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Motori aeronautici...


speedyGRUNF
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Maròòòòò cosa ho letto sul libro di Tom Clancy"Stormo da caccia" :o

Ho letto che nei motori a turbina,tra le palette in rotazione e il corpo della turbina c'è una tolleranza che non passerebbe un capello umano...E' vero o si tratta di una esagerazione?

Mi affascina l'argomento,anche perchè da quanto ho letto,nella progettazione e costruzione deve esserci veramente tantissima tecnologia :drool::drool::drool:

Ho postato qui il topic perchè nel capitolo si parlava espressamente di motori da caccia :)

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Ciao speedyGRUNF. Non sò se effettivamente lo spessore di un capello sia la tolleranza della luce tra le palette della turbina, ma posso spiegarti alcune (sono tantissime!) delle problematiche di costruzione delle turbine.

 

Compressore: è la prima parte di un motore a reazione, può essere mono o multistadio. Monostadio è costituito da una singola girante palettata solidale con l'albero motore, in genere lo stesso sul quale sono montati/o gli/lo stadio della turbina. Il compressore aspira l'aria incanalata dalle prese d'aria del velivolo, opportunamente sagomate e ne incrementa la pressione. La geometria della presa d'aria che alimenta un motore a reazione è importantissima! Essa deve garantire, per i velivoli con capacità supersoniche, di rallentare la velocità dell'aria ingerita a velocità subsonica aumentando nel contempo la pressione (legge di Venturi of course). Questo provoca un riscaldamento notevole dell'aria di aimentazione, fattore da tenere in considerazione nel corso della progettazione di questo particolare. Gli stadi di un compressore, come si diceva, possono essere multipli: nel motore G.E. J79 che spinge l'F-104 questo è composto da ben 17 stadi, dei quali i primi 6 hanno lo statore a geometria variabile. Lo statore è appunto quella parte fissa a palette che separa uno stadio dall'altro e che in questo caso ha un meccanismo automatico che a seconda dei parametri di funzionamento del propulsore, orienta le palette fisse in modo da ottimizzare il rendimento del motore (immagina il turbocompressore di un moderno motore a gasolio con turbina a geometria variabile: stessa cosa). Dicevamo che l'aria viene compressa, ma lo è già anche dalla pressione generata dall'avanzamento del velivolo, e superato l'ultimo o il singolo satdio, viene immessa nella camera di combustione dove viene iniettato finemente polverizzato il cherosene che bruciando, dopo essersi miscelato in opportune proporzioni con l'aria compressa, genera un violento aumento di pressione che genera la spinta.

La camera di combustione è un componente, come tutti, molto importante ai fini del rendimento di un motore a getto. Può essere principalmete di due tipi: camera anulare, costituita da una singola camera circolare, oppure a camere singole, assimilabili a tanti "tubi" disposti in circolo nei quali viene singolarmente iniettato il e bruciato il cherosene. L'aria ad elevata pressione e temperatura genra la spinta attraversando lo/gli stadi della turbina che, investiti da questo getto tengono in rotazione l'albero al quale, come detto prima, sono solidali gli stadi del compressore. La camera di combustione dev'essere progettaa con estrema cura perchè da essa dipende gran parte del buon funzionamento del propulsore.Ancora a valle troviamo lo scarico, dove esiste in alcuni motori, la maggioranza per uso militare, il postbruciatore. Questo dispositivo, assai semplice come principio di funzionamento, consiste nell'ulteriore iniezione di carburante nel flusso di gas in uscita che contengono ancora una discreta quantità di ossigeno che partecipa a questa ulteriore combustione genrando incrementi di spinta fino ad un 20-25%. Ovviamente aumentano anche in maniera proporzionale i consumi e gli stress termici del motore. Lo scarico è in genere a geometria variabile anch'esso, è quindi possibile variare la sezione di uscita dei gas di scarico e questo è normalmente gestito in automatico dalla logica che sovrintende al funzionamento del motore.L'albero è supportato da 2-3 cuscinetti a sfere di costruzione estremamente particolare in relazione ai materiali utilizzati. In alcuni casi le sfere del cuscinetto della turbina sono realizzate in componenti ceramici per resistere alle levatissime temperature sviluppate in questa porzione del motore. Essi sono ovviamente lubrificati e quindi raffreddati dallo stesso olio che attraversa i radiatori per lo smaltimento del calore accumulato. Per quanto riguarda il capello non sò se abbia fondamento una asserzione di quel tipo, ma per certo posso dirti che la "luce" esistente tra le palette di una turbina e la parte statorica sono estremamente varibili in relazione alle dilatazioni dei materiali provocate dalle temperature.

