Un motore a reazione è un tipo di motore a reazione che scarica un jet in rapido movimento che genera spinta dalla propulsione a reazione. Sebbene questa ampia definizione possa includere la propulsione a razzo, a getto d'acqua e ibrida, il termine motore a reazione si riferisce in genere a un motore a reazione a combustione interna con respirazione d'aria come un turbogetto, un turbofan, un ramjet o un getto a impulsi. In generale, i motori a reazione sono motori a combustione interna.
I motori a reazione ad aria compressa in genere sono dotati di un compressore d'aria rotante alimentato da una turbina, con la potenza residua che fornisce spinta attraverso l'ugello di propulsione, questo processo è noto come ciclo termodinamico Brayton.
Gli aerei a reazione utilizzano tali motori per i viaggi a lunga distanza. I primi aerei a reazione utilizzavano motori a turbogetto relativamente inefficienti per il volo subsonico. La maggior parte dei moderni jet subsonici utilizza motori turbofan ad alto bypass più complessi.
Offrono velocità più elevate e una maggiore efficienza del carburante rispetto ai motori aeronautici a pistoni ed eliche su lunghe distanze. Alcuni motori ad aria compressa realizzati per applicazioni ad alta velocità (ramjet e scramjet) utilizzano l'effetto ariete della velocità del veicolo invece di un compressore meccanico.
I motori a reazione fanno avanzare l'aereo con una grande forza che viene prodotta da una spinta tremenda e fa volare l'aereo molto velocemente.
Tutti i motori a reazione, chiamati anche turbine a gas, funzionano secondo lo stesso principio. Il motore aspira l'aria nella parte anteriore con una ventola. Un compressore aumenta la pressione dell'aria. Il compressore è realizzato con molte lame attaccate ad un albero.
Le lame girano ad alta velocità e comprimono o comprimono l'aria. L'aria compressa viene quindi spruzzata con carburante e una scintilla elettrica accende la miscela. I gas in fiamme si espandono e fuoriescono attraverso l'ugello, nella parte posteriore del motore.
Quando i getti di gas sparano all'indietro, il motore e l'aereo vengono spinti in avanti. Mentre l'aria calda va verso l'ugello, passa attraverso un altro gruppo di pale chiamato turbina. La turbina è collegata allo stesso albero del compressore. La rotazione della turbina fa girare il compressore.
L'immagine sotto mostra come l'aria scorre attraverso il motore. L'aria passa attraverso il nucleo del motore e attorno al nucleo. Ciò fa sì che parte dell'aria sia molto calda e parte più fresca. L'aria più fresca si mescola quindi con l'aria calda nell'area di uscita del motore.
La spinta è la forza in avanti che spinge in avanti il motore e, quindi, l'aereo. Sir Isaac Newton scoprì che per "ogni azione c'è una reazione uguale e contraria". Un motore utilizza questo principio.
Il motore aspira un grande volume d'aria. L'aria viene riscaldata, compressa e rallentata. L'aria è forzata attraverso molte lame rotanti. Mescolando quest'aria con il carburante degli aerei, la temperatura dell'aria può raggiungere i tremila gradi.
La potenza dell'aria viene utilizzata per far girare la turbina. Infine, quando l'aria esce, spinge all'indietro fuori dal motore. Questo fa muovere l'aereo in avanti.
La ventola è il primo componente di un turbofan. La grande ventola rotante aspira grandi quantità d'aria. La maggior parte delle pale della ventola sono realizzate in titanio. Quindi accelera quest'aria e la divide in due parti. Una parte continua attraverso il "nucleo" o centro del motore, dove viene agito dagli altri componenti del motore.
La seconda parte "bypassa" il nucleo del motore. Passa attraverso un condotto che circonda il nucleo alla parte posteriore del motore dove produce gran parte della forza che spinge l'aereo in avanti. Questa aria più fresca aiuta a silenziare il motore e ad aggiungere spinta al motore.
Il compressore è il primo componente nel nucleo del motore. Il compressore è composto da ventilatori a più pale ed è fissato ad un albero. Il compressore spreme l'aria che vi entra in aree progressivamente più piccole, con conseguente aumento della pressione dell'aria.
Ciò si traduce in un aumento del potenziale energetico dell'aria. L'aria compressa viene forzata nella camera di combustione.
Nel combustore, l'aria viene miscelata con il carburante e quindi accesa. Ci sono fino a 20 ugelli per spruzzare carburante nel flusso d'aria. La miscela di aria e carburante prende fuoco. Ciò fornisce un flusso d'aria ad alta temperatura e ad alta energia.
Il carburante brucia con l'ossigeno nell'aria compressa, producendo gas caldi in espansione. L'interno del combustore è spesso realizzato con materiali ceramici per fornire una camera resistente al calore. Il caldo può raggiungere i 2700°.
Il flusso d'aria ad alta energia che esce dal combustore entra nella turbina, facendo ruotare le pale della turbina. Le turbine sono collegate da un albero per far girare le pale nel compressore e per far girare la ventola di aspirazione nella parte anteriore.
Questa rotazione assorbe energia dal flusso ad alta energia utilizzato per azionare la ventola e il compressore. I gas prodotti nella camera di combustione si muovono attraverso la turbina e ne fanno girare le pale. Le turbine del jet girano migliaia di volte. Sono fissati su alberi che hanno diversi gruppi di cuscinetti a sfera tra di loro.
