Modello di turboreattore Goblin de Havilland – Paravia
Descrizione
Da Apparecchi di Fisica - Paravia, G. B. Paravia & C. Torino, 1965. N° 506336
TURBOREATTORE, modello operativo, in scala, di un motore a reazione «Goblin de Havilland» per aerei. È il primo modello costruito e presentato in Italia per usi didattici. Costruito interamente in metallo; una sezione estesa per tutta la sua lunghezza consente di esaminare gli organi rotanti interni e la conformazione di una delle 16 camere d combustione.
Istruzione N. 290 Paravia. Riportata con lievi modifiche.
Macchine termiche. Modello di «Turboreattore».
Generalità sulle turbine a gas.
Una turbina a gas si compone essenzialmente di un compressore, di una o più camere di combustione e di una turbina.
L'aria, dopo essere stata compressa dal compressore, viene riscaldata a pressione costante nella camera di combustione dal carburante che brucia in essa. L'aria e i prodotti della combustione si espandono poi in una turbina che sviluppa la potenza utile e fornisce contemporaneamente la potenza necessaria per azionare il compressore.
La potenza assorbita dal compressore è notevole, essa può essere ridotta sia diminuendo la quantità d'aria da comprimere, sia migliorando il rendimento del compressore. Ma, diminuendo la quantità d'aria, la temperatura dei gas combusti è tropo alta e le palette della turbina non sono in grado di sopportarla e allora, pur cercando di usare materiali più idonei alle alte temperature, si è costretti ad aumentare la quantità d'aria fornita dal compressore in modo da poter raffreddare i gas combusti.
Ne risulta in definitiva che la turbina, il compressore e le tubazioni devono essere dimensionati per una potenza all'incirca quadrupla di quella utilizzata. Per cui il rendimento termico ottenuto è del 20 - 22 %. Questo rendimento si può migliorare usando più di uno stadio di compressione, o con altri accorgimenti.
Il ciclo del motore a turbina è quello Diesel. La fase di compressione avviene nel compressore; la fase di compressione a pressione costante avviene nelle camere di combustione; la fase di espansione avviene nella turbina e nel complesso di scarico.
La potenza utile sviluppata dalla turbina può essere prelevata dall'albero motore sotto forma di energia cinetica di rotazione, oppure dall'energia cinetica di propulsione facendo uscire, alla massima velocità, i gas di scarico da un opportuno ugello.
Descrizione del modello di turboreattore «Goblin de Havilland»
Il modello nella prima foto, realizzato dalla Paravia, è del tipo didattico per le applicazioni aeronautiche poiché la potenza utile viene fornita dai gas combusti che escono dalla luce di scarico.
Il turboreattore è un motore rotativo, a combustione, a pressione costante. L'aria, aspirata dalla parte anteriore del reattore (1) (vedi le due figure e la foto), viene compressa dal compressore ad uno stadio (2) ed inviata nei condotti del diffusore (3) profilati in modo tale da trasformare buona parte dell'energia cinetica fornita dalla ventola in energia di pressione.
Ogni condotto del diffusore immette direttamente in una delle camere di combustione (4) sistemate ad intervalli attorno all'asse del motore. Il carburante (cherosene) viene inviato sotto pressione ai polverizzatori(5), disposti assialmente nelle camere di combustione, nelle quali brucia con continuità.
L'aria viene quindi riscaldata e si dilata per effetto della combustione del cherosene e la miscela, formata dai prodotti della combustione e dall'aria, lascia le camere di combustione e va ad azionare la turbina.
L'aria fornita dal compressore è in notevole eccesso rispetto a quella necessaria per la combustione, allo scopo di diluire i prodotti della combustione per portarli ad una temperatura idonea per le palette della turbina (650 °C circa).
Una parte dell'aria fornita dal compressore viene inviata nella intercapedine (6) che si trova tra la camera di combustione e l'involucro esterno. La parte più calda della camera di compressione in questo modo si raffredda e, nello stesso tempo, la si isola dall'involucro esterno.
Le pareti della camera di combustione presentano un certo numero di fori (7) dai quali l'aria dall'intercapedine entra nella camera di combustione allo scopo di far diminuire gradatamente la temperatura dei gas combusti che procedono verso la turbina.