I combustibili generalmete utilizzati sono di due tipi: JET A-1 per l'aviazione commerciale (turbofan) e JP-4 per l'aviazione militare. E' un cherosene assimilabile a quelli che una volta venivano utilizzati nelle stufette, ma con gradi di filtrazione e controlli di processo di raffinazione estremi. Basti pensare a cosa accadrebbe se venisse imbarcato un carburante inquinato da umidità o impurità varie! Inoltre il potere energetico, quello che sviluppa il calore generato dalla combustione, è perfettamente controllato in processo per non alterare i parametri di funzionamento del propulsore. Deve garantire inoltre l'assenza di depositi carboniosi per non intaccare e squilibrare le palette della turbina.

Io per hobby utilizzo nell'aeromodellismo RC un propulsore a getto capace di fornire 12 kg. di spinta. Sono motori che hanno le medesime problematiche di funzionamento. Solo utlizzano un compressore centrifugo monostadio anziché assiale. Le temperature registrate EGT (Exit Gas Temperature) sono in funzione dei regimi di rotazione del motore ma raggiungono picchi di 700-800° C.

Infine l’avviamento: esso avviene tramite la messa in rotazione del motore mediante aria compressa da un apposito generatore APU (Auxiliary Power Unit) o motore elettrico. Uno volta effetuato lo spin del motore inizia la polverizzazione del cherosene nelle camere di combustione e l’accensione dello stesso mediante un dispositivo che genera scintillio nelle camere di combustione. Avvenuta l’accensione la gestione elettronica del motore porta il numero di giri fino all’idle, ignorando durante l’avviamento la temperatura EGT che risulta elevatissima anche se per pochi istanti. S e ne tenesse conto segnalerebbe un allarme di alta temperatura in una fase dove invece è considerato normale. Una curiosità: la velocità di rotazione del motore non può mai eccedere un numero di giri per il quale la velocità periferica delle palette si approssima alla velocità supersonica. I principali parametri da tenere sotto controllo durante il funzionamento del propulsore sono appunto: EGT, consumo di carburante e numero di giri. Ai motori è sempre associata, collegata meccanicamente tramite cascata d’ingranaggi, la scatola accessori che fornisce il moto meccanico e d elettrico tramite generatore, per tutte le utenze necessarie al funzionamento del velivolo.

 

Sono stato abbastanza funghetto, mi auguro anche chiaro, ma questi temi mi appassionano tantissimo. Se avete ulteriori domande, chiarimenti o correzioni da fare, eseguite pure, resto in ascolto! Ciao!

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Ottimo post, RO.

 

Comunque sì, in varie parti della turbina le tolleranze richieste sono nell'ordine di pochi micron, in alcuni casi poche decine di micron, e poichè un capello è spesso non meno di 50 micron, ci credo che non riesca a passare.

 

Infatti non a casa la tecnologia di un moderno turbofan non è cosa alla portata di tutti.

Pochissime sono le nazioni al mondo che possono vantare un'industria capace di realizzare e produrre motori a getto per uso aeronautico.

 

E più il motore deve essere affidabile, sicuro, economico ed efficiente, più le tolleranze devono essere inferiori.

 

Per non parlare del "bilanciamento", che dev'essere pressochè perfetto.

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Dimenticavo, se a qualcuno interessa dispongo di uno stupendo volume - e quando dico stupendo dico stupendo - realizzato dalla Rolls Royce, a colori, che tratta l'evoluzione dei motori a getto dalle origini a oggi in maniera molto tecnica e dettagliata.

 

Ce l'ho disponibile in formato elettronico pdf, pesa 20 MB, e se Fabio è d'accordo possiamo renderlo disponibile nella mail list di febbraio o successive.

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Si se acquisti una licenza e relativo programma che si chiama ACROBAT PDF WRITER. E' come utilizzare una stampante virtuale che crea il doc, qualunque esso sia basta che sia stampabile, in format .pdf. Il READER, come dice la stessa parola, consente di "leggere" i doc in .pdf...Bye

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Dimenticavo, se a qualcuno interessa dispongo di uno stupendo volume - e quando dico stupendo dico stupendo - realizzato dalla Rolls Royce, a colori, che tratta l'evoluzione dei motori a getto dalle origini a oggi in maniera molto tecnica e dettagliata.

 

Ce l'ho disponibile in formato elettronico pdf, pesa 20 MB, e se Fabio è d'accordo possiamo renderlo disponibile nella mail list di febbraio o successive.

Gianni065...caspita se mi interessa! Quando lo rendi disponibile? Con l'ADSL non ci metto molto a fare il dwld...dimmi comequandoposso!

