Motori turbogas per aviazione

[Mar2010]

In parole semplici spiegatemi il rapporto diluizione di un motore a getto!

[Flaggy]

E' un concetto strettamente legato a quello di turbofan.

Tutta l'aria attraversa la ventola, ma solo una parte entra nel compressore a valla di questa e poi in camera di combustione: il resto va direttamente allo scarico.

Il rapporto di diluizione è appunto il rapporto fra la quantità d'aria del flusso freddo che va direttamente allo scarico e quella calda che va in camera di combustione.

 

 

 

Abbastanza semplice?

[Mar2010]

Semplicissimo! Sarebbe a dire che il 20% dell'aria aspirata passa attraverso il carter del motore e cosi contribuisce al 20% della spinta , mentre il restante 80% viene utilizzata per il pricipio termodinamico , cioè, per ottenere il restante 80% della spinta! Quel 20% dia aria che passa attraverso il carter viene usata per raffreddare il motore quando il veleivolo è fermo !Cosa serve questo parametro , cioè , perche viene misurato , per il corretto funzionamento ?

Modificato 2 Giugno 2010 da Mar2010

[Flaggy]

Calma...

Da dove tiri fuori quel valore del 20%?!

Il rapporto di diluizione varia da motore a motore, non è un parametro di funzionamento e non viene misurato perchè è un valore fisso per ciascun motore!

Non è poi vero che se una determinata percentuale d'aria partecipa alla combustione dia anche una identica percentuale di spinta: i due flussi seguono percorsi diversi e uno dei due riceve moltissima energia nel compressore e nella camera di combustione, ma ne cede parecchia alla turbina per azionare ventola a compressore.

L'altro passa solo attraverso la ventola.

Fare un discorso generale su come si riparte la spinta è completamente senza senso.

 

Comunque nei motori militari, dove si cerca potenza e dimensioni compatte, il rapporto di diluizione (BPR) è solitamente inferiore a 1 (tipicamente intorno a 0,4 / 0.7), cioè più della metà dell'aria va in camera di combustione, mentre nei motori civili tale rapporto arriva anche a 10 (cioè più del 90% di aria è nel flusso freddo che quindi fornisce la stragrande maggioranza della spinta)!

 

L'aria di bypass aiuta certo a raffreddare il motore, ma non è quello il suo scopo primario, specie per i motori civili.

Lo scopo è quello di catturare una elevata quantità di aria e accelerarla poco, perchè a parità di spinta questo comporta minori consumi rispetto a prendere poca aria e accelerarla tanto.

I motori militari, proprio perchè hanno un basso rapporto di diluizione, consumano di più, ma hanno altri pregi: compatti, leggeri, potenti, pronti nella risposta e adatti alle alte velocità, anche supersoniche.

 

Mi sembra però che sei un po' a digiuno di certi concetti.

Fai prima una ricerca nel forum (molte di queste cose son già state dette...) e in giro per la rete (molto si trova abbastanza facilmente).

Se poi c'è bisogno di chiarimenti siamo qui.

Modificato 2 Giugno 2010 da Flaggy

[Mar2010]

Si ....hai ragione sono un pò a digiuno!

Conosco a mala pena il funzionamento di un motore a getto , ma credo di aver trovato il sito giusto anche se le spiegazioni sono un pò ad un livello un pò difficile per uno come me che non ha fatto delle grndi scuole.

Scusatemi quindi se ritornero sempre su dei concetti che avete spiegato molte volte su questo sito. Sono un'appassionato sfegatato di aerei ( civili piu che altro) ma a corto di nozioni. Ho cercato in rete ma la maggior parte sono in inglese oppure in altre lingue( ho trovato un sito cinese ), ma ho messo da perte tutti i post, di questo forum, che parlano di motori :

Marsilio!

