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Tra le nuvole

Tempo di feste e, per i più fortunati, tempo di partenze. PoliNietzsche, oltre a farvi i suoi migliori auguri, vi propone oggi un argomento di carattere scientifico per rimanere in tema. Buon Santo Stefano e felice anno nuovo!

Come funzionano i motori aeronautici?
Alcuni a pistoni, ma sono oramai superati e destinati al volo con piccoli aerei. Si posso vedere abbastanza bene sugli aerei delle guerre mondiali: un impianto a stella di pistoni, in grado di girare in maniera coordinata per far ruotare le pale delle eliche. Ma sviluppano relativamente poca potenza, e non possono superare determinate quote.
Altri, la stragrande maggioranza, funzionano attraverso un sistema propulsivo completamente diverso.
Tale sistema viene comunemente definito a reazione, a turbina, o jet. In tutti e tre i casi le definizioni sono solo parzialmente veritiere. Anzitutto, tutti i motori funzionano a reazione, la reazione a una determinata trasformazione dà il moto al mezzo. In secondo luogo, i motori aeronautici hanno delle turbine (cosa siano lo vedremo più avanti) che sfruttano la combustione di aria e benzina.Da ultimo, motori aeronautici sono detti turbo-getti, da cui, jet.
Il meccanismo alla base è estremamente semplice: prendo una determinata portata d’aria, la comprimo e rallento, la faccio esplodere con la benzina, e sfruttando l’aumento di energia conferito dall’esplosione la getto fuori dal motore a velocità superiore, così da avere una spinta. Il tutto a ciclo continuo, non alternato come il motore a pistoni.
Vediamo meglio.
L’aria entra attraverso la presa dinamica, un condotto divergente (che si allarga) dentro il quale viene fatta rallentare. Per un’idea sulle quantità, parliamo di decine di chilogrammi al secondo di aria “mangiata”, così si dice, dalla presa dinamica.
Una volta rallentata, passa attraverso un compressore, ovvero una serie di dischi alle cui estremità sono poste delle palette a forma di piccole ali, al quale è assegnato il compito di aumentare la pressione del fluido. L’aumento è nell’ordine di almeno dieci volte la pressione esterna.
E ora l’esplosione: l’aria, calda a causa della compressione (intorno ai 600°C, contro una temperatura esterno prossima o inferiore allo zero), passa attraverso una specie di tubo, detto camera di combustione, nel quale viene prima iniettato il carburante, e poi acceso attraverso delle candele.
Il carburante, per inciso, è stivato nelle ali. Per questo motivo potete stare tranquilli quando vedete le ali ballare nelle turbolenze: se possono reggere tonnellate di peso dell’aereo e di carburante, state pur certi che non si spezzeranno per un po’ di balli a mezz’aria.
A questo punto la temperatura è all’incirca di 1200°C, e l’aria ha un contenuto energetico molto alto. Viene  quindi fatta passare attraverso una turbina, ovvero un compressore al contrario. Se il primo sfruttava il suo movimento, imposto dall’esterno, per comprimere il fluido, la seconda sfrutta la pressione dell’aria che passa ad una discreta velocità, per essere mossa (e muovere, attraverso un albero di trasmissione, il compressore).
Infine il fluido passa per l’ugello, una presa dinamica invertita. Generalmente ha forma convergente (si restringe), e fa sì che l’aria acceleri e perda pressione. Il getto d’aria (ricordate? jet) espulso è il responsabile della spinta dell’aereo.
Non sempre, però: si può sfruttare tutta o quasi l’energia disponibile dopo la combustione per muovere più turbine, anziché mantenerne un po’ per l’espulsione dall’ugello, così da far girare sia il compressore, sia un’elica posta davanti al motore (turboelica), oppure le pale dell’elicottero (turboalberi). Si può anche optare per bruciare di nuovo il flusso dopo la turbina, prima di espellerlo attraverso l’ugello, così da avere più pressione, mediante un postbruciatore. È il caso, ad esempio, del Concorde, che usava il post-bruciatore al decollo per avere più spinta (a patto che il motore non si spenga…).
In proposito c’è un dato interessante: tutti i motori, quando vengono prodotti e venduti, rispondono a rigidissime normative internazionali in materia di sicurezza ed efficienza. C’è un punto, però, quasi comico. Non si può garantire che non si spengano. Esatto, un motore è progettato per funzionare, ma non si può escludere la possibilità di uno spegnimento dopo un certo numero di ore di volo. Certo, per legge un aereo deve essere in grado di volare fino all’aeroporto più vicino con la metà dei motori a disposizione, ma, in assoluto, la possibilità che un motore si spenga non può essere esclusa.
Per questa ragione, sulla coda degli aerei potete vedere una specie di tubo di scappamento (fateci caso la prossima volta che andrete all’aeroporto). È l’APU: ausiliary power unit. L’APU è dunque un’unità ausiliaria incaricata di dare energia ai servizi di bordo (aria condizionata, scaldavivande e quant’altro). Tuttavia, in caso di spegnimento accidentale in volo, è compito dell’APU di riavviare – si spera – il motore.
Buon viaggio.

Edoardo Angelini-Rota

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