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Motori UDF


paperinik
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Unducted Fan

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Qualcuno mi spiega in modo semplice (come direbbero gli anglofoni "like I'm a 4 year old child") il funzionamento di questo tipo di propulsori e quale tipo di vantaggi avrebbero dovuto apportare (uso il condizionale perchè non essendoci alcun aereo equipaggiato con questi motori ho immaginato che il loro sviluppo sia naufragato miseramente)?????? :rolleyes:

 

Cos'è, una sorta di turboelica a reazione?!?!?!? :huh:

Edited by paperinik
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Dall'alto della mia esperienza ingegneristica, che credo che si possa definire solo con numeri razionali negativi :asd: , credo che possa usare la forza residua del turbofan per far girare le eliche, un pò l'inverso di un turboprop, ma è una conclusione totalmente empirica...

 

P.S. Ecco una voce su Wiki sul motore nella foto

Edited by Dominus
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Da quel poco che mi ricordo, come prestazioni, è un ibrido tra un turboelica ed un turbogetto. Praticamente si cerca di assorbire dai due stadi di turbina un po' di energia per far girare le eliche, ma a differenza del turboelica, nei quali la turbina è ottimizzata per questo ruolo (assorbire energia dai gas in espansione), qui si è cercato di farle fare un po' tutte e due le cose: assorbire energia ed accelerare i gas di scarico, senza dimenticare tra l'altro la sua funzione fondamentale che è quella di far girare il compressore...

 

Credo si sia cercato di creare un propulsore che si andasse ad inserire tra i turboelica ed i turbofan, calibrandolo su velocità comprese fra gli estremi di queste due categorie (anche se nell'articolo di wiki si parla di Mach .75). Con l'avanzare delle tecnologie del turboelica, però, e con le nuove generazioni di turbofan, più pacate in consumi (rapporto di diluizione più alto senza penalizzare la velocità massima), si è arrivati solo a mettere in atto un rumoroso aggeggio che è un'assurdità manutentiva e costruttiva (meno pezzi ci sono, meno pezzi si possono rompere, e questo i pezzi ce li ha tutti...).

 

Mi ha sorpreso la soluzione degli statori di turbina praticamente passivi e liberi di girare come vogliono (poi ovviamente andranno in controrotazione rispetto ai rotori). Un'elica è collegata ai rotori, un'altra agli statori, che così facendo assorbono anch'essi energia da trasmettere all'albero.

 

Ai più esperti: se ho detto cavolate infierite pure! :lol:

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Mi pare tu abbia spiegato bene il concetto.

Più che altro non si capisce perché Wiki chiami statori quelle che a tutti gli effetti sono palette di una turbina: se ruotano non sono per definizione statori...

Diciamo che il progetto UDF della GE partiva dal core del popolare F-404 usato dall'F-18.

Privato del compressore di bassa pressione e della relativa turbina, a valle di ciò che restava (compressore di alta pressione, camera di combustione e turbina AP) erano piazzate 2 turbine controrotanti direttamente collegate a due eliche veloci a passo variabile. Di fatto non c'erano statori e, a mio avviso, non è corretto chiamare così uno dei due rotori...

Differenze e similitudini con quanto già fatto?

Come in un turbofan, le eliche girano alla stessa velocità delle turbine e viene eliminato il riduttore, relativo peso, assorbimento di potenza e complessità meccanica.

Come in una turboelica le eliche non sono intubate e sono libere e ciò permette di aumentarne il diametro riducendo i consumi (prendo tanta aria e la accelero poco fornendogli poca energia cinetica).

 

Il propfan puro è così: eliche un po' più piccole di una turboelica, ma niente riduttori come in un turbofan.

 

Ciò non significa che altri propulsori di questo tipo non presentassero delle differenze tali da far perdere il confine con i motori tradizionali.

In effetti si sono visti i riduttori sul D-27 dello sfortunato cargo AN-70, che di conseguenza concettualmente non è molto diverso da una normale turboelica, mentre si sono viste le eliche intubate senza riduttori in altri studi che concettualmente si avvicinavano quindi ai turbofan.

 

L'insuccesso di questi motori è stato dovuto soprattutto al fatto che più che prendere il buono da turbofan e turboelica, ne sommavano i problemi.

Mettere a punto questi motori e risolverne i problemi (rumorosità, affidabilità, difficoltà di conciliare le velocità di rotazione di turbine e eliche, certificazioni) si è rilevato più difficile del previsto.

