Turbine a gas per applicazioni aeronautiche [1-14]

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1 Politecnico di Milano Facoltà di Ingegneria Industriale Corso di Laurea in Ingegneria Aerospaziale Insegnamento di Propulsione Aerospaziale Anno accademico 2011/12 Capitolo 5 sezione b Turbine a gas per applicazioni aeronautiche [1-14]

2 La turbina a gas aeronautica (configurazione turbofan) Corso di Propulsione Aerospaziale a.a. 2011/2012 Cap. 5 sez. b / 01

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5 Dalla definizione generale di rendimento di un ciclo termodinamico: = 1 - q scar /q intr : Nel ipotesi di gas perfetto: q intr = c p (T 3 T 2 ) q scar = c p (T 4 T 1 ) = 1- c p (T 4 T 1 ) / c p (T 3 T 2 ) = 1- [T 1 (T 4 /T 1 T 1 ) / T 2 (T 3 /T 2 T 1 )] Proprietà del ciclo Brayton: T 3 T 1 = T 4 T 2 T 3 /T 2 = T 4 /T 1 = 1 T 1 /T 2 = 1 1 / ( -1) / ove è il rapporto di compressione ( = p 2 / p 1 ) Corso di Propulsione Aerospaziale a.a. 2011/2012 Cap. 5 sez. b / 04

6 Lavoro utile: L u = t o,t L i,t L i,c / c o,c L u = (L t L c ) Potenza utile: Rendimento utile: Rendimento globale: Consumo specifico: P u = L u u = L u / q intr g = P u / H i q spec = f / P u Rapporto di miscela: = a / f = c H i / q intr - 1 ( c = rendimento della camera di combustione) Corso di Propulsione Aerospaziale a.a. 2011/2012 Cap. 5 sez. b / 05

7 Ciclo Brayton con interrefrigerazione e post-combustione Ciclo Brayton con rigenerazione Corso di Propulsione Aerospaziale a.a. 2011/2012 Cap. 5 sez. b / 06

8 ! "#$%& La postcombustione è una tecnica impiegata per aumentare la spinta di un motore. E utilizzata al decollo, nelle fasi di salita o in specifiche fasi di una missione militare. L incremento di spinta consegue a un incremento di potenza che potrebbe essere ottenuto con un motore più potente, che sarebbe però anche più pesante, di maggiore ingombro frontale e penalizzato da più elevati consumi. La postcombustione si configura come la tecnica migliore per ottenere aumenti di spinta per brevi periodi. La postcombustione consiste nell introdurre e nell ossidare combustibile tra la turbina e l ugello, Per la combustione viene impiegato l ossigeno presente nei gas combusti; l incremento di temperatura dei gas combusti porta ad una accresciuta velocità dei gas di scarico e conseguentemente ad una spinta più elevata. Generalmente l ugello è del tipo a geometria variabile. L ugello è chiuso quando la postcombustione è disinserita e aperto quando invece è inserita. La maggiore area della sezione di efflusso soddisfa l accresciuto volume dei gas di scarico. La spinta di un motore con postcombustore è inferiore, a postcombustione disinserita, alla spinta dello stesso motore privo di postcombustore, a causa delle perdite aerodinamiche legate alla presenza del postcombustore. Corso di Propulsione Aerospaziale a.a. 2011/2012 Cap. 5 sez. b / 07

9 ! "%$%& Corso di Propulsione Aerospaziale a.a. 2011/2012 Cap. 5 sez. b / 08

10 ' Per velocità di volo approssimativamente inferiori a km/h, il motore a getto risulta meno efficiente di un motore ad elica, poiché il rendimento propulsivo dipende dalla velocità di volo. Il turbogetto puro risulta più indicato per elevate velocità di volo. Il rendimento dell elica diminuisce rapidamente al di sopra di 500 km/h, a causa di effetti di comprimibilità che si manifestano in prossimità dell apice delle pale. Queste caratteristiche hanno portato all introduzione di una soluzione combinata di propulsione a getto e propulsione ad elica. I sistemi propulsivi turboelica risultano pertanto di interesse per velivoli destinati ad operare a velocità intermedie tra quelle che risultano vantaggiose per la propulsione a getto e quelle per la propulsione a elica. I vantaggi della combinazione getto-elica sono stati in parte superati dalla introduzione della soluzione turbofan, ducted fan e propfan. Questi motori trattano elevate portate d aria e sono caratterizzati da più basse velocità del getto di scarico rispetto al turbogetto semplice, Queste condizioni portano ad un più alto valore del rendimento propulsivo. Corso di Propulsione Aerospaziale a.a. 2011/2012 Cap. 5 sez. b / 09

11 "#$%& Corso di Propulsione Aerospaziale a.a. 2011/2012 Cap. 5 sez. b / 10

12 "%$%& Corso di Propulsione Aerospaziale a.a. 2011/2012 Cap. 5 sez. b / 11

13 ("#$)& Schema d impianto di turbina a gas bialbero Interrefrigerazione e rigenerazione in ciclo aperto Corso di Propulsione Aerospaziale a.a. 2011/2012 Cap. 5 sez. b / 12

14 ("%$)& Schema d impianto di turbina a gas bialbero Interrefrigerazione, rigenerazione e riscaldamento ripetuto in ciclo chiuso Corso di Propulsione Aerospaziale a.a. 2011/2012 Cap. 5 sez. b / 13

15 (")$)& Schema di impianto a ciclo combinato (costituito da turbina a gas, generatore di vapore, turbina a vapore) Corso di Propulsione Aerospaziale a.a. 2011/2012 Cap. 5 sez. b / 14