Vanes – Vano Guida allo Scarico) della turbina. Quindi l’aria che non ha partecipato alla combustione, circa il 60%, viene introdotta progressivamente nel tubo di fiamma. Circa un terzo di questa è utilizzato per abbassare la temperatura dei gas nella zona detta di diluizione prima che essi raggiungano la turbina, mentre il restante è necessario per il raffreddamento delle pareti del tubo di fiamma. Questo è ottenuto tramite un film di aria che scorre lungo la superficie interna del tubo di fiamma, a sua volta isolato dai gas roventi della combustione.

 

 

Un recente sviluppo consente all’aria di raffreddamento di fluire attraverso una rete di passaggi creati nella parete del tubo di fiamma creando un vero e proprio strato d’isolamento.

La combustione deve essere completata prima che l’aria di diluizione entri nel tubo di fiamma, altrimenti produrrebbe un processo incompleto e non tutto il carburante iniettato verrebbe bruciato.

Modificato 18 Aprile 2005 da Ro60

[Bubu]

ugelli di atomizzazione

...ehm...cioe?

[Ro60]

ugelli di atomizzazione

...ehm...cioe?

Sono in parole povere gli iniettori attraverso i quali il carburante in pressione viene espulso nella camera di combustione e tramite un ugello opportunamente sagomato effettua una atomizzazione più fine possibile per ottimizzare la combustione. In pratica sono come gli iniettori di un moderno motore diesel.

[Bubu]

ugelli di atomizzazione

...ehm...cioe?

Sono in parole povere gli iniettori attraverso i quali il carburante in pressione viene espulso nella camera di combustione e tramite un ugello opportunamente sagomato effettua una atomizzazione più fine possibile per ottimizzare la combustione. In pratica sono come gli iniettori di un moderno motore diesel.

Ehm...di motori normali non mi parlare ke kredo di saperne di piu su quelli degli aerei...kmq grazie..ho capito...

 

...quando ci parli dell'avviamentoo???

[Ro60]

Sarà dopo aver visto turbina, sistemi di incremento della spinta, reverse...c'è n'è per una vita!

[Bubu]

Sarà dopo aver visto turbina, sistemi di incremento della spinta, reverse...c'è n'è per una vita!

Reverse??aspetta aspetta..non vorrei dir cavolate..l'ho gia sentita....me la spiegherai... ??

[JackFlanker]

Sarà dopo aver visto turbina, sistemi di incremento della spinta, reverse...c'è n'è per una vita!

Reverse??aspetta aspetta..non vorrei dir cavolate..l'ho gia sentita....me la spiegherai... ??

Negli aerei civili (non so se esistano anche in quelli militari) i motori hanno la funzione reverse.

In pratica durante l'atterraggio per garantire una frenata ancora migliore i motori vengono fatti andare in senso contrario. In questo modo viene emessa una spinta contraria al senso di marcia che rallenta ulteriormente l'aeromobile.

Per i dettagli aspettiamo tutti freneticamente il grande Ro!!!!

[Bubu]

Mi pareva kose del genere!!grazie..kmq...non e ke lo sapevo bene....aspettiam ro..anke perché ha da raccontarci molte cose sui motori...

[Johnny_WolfGun]

grazie ro60 per la nuova puntata