[speed-91]

so che il post-bruciatore viene utilizzato per aumentare notevolmente la spinta data da un turbogetto ma............come provoca questo?quali sono i pro e i contro?come influenza il ciclo joule?e il rendimento?

cervelloni datevi da fare che ho bisogno di spiegazioni

grazie in anticipo

[Flaggy]

Di postbruciatori si è parlato qui.

 

http://www.aereimilitari.org/forum/topic/1801-postbruciatori/page__view__findpost__p__83913

 

Mentre a partire da pag 21 troverai qualche altra risposta.

 

http://www.valentiniweb.com/piermo/meccanica/mat/TurbineGas.pdf

[speed-91]

grazie mille!

[flyingwing]

ciao se non sono troppo indiscreto te ne faccio richiesta io sto preparando motori e mi fanno comodo inoltre se tu fossi disposto vorrei chiederti alcune delucidazioni sull'analisi termodinamica di tali motori

[Flaggy]

Perdonami, ma non ho capito quale sia la tua richiesta visto che alla precedente di speed ho risposto...

Considera comunque che fino a un certo punto questa è la sede adatta a chiarire dubbi che sono solitamente argomento di una classica domanda fatta a lezione all’università (i professori sono lì apposta) e nel mio caso la ruggine su certi argomenti si fa sentire...

[flyingwing]

In teoria si in pratica no di conseguenza se uno non ha potuto seguire il corso e le lezioni perchè durante quel periodo lavorava, i professori, almeno alla facoltà di ingegneria a Pisa, se ne fregano e ti dichiarano papale papale che i dubbi te li devi chiarire da solo per cui sulle dispense che ti ritrovi hai un formulario complesso di cui nonm conosci il significato dei due terzi dei termini visto che oltre tutto a Pisa hanno l'odiosa abitudine di non utilizzare testi di riferimento e di insegnare la materia in una loro particolare maniera che non ritrovi su alcun testo in commercio

[Flaggy]

Mi spiace...

Il mio testo di motori (in pratica appunti dello stesso professore riordinati) era piuttosto valido ma sono io che sono arrugginito...

Prova a porre i tuoi questiti. Forse con un po' di antiruggine qualcosina (non troppo) salta fuori...

[flyingwing]

se non è troppo chiedere ti è possibile farmi avere o per fotocopie o tramite scannerizzazione i tuoi appunti? o almeno dove poterli trovare ? grazie

[Flaggy]

Il mio testo aveva 800 pagine e scannerizzarlo non è possibile, ma usando google con nome del professore e titolo del testo è saltato fuori questo...

 

http://www.maxspark.altervista.org/Download/Motori.pdf

[flyingwing]

grazie penso mi possano essere utili, volevo chiederti eventualmente se sulle tue dispense vi sono dettagli sull'analisi termodinamica del flusso reattore e del turbogetto un po piu' completa in particolar modo riferimenti all'efficienza poliprotica del fan e al rendimento meccanico di trasmissione del fan e all'ITT che dovrebbe essere costituito dai valori tra la turbina che comanda il compressore e la turbina che comanda il fan. grazie ancora

[Flaggy]

Forse intendevi “politropica”...

Comunque ti rispondo subito di no.

Al di là del numero di pagine del mio testo (in gran parte dovuto a una impaginazione “meno compatta”e decisamente “più grezza”), e della esposizione un po’diversa e forse meno sintetica (ho già verificato che il pdf non è un copia e incolla del mio testo) direi che gli argomenti vengono riproposti più o meno allo stesso modo (si tratta pur sempre di un corso che da una “infarinatura generale” per tutti gli indirizzi di ingegneria aerospaziale).

Quello che trovi in quel pdf direi cioè che sia più o meno ciò che c’è sul mio testo che erano appunti di Ghezzi stampati da una casa editrice e che il professore ha seguito a lezione in modo abbastanza fedele (e ci mancherebbe) non aggiungendo nulla e anzi saltando qualcosina.

