Tipologie di propulsione aeronautica
I motori a turbogetto e turboelica sono i principali sistemi di propulsione usati dell’aviazione commerciale, che, per quanto simili, presentano differenze sostanziali.
I motori a turbogetto funzionano comprimendo l'aria attraverso un'entrata, mescolandola con carburante e incendiando la miscela in una camera di combustione. I gas di scarico ad alta velocità escono attraverso un ugello, generando spinta. Questo design è orientato a ottenere elevate prestazioni di velocità, rendendo i turbogetti ideali per gli aerei che devono viaggiare velocemente e ad alta quota.
Uno dei principali vantaggi dei motori a turbogetto è la loro capacità di raggiungere alte velocità e altitudini, rendendoli altamente efficienti per i viaggi a lunga distanza. Inoltre, il loro design compatto aiuta a ridurre la resistenza della cellula, migliorando così l'efficienza aerodinamica. Tuttavia, i turbogetti hanno i loro svantaggi. Sono meno efficienti in termini di consumo di carburante a velocità e altitudini più basse rispetto ai motori a turboelica, il che può comportare costi operativi più elevati. Questi motori erano molto diffusi all’inizio dell’era dei jet commerciali, un esempio è il Boeing 707.
Infatti, ai giorni d’oggi, la variante di turbogetto più diffusa negli aerei commerciali sono i motori a turboventola.
Questi generano la spinta muovendo una massa d’aria più grande con una ventola guidata da una delle turbine a valle della camera di combustione. Questo processo è più efficiente a velocità transoniche (0,8 Mach – velocità di crociera degli aeromobili più diffusi) poiché richiede velocità di uscita del flusso più basse. Infatti, la spinta è sempre correlata tra il flusso di massa e la velocità del flusso.
La
differenza principale tra i motori a turbogetto e a turboelica è che quest’ultimo genera una coppia, che guida l’elica, mentre il turbogetto genera una velocità differenziale per creare la spinta.
La turboelica è ottimale per voli a corto e medio raggio a velocità e altitudini più basse. I motori turboelica eccellono in efficienza di carburante a queste velocità e altitudini più basse, rendendoli una scelta conveniente per i voli regionali. Questa efficienza si traduce in costi operativi più bassi, un vantaggio significativo per le compagnie aeree che operano su rotte brevi. Inoltre, i motori a turboelica possono operare da piste più corte, offrendo accesso a aeroporti regionali e remoti che i jet più grandi non possono utilizzare.
Tuttavia, i motori a turboelica presentano delle limitazioni. Non possono raggiungere le stesse velocità dei turbogetto e turboventola, perché sono limitati dalla velocità alle estremità dell’elica (la limitazione per ragioni di efficienza si raggiunge a velocità vicine a quella sonica, che causa perdite aerodinamiche) e, quindi, sono meno efficienti a grandi altitudini. Questo limita la loro utilità alle rotte più brevi. Inoltre l’elica aperta genera anche più rumore, influendo negativamente sul comfort dei passeggeri.
Nel contesto degli aerei civili, i motori a turboventola sono comunemente utilizzati negli aerei di medie e grandi dimensioni, come il Boeing 737 e l'Airbus A330. Questi aerei sono progettati per voli transcontinentali e internazionali, dove la capacità dei motori a turbogetto di funzionare in modo efficiente a velocità e altitudini elevate è un vantaggio significativo.
D'altro canto, i motori turboelica sono prevalenti nell'aviazione regionale, alimentando aerei come l'ATR 72 e il Bombardier Q400. Questi aerei sono adatti per rotte più brevi, dove la loro efficienza in termini di consumo di carburante e la capacità di operare da aeroporti più piccoli offrono benefici sostanziali.
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