{"id":35229,"date":"2019-10-31T22:03:05","date_gmt":"2019-10-31T19:03:05","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/aviatsionnye-gazoturbinnye-dvigateli\/"},"modified":"2019-10-31T22:03:05","modified_gmt":"2019-10-31T19:03:05","slug":"aviatsionnye-gazoturbinnye-dvigateli","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/it\/blog\/novosti-interneta\/aviatsionnye-gazoturbinnye-dvigateli","title":{"rendered":"Motori a gas turbine aeronautici","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"<p>Ciao a tutti! In questo articolo voglio spiegare come funzionano i motori a gas turbina aeronautici (GTD). Cercher\u00f2 di farlo nel modo pi\u00f9 semplice e comprensibile possibile. <\/p>\n<p>I GTD aeronautici possono essere suddivisi in:<\/p>\n<ul>\n<li>motori turbojet (TRD)<\/li>\n<li>motori turbojet a doppio circuito (TRDD)<\/li>\n<li>motori turboventola (TVD)<\/li>\n<li>motori turbovariabili (TVaD)<\/li>\n<\/ul>\n<p>\nInoltre, TRD e TRDD possono avere camere di postcombustione; in tal caso saranno rispettivamente TRDF e TRDDF. In questo articolo non le considereremo. <\/p>\n<p>Iniziamo con i motori turbojet. <\/p>\n<h2>Motori turbojet<\/h2>\n<p>\nQuesto tipo di motori \u00e8 stato creato nella prima met\u00e0 del 20\u00b0 secolo e ha iniziato a trovare un'applicazione di massa verso la fine della Seconda guerra mondiale. Il primo aereo turbojet di serie al mondo \u00e8 stato il tedesco Me.262. I TRD sono stati popolari fino agli anni '60, dopodich\u00e9 sono stati progressivamente soppiantati dai TRDD.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Motori a gas turbine aeronautici\" src=\"\/wp-content\/uploads\/acc5ee1cf2b516e893fdef157a16ea2b.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Una fotografia moderna del Me-262, scattata nel 2016<\/i><\/p>\n<p>Il motore turbojet pi\u00f9 semplice include i seguenti elementi:<\/p>\n<ul>\n<li>Dispositivo di ingresso <\/li>\n<li>Compressore <\/li>\n<li>Camera di combustione <\/li>\n<li>Turbina <\/li>\n<li>Ugello reattivo (di seguito solo ugello)<\/li>\n<\/ul>\n<p>\nSi pu\u00f2 dire che questo sia il set minimo per il normale funzionamento del motore. <\/p>\n<p>Ora vediamo cosa serve a cosa e perch\u00e9. <br \/>\n<noindex><a rel=\"nofollow\" name=\"habracut\"><\/a><\/noindex><br \/>\nIl dispositivo di ingresso \u00e8 un canale espandibile* che conduce l'aria al compressore e ne realizza la compressione preliminare. In esso, l'energia cinetica dell'aria in ingresso si trasforma parzialmente in pressione.<\/p>\n<p>*qui e in seguito parleremo di velocit\u00e0 subsoniche. A velocit\u00e0 supersonica la fisica cambia, e l\u00ec \u00e8 tutto molto diverso. <\/p>\n<p>Il compressore \u00e8 un dispositivo che aumenta la pressione dell'aria. Si pu\u00f2 caratterizzare un compressore con una grandezza come il rapporto di compressione. Nei motori moderni, questo rapporto supera gi\u00e0 le 40 unit\u00e0. Inoltre, in esso aumenta la temperatura (pu\u00f2 arrivare fino a 400 gradi Celsius).<\/p>\n<p>La camera di combustione \u00e8 un dispositivo in cui al calore della combustione del carburante viene portato aria compressa (dopo il compressore). La temperatura nella camera di combustione \u00e8 molto alta e pu\u00f2 raggiungere i 2000 gradi Celsius. Potrebbe sembrare che la pressione del gas nella camera aumenti notevolmente, ma non \u00e8 cos\u00ec. Si considera teoricamente che il calore venga trasferito a pressione costante. In realt\u00e0, essa diminuisce leggermente a causa delle perdite (problema di imperfezione del design). <\/p>\n<p>La turbina \u00e8 un dispositivo che trasforma parte dell'energia del gas dopo la camera di combustione in energia per azionare il compressore. Poich\u00e9 le turbine sono utilizzate non solo in aviazione, si pu\u00f2 fornire una definizione pi\u00f9 generale: \u00e8 un dispositivo che converte l'energia interna del fluido di lavoro (nel nostro caso, il fluido di lavoro \u00e8 il gas) in lavoro meccanico sul