turboelica

v. fig.

turboelica Propulsore esoreattore (v. fig.), impiegato in aeronautica, costituito da un’elica azionata da una turbina a gas, i cui gas di scarico determinano una spinta. Il principio di funzionamento è: un compressore (a in fig.), per lo più assiale, comprime l’aria che passa nelle camere di combustione b (o nell’unica camera anulare di combustione); la miscela di aria e gas combusti uscenti aziona la turbina c, generalmente a due o più stadi ed esce quindi all’esterno. La turbina assorbe buona parte dell’energia del salto termico disponibile; un’aliquota di questa energia viene ceduta al compressore a, la rimanente all’albero portaelica d. Poiché la frequenza di rotazione dell’elica è moderata (ordine dei 1500 giri/min) rispetto a quella della turbina (ordine dei 10.000 giri/min), è necessaria l’interposizione di un potente riduttore e, tra albero della turbina e albero portaelica. Per il t. è impiegata, per ragioni di leggerezza e ingombro, la turbina aperta senza recupero né combustione supplementare. La parte dell’energia termica non assorbita dalla turbina si trasforma in energia cinetica nel condotto di efflusso; il miscuglio gassoso esce quindi dall’ugello di scarico f con velocità moderate ma superiori a quella d’ingresso. In aggiunta alla forza propulsiva dell’elica si ha così una spinta supplementare (a getto), usualmente dell’ordine del 10-20% della spinta propulsiva dell’elica. Un t. può essere realizzato o con un’unica linea d’asse azionante simultaneamente il compressore e l’elica (t. monoalbero), oppure con due linee coassiali rotanti separatamente (t. bialbero). Quest’ultima combinazione, seppure costruttivamente più sofisticata, consente al compressore e all’elica un funzionamento al numero di giri per entrambi di maggiore efficienza nelle diverse condizioni di volo.

Grandezze tipiche del t. sono: la potenza asse equivalente, definita come la somma della potenza all’asse dell’elica e la potenza del getto SV, con S spinta e V velocità di volo, divisa per un rendimento standard dell’elica assunto pari a 0,8; la potenza della spinta, definita come la somma della potenza del getto e della potenza all’asse dell’elica moltiplicata per il rendimento standard dell’elica.

L’impiego dei propulsori a t. consente la spinta con elevati rendimenti propulsivi: l’elica, infatti, potendo elaborare grandi portate d’aria, con piccola accelerazione permette di raggiungere rendimenti propulsivi dell’ordine di 85%, decisamente superiori a quelli caratteristici del turboreattore. A fronte di tale significativo vantaggio, la presenza dell’elica comporta, tuttavia, qualche limitazione alla sua utilizzazione; il t., infatti, può essere impiegato solo su velivoli che non superino velocità dell’ordine di 700 km/h, poiché in tali condizioni di volo le estremità delle pale dell’elica raggiungerebbero velocità molto prossime a quella del suono, con conseguente drastico decadimento del rendimento propulsivo e aumento delle vibrazioni delle pale. Nel caso occorra ottenere spinte rilevanti con elevato rendimento, anche a velocità di traslazione sostenute, si fa ricorso a più gruppi propulsori dotati di eliche a più pale (fino a 5) e/o di lunghezza contenuta (eliche mozze). La ricerca volta a mantenere i buoni rendimenti propulsivi del t. anche nell’utilizzazione ad alte velocità è di fatto sfociata nella realizzazione del turbofan (➔ turboreattore).

Il t., subentrato al motoelica per la impossibilità pratica di realizzare motori alternativi di oltre 2000 kW, è divenuto il propulsore ottimale per i velivoli di media grandezza adibiti al trasporto regionale e al trasporto militare tattico; sono questi i campi di utilizzazione nei quali le caratteristiche di basso consumo specifico del t. prevalgono sulle penalizzazioni nei tempi di percorrenza, dovute alla relativamente bassa velocità di volo permessa. In rapporto al motoelica, il t. si avvantaggia per alcuni aspetti tecnici: è infatti più leggero (a parità di volume), offre un minor ingombro frontale relativo, non dà luogo a forze alternative d’inerzia (consentendo, quindi, una maggiore sicurezza e una maggiore durata di funzionamento delle apparecchiature e delle strutture del velivolo), fa uso di cherosene (più economico e più facilmente reperibile della benzina ad alto numero di ottano), ha un consumo di lubrificante del tutto trascurabile.

Nel settore civile, il t. è utilizzato soprattutto su velivoli che operano in campo regionale (ATR-42, ATR-72, Saab 2000 ecc.) su voli di durata non superiore alle due ore. Nel settore militare è impiegato negli aerei da trasporto: sono ancora in servizio il G222 FIAT (prodotto dall’Aeritalia) e il C-130 della Lockheed Martin (in particolare, nell’ultima versione C-130J). Inoltre, la progettazione dell’Airbus A-400 M ha previsto un equipaggiamento di 4 motori a turboelica.