Oggi se ne riparla perchè il petrolio è tornato a salire (salvo tornar giù di nuovo a causa della recessione attuale), ma di sicuro lo slancio iniziale si è perso per strada...

 

I concetti però si sono travasati sui motori tradizionali.

 

Le turboeliche girano sempre più veloci e adottano pale a scimitarra per sopperire ai problemi dovuti alle elevate velocità di rotazione e di volo (basta vedere l'A-400M...), mentre i turbofan si avviano verso rapporti di diluizione dell'ordine di 10:1, hanno ventole sempre più grandi che girano più lente e presto si aggiungerà un piccolo riduttore tra turbina (che è efficiente se gira veloce) e ventola, che consente notevoli risparmi se ha diametri grandi (e di conseguenza ruota più lentamente per evitare problemi di comprimibilità all'estremità delle pale).

P&W e CFMI si stanno movendo in questa direzione.

 

In sostanza il propfan, cacciato dalla porta, ritorna dalla finestra sotto forma di "esasperazione" dei concetti attuali e in un'ottica evolutiva, più che di rottura col passato.

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:adorazione:

Ringrazio Tuccio e Flaggy per la puntuale ed esauriente spiegazione (....anche se certi passaggi erano più spiegazioni per bambino di 10 anni che non di 4, come avevo richesto!!! :P :P :P)

Trovare il giusto limite tra una spiegazione a grandi linee e un corso di motori per aeromobili non è sempre facile. :helpsmile:

Io ho considerato come noti alcuni principi e concetti relativi ai motori "tradizionali" e sono partito da quelli per parlare di propfan, ma se c'è qualche punto poco chiaro, fammi sapere.

Comunque nemmeno a un bambino di 10 anni io spiegherei come funziona un propfan... :lol:

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Trovare il giusto limite tra una spiegazione a grandi linee e un corso di motori per aeromobili non è sempre facile. :helpsmile:

Io ho considerato come noti alcuni principi e concetti relativi ai motori "tradizionali" e sono partito da quelli per parlare di propfan, ma se c'è qualche punto poco chiaro, fammi sapere.

Comunque nemmeno a un bambino di 10 anni io spiegherei come funziona un propfan... :lol:

 

No, no....per carità!

Scherzi a parte le vostre risposte sono state esaurienti....ho dovuo semplicemente fare un pò di ricerca su alcuni termini tecnici! Ma davvero bene così!

Mi serviva solo avere una cognizione di massima dell'UDF e voi me l'avete fornita!!! ;):D

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Mah, ho postato l'articolo proprio per indicare quanto confusa fosse la situazione e in tutta sincerità non so dove compagnie aeree e costruttori andranno a parare...

Da un lato ci sono elementi che variano molto velocemente, come la crisi economica e il prezzo del petrolio che sembra una palla che rimbalza all'impazzata. Elementi come questi hanno decretato l'avvio degli studi sui propfan anni fa, ma gli stessi elementi ne hanno decretato la morte quando sono mutati.

I tempi per progettare qualcosa di nuovo sono lunghissimi e gli sforzi rischiano di essere vanificati dalle bizze del mercato.

Sinceramente non vedo benissimo i propfan, forse perché reputo il mercato troppo conservatore e comunque sensibile ai passi indietro.

 

Non nascondiamoci dietro un dito: si possono migliorare le prestazioni, ottimizzare le rotte e le modalità operative, ridurre il rumore, e la manutenzione, ma il propfan garantisce prestazioni inferiori e resta un motore più complesso rispetto a una turboelica o a un turbofan...

 

Parliamoci chiaro: dopo gli ultimi sviluppi nei turbofan, perché il propfan resti interessante deve avere un riduttore, avere tante pale di forma complessa e a passo variabile e avere due rotori controrotanti: insomma un mostro di complessità, per giunta non adattabile a tutti gli aerei causa diametri e ingombri non compatibili con le tipiche geometrie degli attuali aerei (che prevedono ala bassa e motori sotto l'ala).

Ricordiamoci che tali geometrie sono state scelte per ragioni di ottimizzazione del peso e dell'efficienza aerodinamica.

Mettere i propfan in coda o fare gli aerei con ala alta per farceli stare avrà effetti sul peso e sulla resistenza aerodinamica che ridurranno i risparmi...

Il tutto senza contare che questi motori richiedono più manutenzione (che costa e che fa mantenere a terra di più i velivoli).