[windsaber]

Sto cercando urgentemente informazioni sulle soluzioni per ridurre l'inquinamento prodotto dagli aerei a turbina (commerciali). Non è che qualcuno mi può dare una mano :helpsmile: ?

Grazie mille anticipatamente

anche solo due indicazioni in croce, mi serve per la tesina .

Modificato 6 Luglio 2010 da windsaber

[ROBY1]

bene....dopo aver piacevolmente approfondito le mie conoscenze ho qualche domanda.

 

Ho letto che a livello del mare l'efficenza di combustione raggiunge il 100%, cioè tutto il combustibile viene bruciato.

 

Però se noi paragoniamo un turbodiesel moderno a un........motore a reazione , quale dei due ha un rendimento termodinamico superiore?

Ho scritto motore a reazione per restare sul generico: da quel che ho capito i turbogetti puri (da caccia) hanno prestazioni superiori rispetto ai turbofan, sebbene quest'ultimi consumino meno e facciano poco rumore.

 

In soldoni tra i 2 tipi di motori a combustione interna qual'è il più efficente?

 

Altra cosa: il tornado dovrebbe avere i trialbero.

Ma la complessità di questi motori giustifica la loro adozione?

Con 3 alberi (e relativi supporti triplicati) non ci sono troppe perdite per attrito?

Modificato 17 Luglio 2010 da ROBY1

[Flaggy]

Ho letto che a livello del mare l'efficenza di combustione raggiunge il 100%, cioè tutto il combustibile viene bruciato.

Gas incombusti ci sono anche a livello del mare e non si possono eliminare completamente, ma a bassa quota le cose comunque migliorano.

 

Diciamo che le pressioni più elevate che ci sono a bassa quota aumentano l'atomizzazione del carburante per la maggiore interazione fra aria e carburante e quindi si ridice il tempo di vaporizzazione e aumenta la miscelazione.

La maggiore temperatura a bassa quota aumenta la velocità di evaporazione e di propagazione della fiamma.

Il tutto rende più facile l'accensione della miscela e migliora la combustione.

 

Però se noi paragoniamo un turbodiesel moderno a un........motore a reazione , quale dei due ha un rendimento termodinamico superiore?

In soldoni tra i 2 tipi di motori a combustione interna qual'è il più efficente?

 

Per piccole potenze sicuramente il diesel è migliore, ma ad elevate potenze si deve necessariamente aumentare il frazionamento, la complessità e le perdite per l'inefficienza di tutto il sistema.

I motori a turbina invece non hanno di questi problemi e, se ottimizzati per un determinato regime di funzionamento, possono ottenere elevate efficienze...Se poi consideriamo che un Diesel necessariamente dovrebbe essere collegato a un'elica, allora lì si deve considerare anche che oltre certe velocità i rendimenti propulsivi vanno a farsi benedire e i turbofan diventano più efficienti.

 

 

Altra cosa: il tornado dovrebbe avere i trialbero.

Ma la complessità di questi motori giustifica la loro adozione?

Con 3 alberi (e relativi supporti triplicati) non ci sono troppe perdite per attrito?

La complessità è un problema di costo e manutenzione, non di efficienza della turbina.

Avere 3 alberi significa far girare ciascuno stadio a velocità ideali e con grande efficienza, riuscendo a ridurre il numero degli stadi complessivi (e relative perdite) e a compattare il motore (cosa evidente nel piccolo ma potente RB-199): la complessità meccanica è cioè giustificata dall'efficienza fluidodinamica.

 

Ovvio che oggi, la fluidodinamica ha fatto passi enormi ed è possibile realizzare palette dal profilo molto complesso, che consentono di raggiungere elevati rapporti di compressione con pochi stadi pur avendo solo due alberi (che sono diventati lo standard in campo militare).