proprio albero. Come puoi capire, turbina e compressore sono collegati rigidamente sullo stesso albero. Se nel compressore si verifica un aumento della pressione del gas, nella turbina, al contrario, c'\u00e8 una diminuzione, cio\u00e8 il gas si espande. <\/p>\n<p>L'ugello \u00e8 un canale di restringimento in cui avviene la conversione dell'energia potenziale del gas in energia cinetica (l'energia residua del gas dopo la turbina). Come nella turbina, anche nell'ugello si verifica l'espansione del gas. Si forma un getto che, uscendo dall'ugello, muove l'aereo. <\/p>\n<p>Abbiamo capito i principali elementi. Ma non \u00e8 ancora molto chiaro come funzioni? Allora facciamo un'altra breve spiegazione. <\/p>\n<p>L'aria dall'atmosfera entra nell'unit\u00e0 di ingresso, dove viene leggermente compressa e poi diretta al compressore. Nel compressore, la pressione dell'aria aumenta ulteriormente, cos\u00ec come la temperatura. Dopo il compressore, l'aria entra nella camera di combustione e, mescolandosi con il combustibile, si infiamma, causando un notevole aumento della temperatura, mantenendo quasi costante la pressione. Dopo la camera di combustione, i gas caldi compressi passano alla turbina. Parte dell'energia del gas \u00e8 utilizzata per far ruotare il compressore tramite la turbina (per consentirle di svolgere la funzione descritta prima), mentre un'altra parte viene utilizzata per il movimento dell'aereo, poich\u00e9 il gas, uscendo dalla turbina, si trasforma in un getto reattivo nell'ugello e si libera nell'atmosfera. Cos\u00ec si conclude il ciclo. Ovviamente, nella realt\u00e0, tutti i processi del ciclo avvengono in modo continuo.<\/p>\n<p>Questo ciclo \u00e8 chiamato ciclo di Brayton, o ciclo termodinamico a carattere continuo del processo di lavoro, con trasferimento di calore a pressione costante. Tutti i turbogettori funzionano secondo questo ciclo.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Motori a gas turbine aeronautici\" src=\"\/wp-content\/uploads\/86f04b95963142395a33b47ac809fd34.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Ciclo di Brayton nelle coordinate P-V<\/i><\/p>\n<p>N-V \u2014 processo di compressione nell'unit\u00e0 di ingresso <br \/>\nV-K \u2014 il processo di compressione in un compressore<br \/>\nK-G \u2014 il trasferimento di calore isobarico<br \/>\nG-T \u2014 il processo di espansione del gas nella turbina<br \/>\nG-S \u2014 il processo di espansione del gas nel razzo<br \/>\nS-N \u2014 il trasferimento di calore isobarico nell'atmosfera<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Motori a gas turbine aeronautici\" src=\"\/wp-content\/uploads\/1efa852beab907ca1c0a92f80deee463.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Schema del motore turbojet, dove 0-0 \u00e8 l'asse del motore<\/i><\/p>\n<p>Il TRD pu\u00f2 avere anche due alberi. In tal caso, il compressore \u00e8 composto da un compressore a bassa pressione (KND) e un compressore ad alta pressione (KVD), mentre le turbine sono rispettivamente una turbina a bassa pressione (TND) e una turbina ad alta pressione (TVD). Questo schema \u00e8 pi\u00f9 vantaggioso dal punto di vista della gasodinamica.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Motori a gas turbine aeronautici\" src=\"\/wp-content\/uploads\/d956b0cd38d35dc4833207a5dc62eea4.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Motore reale di questo tipo in sezione<\/i><\/p>\n<p>Abbiamo esaminato il principio di funzionamento del pi\u00f9 semplice schema del motore a gas-turbina aeronautica. Naturalmente, sui moderni 'Airbus e Boeing' sono installati TRDD, la cui costruzione \u00e8 significativamente pi\u00f9 complessa, ma operano secondo le stesse leggi. Esaminiamoli.