Grazie per i complimenti sulle turbine...e comunque mi sono "censurato" un pochino altrimenti non avavte ancora finito di leggere il post...

 

Ancora grazie, è bello collaboarre con voi!

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grazie non avevo pensato a reader...

 

per l'altro post tu non sei iscritto alla mailing list del sito?

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Si se acquisti una licenza e relativo programma che si chiama ACROBAT PDF WRITER. E' come utilizzare una stampante virtuale che crea il doc, qualunque esso sia basta che sia stampabile, in format .pdf. Il READER, come dice la stessa parola, consente di "leggere" i doc in .pdf...Bye

grazie non avevo pensato a reader...

 

per l'altro post tu non sei iscritto alla mailing list del sito?

Ehmm, forse no...scusa l'ignoranza, come faccio ad iscrivermi nella mailing list?

Grazie

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Ok, allora mando il file a fabio così lo inserisce per febbraio.

 

Per quanto riguarda i pdf, esistono dei programmini che consentono di trasformare i documenti in pdf, senza dover acquistare il costoso Acrobat.

 

Sono programmini freeware, uno lo trovate qui:

 

http://www.go2pdf.com/product.html

 

ma ce ne sono proprio tanti.

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Ok, allora mando il file a fabio così lo inserisce per febbraio.

 

Per quanto riguarda i pdf, esistono dei programmini che consentono di trasformare i documenti in pdf, senza dover acquistare il costoso Acrobat.

 

Sono programmini freeware, uno lo trovate qui:

 

http://www.go2pdf.com/product.html

 

ma ce ne sono proprio tanti.

Non lo sapevo...forte Gianni!!! Io ho il WRITER, lo uso in ufficio ma vado a curiosarci ugualmente...

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Approfitto del post per fare un po' di chiarezza tra due termini usati spesso per indicare i motori a getto, e spesso in maniera impropria:

 

Turbojet (o turbogetto)

 

e

 

Turbofan (o turboventola).

 

Il turbojet è stato il primo tipo di motore a getto, quello più semplice.

In esso il meccanismo è quello descritto sopra: le palette del compressore (o meglio dei compressori) aspirano l'aria e la comprimono convogliandola nella camera di combustione dove viene miscelata al combustibile liquido e quindi "bruciata" per poi essere espulsa all'indietro provocando la spinta per reazione.

Tutto questo è descritto benissimo da Ro, sopra.

Il turbojet ha conosciuto l'apice della sua tecnologia con il GE J79, il motore installato su caccia famosi come l' F-104 Starfighter e l' F-4 Phantom II.

 

Il turbofan è nato nella metà degli anni '60, ed è di concezione molto innovativa.

In pratica nel turbofan, davanti alle palette del compressore, è aggiunta una serie di ventole supplementari, più larghe, in maniera che tra il compressore e l'involucro del motore c'è una specie di anello. Una parte dell'aria spillata dalle ventole (fan) finisce in questo anello, mentre il resto finisce ai compressori.

Quella che finisce ai compressori fa funzionare quella parte del motore come abbiamo visto sopra (la parte turbojet, che possiamo anche chiamare "core").

Quella che finisce nel condotto anulare, invece, viene incanalata ed espulsa assieme ai gas di scarico combusti.

Quest'aria "aggiuntiva" produce una serie di effetti benefici.

Innanzitutto aumenta la spinta complessiva, perchè il suo effetto di reazione si aggiunge a quello dell'aria combusta.

Poi raffredda la parte "esterna" del motore, con benefici effetti sulla vita del medesimo e anche dei punti di giunzione tra motore e struttura.

Poi non consuma un grammo di carburante, perchè la sua rotazione è assicurata dallo stesso albero del turbojet.

Trattandosi di aria a bassa velocità rispetto a quella del "core" riduce il rumore del motore.

Trattandosi di aria non combusta, riduce o azzera la fumosità del motore, almeno dal punto di vista ottico.

Trattandosi di aria fredda, raffredda i gas di scarico diminuendo la traccia infrarossa.

Insomma: un vero assopigliatutto.

 

I turbofan si dividono a loro volta in due categorie, secondo il "rapporto di diluizione", in inglese tecnico chiamato "Bypass".

Il rapporto di diluizione è il rapporto tra l'aria che finisce nella sezione Fan, e l'aria che finisce nella sezione turbojet.

Un motore a basso rapporto di diluizione significa che solo una relativamente modesta quantità di aria finisce nel fan, mentre in un motore ad alto rapporto di diluizione l'aria che finisce nel fan è anche più di dieci volte superiore a quella che finisce nel "core".

I motori a basso rapporto di diluizione sono però più compatti: il loro diametro è di solito di poco superiore rispetto a quello del "core".

