Come funzionano i 4 tipi di motori a turbina

alimentato a Gas motori a turbina hanno percorso una lunga strada fin dal 1903. Quello fu il primo anno in cui una turbina a gas produceva energia sufficiente per continuare a funzionare. Il progetto è stato realizzato dall’inventore norvegese Aegidus Elling, e ha prodotto 11 cavalli di potenza, che era un’impresa enorme al momento.

In questi giorni, motori a turbina a gas sono disponibili in tutte le forme e dimensioni, e la maggior parte di loro producono più di 11 cavalli. Ecco i 4 tipi principali di motori a turbina, così come i pro ei contro di ciascuno.

1) Motore a turbogetto

Heinkel He 178, il primo aereo a turbogetto al mondo

I motori a turbogetto furono il primo tipo di motore a turbina a gas inventato. E anche se sembrano completamente diversi dal motore alternativo nella tua auto o aereo, funzionano usando la stessa teoria: aspirazione, compressione, potenza, scarico.

Come funziona un turbogetto?

I turbogetti funzionano facendo passare l’aria attraverso 5 sezioni primarie del motore:

Passo 1: Presa d’aria
La presa d’aria è essenzialmente un tubo davanti al motore. La presa d’aria può sembrare semplice, ma è incredibilmente importante. Il compito dell’aspirazione è quello di dirigere senza problemi l’aria nelle pale del compressore. A basse velocità, ha bisogno di ridurre al minimo la perdita di flusso d’aria nel motore, e a velocità supersoniche, ha bisogno di rallentare il flusso d’aria sotto Mach 1 (l’aria che scorre in un turbogetto deve essere subsonica, indipendentemente da quanto velocemente l’aereo sta volando).
Passo 2: Compressore
Il compressore è azionato dalla turbina nella parte posteriore del motore, e il suo compito è quello di comprimere l’aria in ingresso, aumentando significativamente la pressione dell’aria. Il compressore è una serie di “ventole”, ognuna con pale sempre più piccole. Mentre l’aria passa attraverso ogni stadio del compressore, diventa più compressa.
Fase 3: Camera di combustione
Il prossimo è la camera di combustione, dove la magia inizia davvero accadendo. L’aria ad alta pressione viene combinata con il carburante e la miscela viene accesa. Mentre la miscela carburante/aria brucia, continua attraverso il motore verso la turbina. I turbogetti funzionano molto magri, con circa 50 parti di aria per ogni 1 parte di carburante (la maggior parte dei motori alternativi funziona da 6 a 1 a 18 a 1). Uno dei motivi principali per cui le turbine eseguono questa magra è che è necessario un flusso d’aria extra per mantenere un turbogetto fresco.
Passo 4: Turbina
La turbina è un’altra serie di “ventilatori”, che funzionano come un mulino a vento, assorbendo energia dall’aria ad alta velocità che lo attraversa. Le pale della turbina sono collegate e ruotano un albero, che è anche collegato alle pale del compressore nella parte anteriore del motore. Il “cerchio della vita” del turbogetto è quasi completo.
Passo 5: Scarico (aka ” I’m outta here!”)
La miscela carburante/aria bruciata ad alta velocità esce dal motore attraverso un ugello di scarico. Quando l’aria ad alta velocità esce dalla parte posteriore del motore, produce spinta e spinge l’aereo (o qualsiasi altra cosa a cui è collegato) in avanti.

Turbojet da asporto:

• Pro:
• disegno Relativamente semplice
• in Grado di molto ad alta velocità
• occupa poco spazio
• Contro:
• Elevato consumo di carburante
• Forte
• scarse prestazioni a bassa velocità

2) Motore a Turboelica

Re Aria con motori turboelica

I prossimi tre tipi di motori a turbina sono tutti i tipi di motore a reazione, e iniziamo con la propulsione. Il turboelica è un motore a turbogetto, collegato ad un’elica attraverso un sistema di ingranaggi.

Come funziona un turboelica?

Passo 1: turbojet giri di un albero, che è collegato a un cambio
Step 2: Una scatola ingranaggi rallenta la filatura e la più lenta marcia collega all’elica
Step 3: L’elica gira attraverso l’aria, produzione di spinta, proprio come il Cessna 172

Turboelica da asporto:

• Pro:
• Molto efficiente di carburante
• Più efficiente al mid-range di velocità tra 250-400 nodi
• Più efficiente al mid-range quote di 18.000-30.000 piedi di altezza
• Contro:
• Velocità di avanzamento limitata
• I sistemi di ingranaggi sono pesanti e possono rompersi

3) Motore turbofan

Alcuni motori turbofan a corpo largo possono produrre più di 100.000 libbre di spinta

I turbofan combinano il meglio dei due mondi turboreattori e turbopropulsori. E, probabilmente vedrete questi motori quando si testa fuori per l’aeroporto per il vostro prossimo volo aereo.

Come funziona un Turbofan?

I turbofan funzionano collegando una ventola canalizzata alla parte anteriore di un motore a turbogetto. La ventola crea ulteriore spinta, aiuta a raffreddare il motore e riduce l’emissione di rumore del motore.

Fase 1: L’aria in ingresso è divisa in due flussi separati. Un flusso scorre attorno al motore (aria di bypass), mentre l’altro passa attraverso il nucleo del motore.
Passo 2: Bypass aria passa intorno al motore e viene accelerato da un ventilatore condotto, producendo spinta supplementare.
Fase 3: L’aria scorre attraverso il motore turbojet, continuando la produzione di spinta.

Turbofan da asporto:

• Pro:
• Carburante
• più Silenzioso di turboreattori
• Hanno un aspetto fantastico
• Contro:
• più Pesante di turboreattori
• più Grande area frontale di turboreattori
• Inefficiente a quote molto elevate

Pratt & Whitney F100 turbofan con afterburner su un F-16

4) Motore Turboalbero

Bell 206 elicottero con motore turboalbero

motori Turboalbero sono utilizzati principalmente su elicotteri. La più grande differenza tra turboalberi e turboreattori è che i motori turboalbero utilizzano la maggior parte della loro potenza per girare una turbina, piuttosto che produrre spinta fuori la parte posteriore del motore.

Come funziona un turboalbero?

Gli alberi a turbogetto sono essenzialmente un motore a turbogetto con un grande albero collegato al retro di esso. E poiché la maggior parte di questi motori sono utilizzati sugli elicotteri, quell’albero è collegato alla trasmissione della lama del rotore.

Passo 1: Il motore funziona come un turbogetto, per la maggior parte.
Passo 2: L’albero di potenza collegato alla turbina alimenta la trasmissione.
Passo 3: La trasmissione trasferisce la rotazione dall’albero alla lama del rotore.
Passo 4: L’elicottero, attraverso mezzi per lo più sconosciuti e magici, è in grado di volare attraverso il cielo.

Turboalbero da asporto:

• Pro:
• Rapporto potenza / peso molto più elevato rispetto ai motori a pistoni
• Tipicamente più piccoli dei motori a pistoni
• Contro:
• Forte
• I sistemi di ingranaggi collegati all’albero possono essere complessi e abbattere

4 tipi di motori, basati sullo stesso concetto di base

I motori a turbina a gas hanno fatto molta strada negli ultimi 100 anni. E mentre i turbogetti, i turbopropulsori, i turbofan e gli alberi a turbogetto hanno tutte le loro differenze, il loro modo di produrre energia è essenzialmente lo stesso: aspirazione, compressione, potenza e scarico.