<\/p>\n<h2>Motore turbojet a doppio circuito<\/h2>\n<p>\nIl turboreattore a doppio circuito si differenzia principalmente dal turboreattore a singolo circuito in quanto presenta due circuiti: uno esterno e uno interno. Il circuito interno contiene gli stessi elementi del turboreattore a singolo circuito: compressore (diviso in bassa e alta pressione), camera di combustione, turbina (divisa in alta e bassa pressione) e ugello. Il circuito esterno \u00e8 un condotto, con un ugello alla fine. In esso non ci sono n\u00e9 camera di combustione n\u00e9 turbina. Di fronte a entrambi i circuiti (immediatamente dopo il dispositivo di ingresso del motore) si trova una fase di compressore che serve entrambi i circuiti. <\/p>\n<p>Non sembra molto chiaro, vero? Analizziamo come funziona.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Motori a gas turbine aeronautici\" src=\"\/wp-content\/uploads\/4e61a8bd224cc09abf0f4f209323935c.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Schema costruttivo di un motore turboreattore a due assi e due circuiti<\/i><\/p>\n<p>L'aria che entra nel motore, dopo aver attraversato il primo stadio del compressore a bassa pressione, si divide in due flussi. Una parte dell'aria segue il circuito interno, dove si verificano gli stessi processi descritti quando abbiamo trattato il turbogetto. L'altra parte dell'aria entra nel circuito esterno, ricevendo energia dal primo stadio del compressore a due circuiti. Nel circuito esterno, l'energia dell'aria viene utilizzata solo per superare le perdite idrauliche (a causa dell'attrito). Alla fine, quest'aria entra nel beccuccio del circuito esterno, creando una grande spinta. La spinta generata dal circuito esterno pu\u00f2 costituire fino all'80% della spinta totale del motore. <\/p>\n<p>Una delle caratteristiche pi\u00f9 importanti dei turbogetti \u00e8 il grado di bicontornit\u00e0. Il grado di bicontornit\u00e0 \u00e8 il rapporto tra il flusso d'aria nel circuito esterno e il flusso d'aria nel circuito interno. Questo valore pu\u00f2 essere sia maggiore che minore di uno. Negli attuali motori, questo valore supera le 12 unit\u00e0.<br \/>\nI motori con un grado di doppio circuito superiore a due vengono comunemente chiamati turboventilatori; la prima fase del compressore (quella che lavora su entrambi i circuiti) \u00e8 il ventilatore. <\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Motori a gas turbine aeronautici\" src=\"\/wp-content\/uploads\/f7b18824efddab58aa7c8b7b947c6f62.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>TRDD dell'aereo Boeing 757-200. In primo piano si pu\u00f2 vedere il dispositivo di ingresso e il ventilatore.<\/i><\/p>\n<p>In alcuni motori, il ventilatore \u00e8 azionato da una turbina separata, posizionata pi\u00f9 vicino all'ugello del circuito interno. In questo caso, il motore risulta avere tre alberi. Ad esempio, i motori Rolls Royce RB211 (installati su L1011, B747, B757, B767), D-18T (An-124), e D-36 (Jak-42) sono progettati secondo questo schema.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Motori a gas turbine aeronautici\" src=\"\/wp-content\/uploads\/5beaac3f80b6f29b8dd0214e2cd90fa0.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>D-18T in sezione interna.<\/i><\/p>\n<p>Il principale vantaggio del TRDD risiede nella possibilit\u00e0 di generare una grande spinta e una buona efficienza rispetto al TRD. <\/p>\n<p>Con questo vorrei concludere riguardo al TRDD ed entrare nel successivo tipo di motori: TVD.<\/p>\n<h2>Motori turboventola.<\/h2>\n<p>\nIl motore turboventola, come quello turbogetto, appartiene alla categoria dei motori a gas. Funziona quasi come un turbogetto. Un motore turboventola elementare \u00e8 composto di elementi gi\u00e0 a noi noti: compressore, camera di combustione, turbogenerator e ugello. A questi si aggiungono un riduttore e una elica. <\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Motori a gas turbine aeronautici\" src=\"\/wp-content\/uploads\/3f49eab074ea4dbe840a11bd9c83ec99.