 

In ogni caso il tialbero parte da posizione avvantaggiata, tanto che è ormai nel DNA di Rolls Royce che continua a proporlo per il mercato dei grandi turbofan civili, laddove altri si stanno orientando sui geared turbofan, che hanno si 2 turbine e 2 alberi, ma azionano la ventola attraverso un riduttore (che di fatto riporta a 3 le velocità di rotazione).

[ROBY1]

E' vero, oltre una certa velocità l'elica non rende e per forza si passa al motore a reazione.

 

Una domanda riguardo ai motori col by-pass.

Quelli a flussi associati (aria fredda del fan e calda di turbina), permettono una notevole riduzione di rumorosità perchè i gas combusti vengono miscelati e raffreddati prima di uscire dal cono di scarico.

Così si diminuisce la temperatura del flusso, che poi si espande meno, che poi fa meno turbolenze che insoma fa meno rumore.

 

Eh....pero io so che la spinta prodotta da un motore è direttamente proporzionale alla velocità di uscita del flusso lavorato

E se ha una temperatura maggiore, possiede più energia.

 

Voglio dire, questa minor rumorosità si paga dal punto di vista fluidodinamico. (- prestazioni)

E' per questo che non viene usato sui caccia?

Adesso che ci penso il turbofan ha ingombri maggiori oltretutto, però consuma meno.

 

Continuo a scervellarmi pensando pure che il turbofan, avendo temperature di scarico più basse, attira meno i missili IR

[Flaggy]

Allora, non è vero che il turbofan a flussi associati non sia utilizzato in ambito militare, anzi tutti i motori turbofan impiegati su velivoli da combattimento sono a flussi associati.

Semplicemente ciò che questi velivoli non utilizzano sono motori a elevato rapporto di diluizione, come già spiegato più volte.

 

Quanto al discorso temperatura...miscelando i flussi è vero che cala la temperatura dei gas combusti, ma aumenta quella dei gas che passano solo attraverso la ventola...L'energia quindi non va certo sprecata e mediamente c'è più energia disponibile per la spinta in un motore a flussi associati che riesce a perderne di meno nelle turbolenze allo scarico.

 

Miscelare i flussi quindi non fa perdere proprio nulla, anzi, ma lo pago con un maggior peso della carenatura (che non è poco considerati certi motori con diametri enormi) ed è per questo che i motori a flussi separati sono forse ancor più utilizzati di quelli a flussi associati in ambito civile: i rapporti di diluizione si stanno sempre più incrementando per ragioni di consumi e anche di rumore e quindi i motori a flussi separati sono sempre più interessanti.

 

Quanto ai missili IR... si un motore ad alto BPR è più freddo, ma è anche pesante, poco adatto alle accelerazioni, inutilizzabile a velocità supersoniche a causa della sezione eccessiva a parità di potenza.

Penso che tutto questo non sia un bene quando un missile IR ti ha agganciato...

[ROBY1]

Ah non lo sapevo....pensavo che i caccia avessero solo turbogetti

[Flaggy]

I turbogetti puri sono spariti dai nuovi progetti di velivoli da combattimento ad alte prestazioni più di 40 anni fa...

Come detto ora si usano turbofan con basso rapporto di diluizione...

[ROBY1]

 

Ecco si, qua si vedono bene i due flussi.

Ho letto l'approfondimento sul PW F-100.

 

L'ultimo modello (229) ha un by-pass minore rispetto a quello precedente (220): da 0,6 a 0,35.

Mentre è aumentata la temperatura sopportabile dalla turbina ed il rapporto di compressione.

 

Si può dire che lo sviluppo dei motori è legato ai progressi della metallurgia ed a quello dei software di simulazione fluidodinamica.....

[Simone]

chiedo scusa per l'ignoranza, la formazione dei vortici in fase di espulsione del gas prodotto dalla combustione è un fenomeno inevitabile proprio in virtù dell'interazione con l'aria esterna, oppure è in una certa misura causato da disomogeneità del flusso di gas stesso (quindi diminuibili con una diversa progettazione del "cono d'uscita"?