Propulsione Aerospaziale

CLASSIFICAZIONE DEI PROPULSORI

Nel 1903 i fratelli Wright provarono sulle dune sabbiose di Kitty Hawk il primo mezzo volante privo di motore essenzialmente assimilabile ad un alianto, ovvero un biplano senza timone e cominciarono così a fare i primi esperimenti di fluidodinamica, studiando cercando di comprendere come dovesse sostenersi in aria l’allero e successivamente, dopo aver compreso, ove fare montare un motore nel mezzo. Questo però era pesantissimo. Dopo alcuni anni ovvero nel 1918 a S’Amnunzio oltrepassa le Alpi e sorvola Vienna in quanto era la tecnologia era già molto avanzata. Negli anni ’30 troviamo il primo esempio di turbolantazione. Nel 1944 Tedeschi mettono in atto il primo turboreatore, dopo la seconda guerra mondiale sia in campo bellico che turboreattori si sono sviluppati tantissimo sino alla realizzazione del Concorde anglo-francese che permette di volare sino a M=2. In campo bellico abbiamo molti esempi di turboreattori che superano M=2. Si è giunti alla realizzazione del X-43 che raggiunge M=10 & questo però deve ancora portato in volo perché in autoreattore.

Per la propulsione spaziale bisogna aspettare gli anni ’50-‘60 con la capuetta Laica che viene lanciato in orbita anche se già durante la guerra l’U2 tedesco che distrusse Londra non era altro che un razzo. Anche per giochi pirotecnici si usavano piccoli razzi a propellente solido.

CLASSIFICAZIONE MECCANICA DEI PROPULSORI

Il propulsore può essere pensato come una scatoletta che riceve una portata d'aria in ingresso a pressione atmosferica pa. La portata di combustibile sarà m_b e la velocità di volo sarà u. All'interno del propulsore si genera una reazione chimica che genera un'energia chimica che fa sorgere una velocità di uscita u.

^um_b ----> ----> u ----> pa

1. ESOREATTORI: volano in aria con m≠0 (volano in atmosfera).
2. ENDOREATTORI: volano esclusivamente nello spazio vuoto ma possono volare anche in atmosfera e hanno m_b = 0.

1) MOTORE ELICA: hanno un motore alternativo con un'elica montata sull'albero dall'ambiente viene prelevata la portata m_b di aria. I gas prodotti dalla combustione possono essere scaricati obbligatoriamente fornendo una spinta addizionale all'effetto dell'elica. Ovviamente per migliorare le prestazioni in quota è necessario sovralimentare.

^um_b ----> ----> u ----> u₀

In questo caso abbiamo creato una spinta non attraverso un'espansio ne di un gas caldo ma perché abbiamo ioni a grande velocità che devono anche essere accelerati. La spinta generata è piccolissima: il loro utilizzo ha senso per impieghi di lunga durata dove l'energia elettrica è ricavata da pannelli solari.

Elettromagnetici: Sfruttano il plasma ovvero un fluido ionizzato mediamente neutro. La spinta ossia è di tipo magnetica, abbiamo bisogno però di grosse energie elettriche.

Caratteristiche Generali

Una caratteristica importantissima è la leggerezza, infatti 80 Kg in più sul motore genera un carico pagante che corrisponde ad una persona in meno sul veicolo. Come parametro di valutazione si usa il peso/potenza nel caso di motore a elica, oppure peso/spinta negli altri casi.

Peso: comprende un peso totale ovvero la somma dei pesi dell'elica, del combustibile, e del lubrificante.

Potenza: in fase di decollo, nella fase di salita, in crociera. Viene considerata nella continuità della quota di sobbarcamento

Spinta: si considera sempre quella alla velocità di crociera sia nel caso ci sia un postbruciatore sia nel caso non ci sia.

In i turboalterni e doppi-flusso, assimilabili ad un turboreattore intubato, il f.om iniziale riduce molto la velocità w e quindi ṁ_min per i razzi uno all’unità e M_0=1.

Potenza disponibile (x reazione chimica): imb/Hi ṁ_min/2 ≥ imb.Hi

Potenza disponibile (x reazione nucleare/elettrica): generatore + imb. ū²/2 Port.gm.

Campo iniziale esoreattori

• Atmosferica

è selettiva che è possibile raggiungere anno dell’ordine dei 30÷150 Km/h si solito si realizzano piccoli veicoli con motori sovralrossi alloggianti che permettono di realizzare piccoli aereo a Transporto turistico. Il limite di velocità dell’elica è intorno ai 600÷700 Km/h. L’unico problema: si ha quando non si trova uno in quota e dobbiamo ridurre la potenza: effettuare una lamina azione per evitare alte sollecitazioni sui motori alleggeriti. Per questi veicoli è frequente la presenza di vibrazioni. Ricordiamo inoltre che la pressione media indicata in quota è data dalla seguente relazione

• ̄ p mi=̄p o_o √T_o/T

• Turbolica

È possibile raggiungere velocità dell’ordine dei 600 ÷ 700 km/h grazie alla maggior prestazioni di questo veicolo. Tra elica e turbo gruppo hanno un riduttore epicio, permettendo raggiungere elevate

• mb1 = mb2 + mb3 = 24 tons
• m strutturale tot = costante
• Ipsozziano che ms3 = k m b3 sia per il primo che per il secondo stadio
• mb1/ms2 = propellente
• mb2/ms2 = non strutturale = costante
• carico pagante = costante propellente
• mb4 = ms2 + mp + mb2 *

• Δu1 = 1200 m/s; mb2 = 4.72 tons ms2 = 3.18 tons mb2 = 0.82 tons
• Δu1 + Δu2 = 3030 m/s; => Δu = 6060 m/s
• Δu1 = w ln _mp/_{ms2 + mb2}
• Δu2 = w ln _{ms2 + mb2 + mp}/_{ms2 + mb2}

Se considero l'equazione posso ottenere il valore massimo di Δu. Tutto ciò è evidenziato nel diagramma Δu1, mb2