Propulsione aerea/Capitolo X°: differenze tra le versioni

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==Turboelica==
La turbina a gas può essere impiegata per azionare l'elica aerea; sono sorti così i gruppi turboelica per l'aeronautica.<br />
 
Lo schema di un tale gruppo è schizzato in fig.58;esso non differisce in sostanza da quello di fig.34; al posto del generatore elettrico vi è l'elica.<br />
Il compressore può essere assiale (come in figura), centrifugo o misto; il miscuglio di aria e gas combusti dalle camere di combustione va alla turbina che ne estrae quasi tutta la energia relativa al salto '''T<sub>2</sub> - T'<sub>3</sub>'''; buona parte di essa, precisamente quella relativa al salto '''T'<sub>1</sub> - T<sub>0</sub>''', viene assorbita dal compressore mentre la rimanente è ceduta all'elica (fig.36).<br />
 
Il compressore può essere assiale (come in figura), centrifugo o misto; il miscuglio di aria e gas combusti dalle camere di combustione va alla turbina che ne estrae quasi tutta la energia relativa al salto '''T<sub>2</sub> - T'<sub>3</sub>'''; buona parte di essa, precisamente quella relativa al salto '''T'<sub>1</sub> - T<sub>0</sub>''', viene assorbita dal compressore mentre la rimanente è ceduta all'elica (fig.36).<br />
 
Poiché i giri del propulsore sono moderati (nell'ordine dei 1500/min) rispetto a quelli della turbina (dell'ordine dei 10000/min) necessita un potente riduttore tra turbina ed albero porta elica.
 
[[File:Fig-58 schema di turboelica.png|500px]]
Per i turboelica è universalmente impiegata la turbina aperta senza recupero né combustione supplementare; ciò per regioni di leggerezza, ingombro, manutenzione dello scambiatore e semplicità generale dell'impianto. <br />
 
La massa dei gas è fatta effluire dall'ugello di scarico con velocità leggermente superiore a quella d'ingresso; se '''V''' è la velocità di efflusso ed '''m'''' la portata massica si ha in aggiunta alla trazione dell'elica la spinta supplementare '''m' (v-V)''' per reazione diretta; ad essa corrispondente la potenza utile '''m' (v-V) V'''. In queste valutazioni è stato trascurato il piccolo aumento di '''m'''' dovuto al combustibile. Il contributo della reazione diretta sulla potenza totale è del '''10÷20%''', tutt'altro che trascurabile.<br />
Il rendimento propulsivo del getto è dello stesso ordine di grandezza dell'elica poiché la differenza '''(v-V)''' è moderata. Quanto è stato detto per le eliche al Cap.VII continua naturalmente a valere per i turboelica; alla trazione<br />
 
::::::<math>\ T=\eta_c\frac{\Pi}{V}</math><br />
Il rendimento propulsivo del getto è dello stesso ordine di grandezza dell'elica poiché la differenza '''(v-V)''' è moderata. Quanto è stato detto per le eliche al Cap.VII continua naturalmente a valere per i turboelica; alla trazione<br />
dell'elica si aggiunge la spinta supplementare del getto '''m'(v-V)'''. Non si ritiene necessario insistere su questi aspetti facilmente dimostrabili con l'impiego dell'equazione dell'energia.<br />
 
Il turboelica si presenta assai più semplice del motoelica ed ancor più del compound.<br />
::::::<math>\ T=\eta_c\frac{\Pi}{V}</math><br />
Il turboelica non necessita di essere sovralimentato poiché la portata d'aria in gioco è circa '''4÷5''' volte quella del motore alternativo.<br />
 
Desiderando una certa potenza ad una data quota necessita scegliere adeguatamente un turboelica di maggiore potenza a quota zero.<br />
dell'elica si aggiunge la spinta supplementare del getto '''m'(v-V)'''. Non si ritiene necessario insistere su questi aspetti facilmente dimostrabili con l'impiego dell'equazione dell'energia.<br />
 
Il turboelica si presenta assai più semplice del motoelica ed ancor più del compound.<br />
 
Il turboelica non necessita di essere sovralimentato poiché la portata d'aria in gioco è circa '''4÷5''' volte quella del motore alternativo.<br />
 
Desiderando una certa potenza ad una data quota necessita scegliere adeguatamente un turboelica di maggiore potenza a quota zero.<br />
 
Alle alte velocità il rapporto di compressione globale aumente per effetto dell'auto-compressione.
 
 
==Potenze-Peso-ingombro-consumi==
Le potenze massime continuative ottenute col gruppo alternativo si aggirano sui '''3000 C.V.''' con peso specifico sui '''600÷700 grammi C.V.'''; il gruppo , completo di elica, carenature, accessori, ecc., installato viene a pesare sui '''900 grammi/C.V.'''<br />
 
Esistono turboelica di migliaia di cavalli in servizio e sono in prova gruppi di '''10000 C.V.'''con peso inferiore ai '''400 grammi C.V.'''.<br />
La potenza per '''m<sup>2</sup>''' di superficie frontale è dell'ordine dei '''2000 C.V/m<sup>2</sup>''' per i gruppi alternativi di grande potenza, mentre per i turboelica è all'incirca tripla.<br />
 