 

Francamente vedo meglio l'incremento del rapporto di diluizione in turbofan bialbero con riduttore (Pratt&Whitney) oppure nel trialbero con turbina dedicata al fan (Rolls Royce), il tutto accoppiato a camere di combustione e turbine in grado di gestire temperature sempre più elevate.

 

In sostanza vedo meglio per il mercato civile uno sviluppo degli attuali motori dal punto di vista fluidodinamico e termodinamico ottimizzando i propulsori per la velocità di crociera.

Il vantaggio senza dubbio intrinseco del propfan è il diametro elevato (che comporta minori consumi), ma è anche il principale responsabile dei problemi, in quanto causa rumore (probabilmente riducibile), da problemi di certificazione (le pale devono essere quasi indistruttibili perché se se ne stacca una son dolori...), è più complesso e si porta dietro una serie di problematiche (estremità delle pale che vanno in supersonico, perdita di efficienza dovuta all'assenza di un condotto che contenga lo scorrimento radiale dell'aria, ecc) che limitano le prestazioni velocistiche ottenibili, pena la perdita completa dei vantaggi nei consumi.

Molti di questi problemi sarebbero anche affrontabili, ma la spesa per gli investimenti sarebbe semplicemente enorme vista la necessità di fare molta esperienza e adattarla a una gamma non certo ridotta di modelli per coprire tutte le esigenze di potenza installata.

 

Sicuramente il potenziale di questi motori è superiore a quello dell'ipercollaudato ed evoluto turbofan, ma temo che sia molto difficile sfruttarlo accettandone i costi e soprattutto gli ineliminabili svantaggi.

Forse negli aerei più piccoli e attualmente a turboelica (per intendersi la fascia coperta dalla famiglia ATR) un simile motore potrebbe essere accettato e visto anche come un decisivo passo avanti, come al limite nelle tratte coperte attualmente dai jet come A-320 e B-737 (ho i miei dubbi comunque...).

Su aerei più grossi la vedo invece proprio dura...

 

Quello che si dovrebbe fare è più che altro trovare fonti di approvvigionamento del combustibile alternative al petrolio e più sostenibili, al fine di non trasformare il carburante in qualcosa di semplicemente troppo costoso.

Gli aerei infatti dovrebbero andare più veloci (e non più len) per venire incontro alle esigenze di un trasporto moderno ed efficiente: il propfan certamente risponde ad altre esigenze.

 

In ogni caso penso che la situazione si debba un po' stabilizzare e chiarire. Finchè il petrolio costa poco e c'è crisi economica, non credo che qualcuno spenderà palate di soldi su motori alternativi ed aerei rivoluzionari.

 

Ecco il motivo per cui i produttori di aerei aspettano i motoristi e i motoristi aspettano i produttori di aerei...

 

Finchè gli studi sui propulsori tradizionali continuaeranno a garantire continui miglioramenti (anche a 2 digit) penso che si continuerà su quella strada, al limite introducendo i propfan su specifici settori (tratte più brevi), attendendone i risultati per un'eventuale estensione.

Tengo a precisare che attualmente nuovi aerei pensati per adottarli non ce ne sono, quindi qualsiasi scelta penso avrà effetti tangibili non prima di 10 anni...

 

PS: comunque per essere dei bambini di meno di 5 anni di domande cazzute ne fate tante, eh!!! :wacko:

Edited by Flaggy
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Quindi dici che l'attuale incertezza su molti fattori penalizza anche le possibili scelte innovative.

Comunque io non mi riferivo ai propfan in senso stretto ma all'intero settore motoristico e alle sue innovazioni anche in senso più "convenzionale", quindi nell'ambito turbofan-turboprop, anche perchè sulle riviste e sulle pubblicazioni ogni anno c'è una "nuova tendenza" che và per la maggiore, salvo essere smentita l'anno dopo.

PS: comunque per essere dei bambini di meno di 5 anni di domanda cazzute ne fate, eh!!! wacko.gif

 

Chiariamoci io 5, pap 4 :asd:

Comunque non sai che esistono i bambini indaco? :rotfl: :rotfl: :ban?:

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Quindi dici che l'attuale incertezza su molti fattori penalizza anche le possibili scelte innovative.

In sostanza si...Il mercato non sa quello che vuole...E' quindi un po' difficile fornirglielo...