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\nIl principio di funzionamento \u00e8 simile a quello di un motore a reazione, con la differenza che praticamente tutta l'energia del gas viene utilizzata nella turbina per far ruotare il compressore e per far girare l'elica attraverso il riduttore (qui l'elica e il riduttore si trovano sullo stesso albero del compressore). L'elica genera la maggior parte della spinta. La parte rimanente, dopo la turbina, viene inviata nel ugello, creando una spinta reattiva, ma questa \u00e8 minima e pu\u00f2 costituire solo un decimo del totale. Il riduttore in questo schema \u00e8 necessario per ridurre i giri e trasferire la coppia, poich\u00e9 la turbina pu\u00f2 ruotare a una frequenza molto alta, ad esempio 10.000 giri al minuto, mentre all'elica servono solo 1.500. Inoltre, l'elica \u00e8 abbastanza pesante. <\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Motori a gas turbine aeronautici\" src=\"\/wp-content\/uploads\/fc999b26d744f4dc5748bfee2d4e23e4.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Schema schematico del TWD<\/i><\/p>\n<p>Ma esiste anche un'altra configurazione dei motori turboventola: con turbosoffiata libera. <br \/>\nLa sua essenza \u00e8 che a una normale turbina del compressore si aggiunge una turbina separata, che non \u00e8 meccanicamente collegata alla turbina del compressore. Questa turbina \u00e8 chiamata turbina libera. Il legame tra la turbina del compressore e la turbina libera \u00e8 esclusivamente gasodinamico. Dalla turbina libera parte un albero separato, sul quale \u00e8 installato un riduttore con una vite. Tutto il resto funziona allo stesso modo del primo caso. La maggior parte dei motori moderni segue esattamente questo schema. Uno dei vantaggi di questo schema \u00e8 la possibilit\u00e0 di utilizzare il motore a terra come unit\u00e0 di potenza ausiliaria (APU), senza far muovere l'elica.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Motori a gas turbine aeronautici\" src=\"\/wp-content\/uploads\/cebe421dbc204833e5153dc956dd897c.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Struttura schematica del turbogetto con turbina libera<\/i><\/p>\n<p>Voglio sottolineare che non bisogna considerare i motori turboelica come un residuo inefficace del passato. Ho sentito pi\u00f9 volte affermazioni di questo tipo, ma non sono corrette. <br \/>\nIl motore turbopropulsore offre, in alcuni casi, il massimo rendimento energetico, generalmente su aerei che non superano velocit\u00e0 moderate (ad esempio, a 500 km\/h), pur potendo essere di dimensioni considerevoli. In tal caso, il motore turbopropulsore pu\u00f2 risultare di gran lunga pi\u00f9 vantaggioso rispetto al motore turbojet precedentemente esaminato.<\/p>\n<p>Con questo concludiamo la nostra discussione sui motori turbopropulsori. Siamo gradualmente arrivati al concetto di motore turbogetti.<\/p>\n<h2>Motore turbogetto<\/h2>\n<p>\nProbabilmente, la maggior parte dei lettori sente per la prima volta questo termine. Questo tipo di motore \u00e8 installato sugli elicotteri. <\/p>\n<p>Il motore turbogetto \u00e8 molto simile al motore turboventola con turbina libera. Consiste anch'esso in un compressore, camera di combustione, turbina compressore e successivamente in una turbina libera, collegata a tutto ci\u00f2 solo in maniera gasodinamica. Tuttavia, non produce spinta reattiva, non ha ugello reattivo, ma solo uno scarico. La turbina libera ha il proprio albero, che si connette al riduttore principale dell'elicottero (del rotore principale). S\u00ec, tutti gli elicotteri di cui sono a conoscenza hanno un tale riduttore, e in genere \u00e8 di dimensioni considerevoli. Questo perch\u00e9 la velocit\u00e0 di rotazione del rotore principale di un elicottero \u00e8 molto bassa. Se per un aereo, come ho scritto sopra, possono raggiungere 1500 giri\/min, per un elicottero, ad esempio il Mi-8, sono solo 193 giri\/min.<br \/>\nE la velocit\u00e0 del motore di un elicottero \u00e8 spesso molto alta (a causa delle dimensioni ridotte), e devono essere ridotti anche di centinaia di volte. Ci sono casi in cui il riduttore \u00e8 presente sia nel motore che nell'elicottero stesso, ad esempio, nel Mi-2 e nel suo motore GTD-350. <\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Motori a gas turbine aeronautici\" src=\"\/wp-content\/uploads\/618ecb3c441c153994ee9334d12ca8ce.