Propulsione aerea/Capitolo XV°

Confronto generale dei vari sistemi di propulsione aerea-campi di impiego più favorevoli

Dopo quanto è stato detto, dovrebbe risultare ormai ben chiaro che la propulsione aerea ha un unico fondamento fisico qualunque il sistema adottato; in sostanza si tratta di realizzare una differenza di quantità di moto delle masse interessate nel processo propulsivo; la differenza di quantità di moto della portata massica equivale, come sistemicamente mostrato, alla forza risultante delle pressioni distribuite sulla superficie del dispositivo propulsore.

Per mantenere la differenza di quantità di moto, necessita accelerare continuamente una certa portata del fluido propellente; necessità cioè la spesa continua di potenza ottenuta trasformando calore in lavoro.

Si tratta allora, come in tutti i problemi della tecnica, di trasformare il calore in energia meccanica col migliore rendimento possibile; nel caso della propulsione aerea necessita inoltre trasformare in lavoro meccanico utile ai fini della propulsione la maggior parte possibile del lavoro disponibile, lavoro disponibile che coincide con l'incremento di energia cinetica del getto, come visto.

In altre parole, la propulsione deve avvenire col massimo valore possibile del rendimento globale η_g.

Quando si dice correttamente che l'elica non va per velocità supersoniche, si fa una affermazione non esatta; l'elica a velocità supersoniche funziona ma con rendimento propulsivo più basso che alle velocità subsoniche. Così pure quando si dice che il turbogetto non va per velocità di volo moderate si afferma cosa non esatta; il turbogetto funziona ma con rendimenti propulsivi irrisori; in questi due casi il rendimento totale risulterebbe del tutto inaccettabile anche con ottimi rendimenti termodinamici.

In altre parole l'evoluzione dei tipi di propulsore per rapporto ai campi di più conveniente impiego ed utilizzazione è determinata da fattori economici nel senso più lato della parola.

Il propulsore ha rendimento globale irrisorio; nondimeno è vantaggioso per certi impieghi per i quali conta il basso costo di costruzione e non quello del combustibile; quanto detto per il pulsoreattore va anche per gli autoreattori subsonici, ancor più per i razzi al di sotto di velocità sui 1000÷2000 Km/h; questi dispositivi sono impiegati di regola per mezzi che debbono funzionare una sola volta od una volta tanto.

Sul grafico di fig,86 sono riportati i rendimenti globali per i vari tipi di propulsori in funzione della velocità di volo.

Ritornando ai propulsori impiegati per lunghe durate di esercizio (motori alternativi-elica, turboelica, turbogetti normali, a due flussi, con aumentatore di spinta, autoreattori supersonici e razzi per altissime velocità) i campi di velocità e di quota più convenienti sono determinati dalla condizione dei più alti η_g come detto.

Alto η_g significa, lo si ripete ancora, alti valori simultanei di η_t e η_p; ora questi due rendimenti dipendono in modo contrastante dalle condizioni anteriori all'espansione del fluido nel processo termodinamico.

Il primo rendimento, η_t, esige che il combustibile bruciando determini il più alto salto di temperatura compatibile con i materiali per sfruttare quanto più possibile il calore sviluppato; per questo si rende necessaria una adeguata compressione preventiva.

Il secondo rendimento η_p, esige che nel gioco reattivo dei fluidi impegnati, esistano certi rapporti tra velocità di efflusso e velocità del propulsore. Il buon rendimento termodinamico, necessitando di alte temperature, comporta però alte velocità di efflusso; ne segue che per le basse, medie ed alte velocità subsoniche è indispensabile la compressione preventiva meccanica per un buon η_te l'elica per un buon η_p. La propulsione è prevalentemente ottenuta con aria che non prende parte alle trasformazioni termodinamiche (getto indiretto).

Crescendo la velocità di volo, il compressore permetterà sempre buoni η_t e4 si potrà fare assegnamento sui turboelica e sui turbogetti a due flussi o con aumentatore di spinta; la propulsione è ottenuta in parte con l'aria interessata nelle trasformazioni ed in parte con aria non interessata on parzialmente interessata.

A velocità ancora più alte, si può fare assegnamento, per i turbogetti normali, esclusivamente sulla corrente. Alle più alte velocità la compressione si otterrà esclusivamente per puro gioco gas-dinamico e l'autoreattore avrà buoni η_p con i più alti η_t.

Per e più alte velocità possibili o per le più alte quote, rimane il razzo.

Sul grafico di Fig.87 sono riportati, in funzione della quota e della velocità, i campi d'impiego più proprio e conveniente per i vari sistemi supposto il moto a regime uniforme; ovviamente le linee di confine dei vari campi hanno valore indicativo di orientamento ed approssimazione.

Dopo quanto esposto, si ritiene superfluo ogni ulteriore commento.

Il campo transonico si è supposto estendersi convenzionalmente tra i numeri di Mach 0,85 e 1,25.

Sul grafico è segnato pure l'inizio probabile degli effetti fisiologici dovuti alla temperatura.