Per questa ragione sono usati dai velivoli militari, ed in particolare dagli aerei da combattimento.

Invece i motori ad alto rapporto di diluizione hanno un diametro molto più elevato rispetto al "core", e quindi sono utilizzati dagli aerei civili, dai velivoli da trasporto, dai bombardieri (i TF-33 dei B-52H, ad esempio).

 

Il primo moderno turbofan (ovviamente a basso rapporto di diluizione) per i caccia è stato l'F100 montato sugli F-15 e sugli F-16.

 

Il rapporto di bypass di un F100 è di 0,7 a 1, un valore modesto, proprio perchè si tratta di un turbofan a basso rapporto.

I moderni motori ad alto rapporto di bypass, usati nei moderni aerei civili, hanno dei rapporti di bypass che in qualche caso arriva a superare 10 a 1.

 

Qualche foto non guasta, per chiarire meglio:

 

Il turbojet J79

 

j79.gif

 

Il turbofan F100

 

(notare il diametro un po' maggiorato)

F100-229.gif

 

Un turbofan ad alto bypass (si tratta di una CFM56, usata sui tanker KC-135R e su molti aerei civili, compreso l'Airbus A340, ed ha un rapporto di bypass di circa 6,5 a 1).

Notare il diametro elevato della parte anteriore.

 

cfm56-3.jpg

 

wow... spero di aver chiarito bene...

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Grazie Ro e Gianni :):):)

Davvero mi interessa questo argomento :drool::drool::drool:

Se non erro anche l'A-10 è equipaggiato con due turbofan,così come mi è parso di aver letto in giro che sono gli stessi impiegati su un aeromobile civile...

 

Questo sito è davvero FORMIDABILE!!!! :rotfl::rotfl::rotfl:

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Grazie Ro e Gianni :):):)

Davvero mi interessa questo argomento :drool::drool::drool:

Se non erro anche l'A-10 è equipaggiato con due turbofan,così come mi è parso di aver letto in giro che sono gli stessi impiegati su un aeromobile civile...

 

Questo sito è davvero FORMIDABILE!!!! :rotfl::rotfl::rotfl:

Sì, bravo.

 

L'A-10 monta due turbofan TF34, gli stessi dell'S-3 Viking.

 

La versione civile, CF34, è montata su molti velivoli civili (jet d'affari e trasporti regionali), come i modernissimi Canadair CRJ ed Embraer ERJ.

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Grazie Ro e Gianni :)  :)  :)

Davvero mi interessa questo argomento :drool:  :drool:  :drool:

Se non erro anche l'A-10 è equipaggiato con due turbofan,così come mi è parso di aver letto in giro che sono gli stessi impiegati su un aeromobile civile...

 

Questo sito è davvero FORMIDABILE!!!! :rotfl:  :rotfl:  :rotfl:

Sì, bravo.

 

L'A-10 monta due turbofan TF34, gli stessi dell'S-3 Viking.

 

La versione civile, CF34, è montata su molti velivoli civili (jet d'affari e trasporti regionali), come i modernissimi Canadair CRJ ed Embraer ERJ.

Uahoooo.... non lo sapevo!!!!!

 

P.S: un applauso a Gianni per essere entrato nell' élite dei TOP GUN!!!!

 

Bravo :okok:

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Però non so nulla di TF34 o CF34 montate su autovetture....

 

mi pare strano: è una bella bestia la CF34... la versione più piccina è lunga due metri e mezzo e pesante oltre 700 kg...

 

Ne esiste invece una versione navale: la LM500, una turbina per la propulsione navale, civile e militare, usata su aliscafi e pattugliatori veloci, da 6000 cavalli...

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Grazie Gianni per il supporto a completamento. ci sarà ancora molto da dire, appena ho un ritaglio di tempo metto giù ancora alcune righe su altri tipi di motori a getto che sono da considerarsi i veri precursori di quelli odierni anche se il meccanismo di funzionamento era diverso: gli autoreattori, i pulsoreattori e, come già citati, i turbogetti centrifughi, anche se nessuno di questi motori viene più utilizzato nell'aviazione moderna è bene conoscerne i principi di funzionamento. Siamo qui per questo anche: Per imparare sempre qualche nuovo tassello da inserire nella nostra cultura aeronautica!

 

Ciao

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accidenti tutta roba interessantissima!!! :drool::drool::drool:

 

Sto leggendo voracemente tutto quello che state scrivendo e il pensiero torna al mio amico S.Ten. GArs che mi spiegava il funzionamento del motore del Tornado IDS dentro alla palazzina motori...

 

bei tempi quelli... :)

 

ciao ciao a tutti :okok:

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