 

Comunque io non mi riferivo ai propfan in senso stretto ma all'intero settore motoristico e alle sue innovazioni anche in senso più "convenzionale", quindi nell'ambito turbofan-turboprop, anche perchè sulle riviste e sulle pubblicazioni ogni anno c'è una "nuova tendenza" che và per la maggiore, salvo essere smentita l'anno dopo.

L'unica tendenza che veramente è esente da qualsiasi moda è fare motori che consumino meno e facciano meno rumore, garantendo quantomeno le stesse velocità di crociera.

Messa così l'evoluzione c'è sempre, anche se la rivoluzione non c'è mai...

 

Nei turbofan comunque i rapporti di diluizione devono aumentare per ridurre i consumi e le palette della ventola avranno forme sempre più raffinate e "disegnate dal vento" per raggiungere valori elevati di efficienza e sempre maggiore robustezza (i "bersagli" per i volatili poi diventano sempre più grandi...).

Anche se non è che tutti i motori abbiano lo stesso rapporto di diluizione (ci sono tanti fattori che concorrono a stabilirlo) è indubbio che nel corso degli anni questo è andato sempre mediamente aumentando.

Ci sono due strade per ingrandire la ventola, ed entrambe sono praticate perchè hanno (come sempre) vantaggi e svantaggi che dipendono anche da come le si segue: o si fa un bialbero e si usa un riduttore di giri per alimentare con una delle due turbine sia il compressore di bassa pressione che la ventola che gira sempre più lenta, o si fa un trialbero e si toglie il riduttore, dedicando al fan la sua turbina.

Quale vincerà tra le 2 soluzioni? Boh! Quella che ha il migliore potenziale di sviluppo e maggiori vantaggi...ammesso sia una di queste due.

 

Nei motori a turboelica si useranno solo eliche a scimitarra e le si farà girare sempre più veloci cercando di ridurre rumore e vibrazioni.

 

Per il resto materiali avanzati e temperature di ingresso in turbina che andranno alle stelle sono da mettere in preventivo.

Nuove camere di combustione miglioreranno l'efficienza e ridurranno la produzione di anidride carbonica, ma anche di ossidi di azoto e altri inquinanti...

Penso in effetti che le esigenze ambientali si faranno sempre più pressanti, anche se il trasporto aereo ha già fatto molto (risparmiare carburante è sempre stato vantaggioso al di là delle esigenze ambientali).

 

Chiariamoci io 5, pap 4 :asd:

Comunque non sai che esistono i bambini indaco? :rotfl: :rotfl: :ban?:

 

Diciamo che in questo forum se ne vedono di tutti i colori... :P

Edited by Flaggy
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In linea di principio sono d'accordo che per i prossimi anni si manterranno i turbofan come principali attori, per il semplice fatto che la riduzione dei consumi di carburante si riesce a trovare più facilmente altrove:

 

- ll Boieng 787 e prima il 777 hanno già indicato la strada che si può ottenere un progetto aerodinamico del velivolo sempre migliore, grazie alla continua crescita di potenza di calcolo dei computer.

- l'USAF è l'apripista per l'impiego dei carburanti sintetici ed alternativi a più facile reperimento, a minor costo e che permettano di slegarsi dalle regole politico-economiche mondiali.

- l'A400 dimostrerà che il potenziale delle eliche è tutt'altro che pienamente sviluppato, e ci sono ancora margini di miglioramento;

- l'EADS (sia con Airbus che con Eurocopter) hanno fatto capire che ci sarà sempre un uso più massiccio di energia elettrica per alimentare tutto l'aeromobile (portelli, rampe, attuatori, ecc...).

- l'impiego di generatori elettrici a celle di combustibile al posto degli attuali APU.

 

I turbofan stanno dimostrando di avere ancora margini di miglioramento grazie al continuo miglioramento dei materiali e delle simulazioni numeriche, ma ricordiamoci che la loro tecnologia arriverà al limite (l'aumento dei rapporti di diluizione e della temperatura in ingresso al gruppo turbine non potranno essere aumentate all'infinito). Io credo che tutte le alternative che ci saranno in futuro (Propfan e geared fan in primis) non andranno a soppiantare completamente i turbofan e i turboelica, ma forse andranno ad affiancarsi a questi, ritagliandosi la loro nicchia di applicazioni. Succederà come quando arrivò il turbogetto, che non mandò all'estinzione il motoelica.

 

P.S.: E' notevole la capacità discorsiva di Flaggy, scommetto che a scuola non aveva problemi a scrivere i temi! :asd:

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