L'ugello è il condotto di scarico del motore. Questa è la parte del motore che effettivamente produce la spinta per l'aereo. Il flusso d'aria impoverito di energia che passa attraverso la turbina, oltre all'aria più fredda che bypassa il nucleo del motore, produce una forza quando esce dall'ugello che agisce per spingere il motore, e quindi l'aereo, in avanti.
La combinazione di aria calda e aria fredda viene espulsa e produce uno scarico, che provoca una spinta in avanti. L'ugello può essere preceduto da un miscelatore, che combina l'aria ad alta temperatura proveniente dal nucleo del motore con l'aria a temperatura più bassa che è stata bypassata nel ventilatore. Il mixer aiuta a rendere il motore più silenzioso.
I 5 tipi principali di motori a reazione per aeromobili
L'idea di base del motore a turbogetto è semplice. L'aria aspirata da un'apertura nella parte anteriore del motore viene compressa da 3 a 12 volte la sua pressione originale nel compressore. Il carburante viene aggiunto all'aria e bruciato in una camera di combustione per aumentare la temperatura della miscela di fluido da circa 1.100°F a 1.300°F. L'aria calda risultante viene fatta passare attraverso una turbina, che aziona il compressore.
Se la turbina e il compressore sono efficienti, la pressione allo scarico della turbina sarà vicina al doppio della pressione atmosferica e questa pressione in eccesso viene inviata all'ugello per produrre un flusso di gas ad alta velocità che produce una spinta. Sostanziali aumenti di spinta possono essere ottenuti impiegando un postbruciatore.
È una seconda camera di combustione posizionata dopo la turbina e prima dell'ugello. Il postbruciatore aumenta la temperatura del gas a monte dell'ugello. Il risultato di questo aumento della temperatura è un aumento di circa il 40 percento della spinta al decollo e una percentuale molto maggiore alle alte velocità una volta che l'aereo è in aria.
Il motore a turbogetto è un motore a reazione. In un motore a reazione, i gas in espansione spingono forte contro la parte anteriore del motore. Il turbogetto aspira l'aria e la comprime o la schiaccia. I gas fluiscono attraverso la turbina e la fanno girare. Questi gas rimbalzano indietro e fuoriescono dalla parte posteriore dello scarico, spingendo l'aereo in avanti.
Un motore turboelica è un motore a reazione collegato a un'elica. La turbina sul retro viene azionata dai gas caldi e questo si trasforma in un albero che aziona l'elica. Alcuni piccoli aerei di linea e aerei da trasporto sono alimentati da turboelica.
Come il turbogetto, il motore turboelica è costituito da un compressore, una camera di combustione e una turbina, la pressione dell'aria e del gas viene utilizzata per far funzionare la turbina, che quindi crea la potenza per azionare il compressore.
Rispetto a un motore a turbogetto, il turboelica ha una migliore efficienza di propulsione a velocità di volo inferiori a circa 500 miglia orarie. I moderni motori turboelica sono dotati di eliche che hanno un diametro più piccolo ma un numero maggiore di pale per un funzionamento efficiente a velocità di volo molto più elevate.
Per adattarsi alle velocità di volo più elevate, le lame sono a forma di scimitarra con bordi d'attacco spostati all'indietro sulle punte delle lame. I motori dotati di tali eliche sono chiamati propfan.
Un motore turbofan ha una grande ventola nella parte anteriore, che aspira l'aria. La maggior parte del flusso d'aria intorno all'esterno del motore, rendendolo più silenzioso e dando più spinta alle basse velocità. La maggior parte degli aerei di linea di oggi è alimentata da turbofan.
In un turbogetto, tutta l'aria che entra nell'aspirazione passa attraverso il generatore di gas, che è composto dal compressore, dalla camera di combustione e dalla turbina. In un motore turbofan, solo una parte dell'aria in entrata entra nella camera di combustione.
Il resto passa attraverso un ventilatore, o compressore a bassa pressione, e viene espulso direttamente come getto "freddo" o miscelato con lo scarico del generatore di gas per produrre un getto "caldo". L'obiettivo di questo tipo di sistema di bypass è aumentare la spinta senza aumentare il consumo di carburante.
Raggiunge questo aumentando il flusso totale di massa d'aria e riducendo la velocità all'interno della stessa fornitura di energia totale.
Questa è un'altra forma del motore a turbina a gas che funziona in modo molto simile a un sistema turboelica. Non aziona un'elica. Invece, fornisce energia per un rotore di elicottero. Il motore turboalbero è progettato in modo che la velocità del rotore dell'elicottero sia indipendente dalla velocità di rotazione del generatore di gas.
Questo permette di mantenere costante la velocità del rotore anche quando si varia la velocità del generatore per modulare la quantità di potenza prodotta.
Il motore a reazione più semplice non ha parti mobili. La velocità del getto "spezza" o forza l'aria nel motore. Si tratta essenzialmente di un turbogetto in cui sono state omesse le macchine rotanti. La sua applicazione è limitata dal fatto che il suo rapporto di compressione dipende interamente dalla velocità di avanzamento.
Il ramjet non sviluppa alcuna spinta statica e in generale una spinta minima al di sotto della velocità del suono. Di conseguenza, un veicolo ramjet richiede una qualche forma di decollo assistito, come un altro aereo. È stato utilizzato principalmente nei sistemi missilistici guidati. I veicoli spaziali utilizzano questo tipo di jet.
