Funzionamento dei motori di turbina a Gas

Definizione

Un motore di turbina a gas espelle aria ad alta velocità attraverso un ugello per generare spinta. Per ottenere quella ad alta velocità, l'aria passa in genere attraverso un diffusore, un compressore, una camera di combustione e una turbina per aggiungere energia al flusso prima di entrare l'ugello. Anche se l'uso di un motore a turbina a gas non è limitato alle applicazioni aerospaziali, i motori turbogetto e turbofan sono i più comuni tipi di turbine a gas.

Diffusore

Un diffusore è un dispositivo progettato per ridurre la velocità di flusso d'aria. L'area della sezione trasversale del diffusore alla sua uscita è più grande dell'area della sezione trasversale all'ingresso. Perché massa deve essere conservato, il tasso di flusso di massa, definito come densità moltiplicato per zona moltiplicato per velocità, deve essere costante per tutto il diffusore. Questo significa area della sezione trasversale ha una relazione proporzionale inversa con velocità. Come zona aumenta, diminuisce la velocità. Questa diminuzione nella velocità abbassa la pressione dinamica, e dato che l'equazione di Bernoulli afferma che la pressione totale - la somma di dinamica e la pressione statica - è costante, la pressione statica è aumentata.

Compressore

Il diffusore si apre direttamente nel compressore, che aumenta la pressione totale del flusso. Di solito, si tratta di un compressore assiale multistadio, dove le pale del compressore ruotano attorno ad un asse centrale. Alcuni disegni più piccoli o più grandi, tuttavia, utilizzano un compressore centrifugo, che deve girare il flusso d'aria fino a 90 gradi. Efficienza della compressione è una gran parte del design della turbina a gas perché il compressore richiede più energia per funzionare.

Camera di combustione

Dopo l'aria è compressa, la camera di combustione genera la pressione totale alzando la temperatura del flusso drammaticamente. Secondo l'equazione dei gas perfetti, la pressione è proporzionale alla temperatura. Carburante scorre il flusso d'aria e si infiamma, che solleva la temperatura a valori circa 1.940 gradi F (1.060 ° C).

Turbina

Il flusso perde energia dopo aver lasciato la camera di combustione. Il prossimo, che assomiglia molto ad un compressore assiale con meno serie di lame, è la turbina. Le lame prendono energia dal flusso e trasmettono ad un albero che aziona il compressore. Ecco perché l'efficienza di compressione è così importante. Più energia ci vuole per guidare il compressore, la meno energia il flusso dovrà generare una Spinta.

Ugello

Un ugello è l'opposto di un diffusore. Il flusso si avvicina alla presa, diminuisce l'area della sezione trasversale, che crea un aumento nella velocità. Questa velocità, insieme con il cambiamento di pressione che accompagna, è ciò che crea Spinta in un motore a turbina a gas.


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