Il consumo dei turboelica è sui '''280÷320 gr/C.V,h''', a bassa quota, abbastanza più alto di quello dei gruppi alternativi; questo è dovuto ai rapporti di compressione piuttosto bassi (4÷6) degli attuali compressori mentre per i gruppi alternativi si hanno valori di <br />
La potenza per '''m<sup>2</sup>''' di superficie frontale è dell'ordine dei '''2000 C.V/m<sup>2</sup>''' per i gruppi alternativi di grande potenza, mentre per i turboelica è all'incirca tripla.<br />
::::::<math>\ \frac{p_1}{p_0}</math><br />
 
su '''10''' ed oltre; il consumo predetto si riferisce a turbine senza recupero e diminuisce leggermente con la quota per i motivi detti a suo tempo. <br />
Il consumo dei turboelica è sui '''280÷320 gr/C.V,h''', a bassa quota, abbastanza più alto di quello dei gruppi alternativi; questo è dovuto ai rapporti di compressione piuttosto bassi (4÷6) degli attuali compressori mentre per i gruppi alternativi si hanno valori di <br />
 
::::::<math>\ \frac{p_1}{p_0}</math><br />
 
su '''10''' ed oltre; il consumo predetto si riferisce a turbine senza recupero e diminuisce leggermente con la quota per i motivi detti a suo tempo. <br />
 
{{Avanzamento|100%|9 febbraio 2014}}
 
==confronto tra motoelica e turboelica==
Il turboelica ha soppiantato i motoelica , compresi i compound.<br />
 
La giustificazione si basa sulle seguenti considerazioni di ordine generale:
# il peso del turboelica, a parità di potenza, èp più basso dei motoelica (circa il 50÷60 %)#
# è eliminato del tutto qualsiasi organo alternativo; il funzionamento è molto più dolce ed i fenomeni di fatica dei materiali sono di minore entità
# il combustibile è un buon petrolio invece di benzina ad alto numero di ottano; il pericolo d'incendio è quindi praticamente nullo
# il tempo ed il costo di realizzazione in serie sono notevolmente inferiori a quelli del tipo alternativo perché il turboelica ha un minore numero di parti di disegno più semplice.<br />
 
Per contro<br />
 
# necessità di un riduttore più potente
# non è possibile la sovralimentazione in quota.<br />
 
La superiorità del turboelica sul motoelica appare ancora maggiore se il confronto viene fatto a ''parità di velivolo'', cioè tra due velivoli che si prefiggono gbli stessi scopi. Il confronto tra due gruppi isolati non dice tutto; in aeronautica il confronto deve essere fatto globalmente in vista degli scopi perché deve tenersi conto dell'effetto del gruppo motopropulsore sull'efficienza aerodinamica e strutturale del velivolo.<br />
Le dimensioni ridotte, la mancanza di radiatori, la forma molto penetrante dei turboelica hanno permesso di aumentare notevolmente l'efficienza aerodinamica del velivolo e questo equivale a risparmio di potenza per una prefissata velocità; quindi minor costo totale.<br />
 
Il confronto appare ancora più vantaggioso per i grandi velivoli; si ricordi infatti che la potenza massima di un gruppo alternativo è sui '''3000 C.V.''' mentre è possibile avere turboeliche di '''6000÷10000 C.V.'''.<br />
Le dimensioni ridotte, la mancanza di radiatori, la forma molto penetrante dei turboelica hanno permesso di aumentare notevolmente l'efficienza aerodinamica del velivolo e questo equivale a risparmio di potenza per una prefissata velocità; quindi minor costo totale.<br />
Questo significa che si possono costruire turboelica invece di quadrimotori ed esamotori con notevolissimo aumento dell'efficienza aerodinamica e strutturale, della semplicità di impianto , della sicurezza di funzionamento, ecc..<br />
 
Si è detto che per avere una certa potenza in quota necessita scegliere turboelica di maggiore potenza a bassa quota; questo non comporta aumento di peso in quanto le potenze specifiche dei turboelica sono molto più alte dei motoelica; la maggiore potenza disponibile a bassa quota migliora potentemente le qualità di decollo e di salita.<br />
Il confronto appare ancora più vantaggioso per i grandi velivoli; si ricordi infatti che la potenza massima di un gruppo alternativo è sui '''3000 C.V.''' mentre è possibile avere turboeliche di '''6000÷10000 C.V.'''.<br />
Per il turbo di grande potenza necessitano eliche gigantesche; sono realizzate in proposito eliche doppie controrotanti, ciascuna di 4 pale, del diametro di circa '''5÷6 m''' per potenze di '''10000÷15000 C.V.'''.<br />
 
Questo significa che si possono costruire turboelica invece di quadrimotori ed esamotori con notevolissimo aumento dell'efficienza aerodinamica e strutturale, della semplicità di impianto , della sicurezza di funzionamento, ecc..<br />
 
Si è detto che per avere una certa potenza in quota necessita scegliere turboelica di maggiore potenza a bassa quota; questo non comporta aumento di peso in quanto le potenze specifiche dei turboelica sono molto più alte dei motoelica; la maggiore potenza disponibile a bassa quota migliora potentemente le qualità di decollo e di salita.<br />
 
Per il turbo di grande potenza necessitano eliche gigantesche; sono realizzate in proposito eliche doppie controrotanti, ciascuna di 4 pale, del diametro di circa '''5÷6 m''' per potenze di '''10000÷15000 C.V.'''.<br />
 
{{Avanzamento|100%|10 febbraio 2014}}
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