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Struttura schematica del motore turbogetto<\/i><\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Motori a gas turbine aeronautici\" src=\"\/wp-content\/uploads\/338cfff60d6135efb8d04acf45f8c474.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Il motore \u0422\u04123-117 dell'elicottero Mi-8. A destra si vedono il tubo di scarico e l'albero di trasmissione.<\/i><\/p>\n<p>Quindi, abbiamo esaminato quattro tipi di motori a turbina a gas. Spero che il mio testo sia stato chiaro e utile per voi. Potete scrivere tutte le domande e i commenti nei commenti. <\/p>\n<p>Grazie per l'attenzione.<br \/>\n<br \/>Fonte: <a content=\"nofollow\" rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/455774\/\">habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"<p>\u0412\u0441\u0435\u043c \u043f\u0440\u0438\u0432\u0435\u0442! \u0412 \u044d\u0442\u043e\u0439 \u0441\u0442\u0430\u0442\u044c\u0435 \u044f \u0445\u043e\u0447\u0443 \u0440\u0430\u0441\u0441\u043a\u0430\u0437\u0430\u0442\u044c \u043e \u0442\u043e\u043c, \u043a\u0430\u043a \u0440\u0430\u0431\u043e\u0442\u0430\u044e\u0442 \u0430\u0432\u0438\u0430\u0446\u0438\u043e\u043d\u043d\u044b\u0435 \u0433\u0430\u0437\u043e\u0442\u0443\u0440\u0431\u0438\u043d\u043d\u044b\u0435 \u0434\u0432\u0438\u0433\u0430\u0442\u0435\u043b\u0438 (\u0413\u0422\u0414). \u042f \u043f\u043e\u0441\u0442\u0430\u0440\u0430\u044e\u0441\u044c \u0441\u0434\u0435\u043b\u0430\u0442\u044c \u044d\u0442\u043e \u043d\u0430\u0438\u0431\u043e\u043b\u0435\u0435 \u043f\u0440\u043e\u0441\u0442\u044b\u043c \u0438 \u043f\u043e\u043d\u044f\u0442\u043d\u044b\u043c \u044f\u0437\u044b\u043a\u043e\u043c. \u0410\u0432\u0438\u0430\u0446\u0438\u043e\u043d\u043d\u044b\u0435 \u0413\u0422\u0414 \u043c\u043e\u0436\u043d\u043e \u043c\u043e\u0436\u043d\u043e \u0440\u0430\u0437\u0434\u0435\u043b\u0438\u0442\u044c \u043d\u0430: \u0442\u0443\u0440\u0431\u043e\u0440\u0435\u0430\u043a\u0442\u0438\u0432\u043d\u044b\u0435 \u0434\u0432\u0438\u0433\u0430\u0442\u0435\u043b\u0438 (\u0422\u0420\u0414) \u0434\u0432\u0443\u0445\u043a\u043e\u043d\u0442\u0443\u0440\u043d\u044b\u0435 \u0442\u0443\u0440\u0431\u043e\u0440\u0435\u0430\u043a\u0442\u0438\u0432\u043d\u044b\u0435 \u0434\u0432\u0438\u0433\u0430\u0442\u0435\u043b\u0438 (\u0422\u0420\u0414\u0414) \u0422\u0443\u0440\u0431\u043e\u0432\u0438\u043d\u0442\u043e\u0432\u044b\u0435 \u0434\u0432\u0438\u0433\u0430\u0442\u0435\u043b\u0438 (\u0422\u0412\u0414) \u0422\u0443\u0440\u0431\u043e\u0432\u0430\u043b\u044c\u043d\u044b\u0435 \u0434\u0432\u0438\u0433\u0430\u0442\u0435\u043b\u0438 (\u0422\u0412\u0430\u0414) \u041f\u0440\u0438\u0442\u043e\u043c, \u0422\u0420\u0414 \u0438 \u0422\u0420\u0414\u0414 \u043c\u043e\u0433\u0443\u0442 \u0441\u043e\u0434\u0435\u0440\u0436\u0430\u0442\u044c \u0432 \u0441\u0435\u0431\u0435 \u0444\u043e\u0440\u0441\u0430\u0436\u043d\u0443\u044e \u043a\u0430\u043c\u0435\u0440\u0443, \u0432 [&hellip;]<\/p>\n","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[702],"tags":[],"class_list":["post-35229","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-novosti-interneta"],"aioseo_notices":[],"aioseo_head":"\n\t\t<!-- All in One SEO 5.0.0.1 - aioseo.com -->\n\t<meta name=\"description\" content=\"\u0412\u0441\u0435\u043c \u043f\u0440\u0438\u0432\u0435\u0442! 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In questo articolo voglio parlare di come funzionano i motori a turbina a gas per aviazione (GTD). Cercher\u00f2 di farlo nel modo pi\u00f9 semplice e comprensibile possibile. I GTD per aviazione possono essere suddivisi in: motori turbojet (TRD), motori turbojet a doppio circuito (TRDD), motori turboprop (TVD) e motori a turbina (TVaD). 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