Le camere di combustione sono collegate tra di loro per mezzi di opportuni raccordi tubolari (8) che servono per trasmettere la fiamma dall'una all'altra camera, specialmente durante l'accensione che avviene solo in due di esse, e per equilibrare la pressione delle camere.
Le camere di compressione immettono direttamente in un distributore anulare (9) a palette fisse (10) i gas e li devia di un certo angolo in modo che essi vadano ad investire le palette della turbina nelle condizioni di maggior rendimento.
Nel passaggio attraverso le palette (11) i gas cedono alla turbina l'energia occorrente per far ruotare la ventola del compressore, che è rigidamente connessa alla turbina per mezzo di un corto albero rigido (13) supportato da due cuscinetti a sfere.
Attraversata la turbina, i gas che hanno ceduto alle palette una parte della loro energia, procedono assialmente attraverso il complesso di scarico (14) fino all'ugello di uscita (15), dal quale escono sotto forma di getto di propulsione con la massima velocità residua possibile assicurata dalla forma del complesso stesso.
La massa di gas scaricata dall'effusore a quella velocità, e quindi la spinta che il motore riceve, dipende dalla quantità d'aria aspirata e di conseguenza dalla velocità nell'operare del compressore.
Siccome questa dipende dalla potenza della turbina, la quale a sua volta è funzione dell'energia termica sviluppata dal combustibile bruciato nelle camere di combustione, la rapidità del compressore e quindi la spinta che si può ottenere dal motore, vengono semplicemente regolate variando la quantità di combustibile inviata ai polverizzatori.
Particolari costruttivi e di funzionamento
Si fa riferimento sia alle due figure sia in parte alla prima foto.
a) Corpo prese d'aria - È costruito in lega d'alluminio ed è bullonato nella parte anteriore del motore.
Porta, oltre alle prese d'aria (1) , il cuscinetto anteriore e i condotti che servono per prelevare aria dal gruppo del compressore per inviarla alle parti del motore che hanno bisogno di un particolare raffreddamento.
Nel corpo anteriore del turboreattore è sistemato anche un complesso di ingranaggi (18) che, mosso dall'albero motore, comunica il moto ai comandi dei servizi ausiliari del motore stesso come a esempio: pompe del carburante, del lubrificante, ecc. .
b) Corpo diffusore - È in lega di magnesio ed è bullonato al corpo prese d'aria. Porta i 16 condotti (3) che convogliano l'aria alle camere di combustione e i dispositivi a labirinto che assicurano la tenuta d'aria sulla faccia posteriore della ventola. I condotti sono sagomati per far diminuire, lungo di essi, la velocità dell'aria e aumentare di conseguenza la pressione di ingresso nelle camere di combustione.
c) Ventola del compressore - La ventola del compressore (2) è munita di 17 pale ed è in un solo pezzo lavorato a macchina. Sulla parte anteriore del mozzo della ventola è bullonato l'albero di estremità anteriore (20), portato dal cuscinetto a sfere anteriore e che aziona gli ingranaggi di comando degli accessori.
d) Struttura centrale- È costituita da un supporto tronco conico di acciaio (21) sul quale sono montate le varie parti del motore.
e) Sistema di combustione - È composto da 16 camere di combustione (4) a flusso diretto e da altrettanti polverizzatori (5).
L'aria passa dal compressore alle camere di combustione alla pressione di 27,5 N/cmq ed il combustibile dal collettore (22) ai polverizzatori.
Parte dell'aria viene impiegata per la combustione, parte si mescola con i prodotti della combustione per abbassarne la temperatura. La miscela così ottenuta passa nel complesso turbina.
Le camere di combustione si compongono del focolare interno e dell'involucro esterno. Tra le due parti circola aria di raffreddamento. Le camere e i focolari sono collegati fra loro da raccordi tubolari a gomito (8) esterni ed interni, in modo che, dopo l'accensione, la fiamma possa passare da una camera all'altra, dato che solo due camere sono provviste di raccordo con gli accenditori elettrici.
Si ottiene in questo modo anche un costante equilibrio tra le pressioni delle varie camere.
Vengono impiegati idonei dispositivi per mescolare il combustibile e l'aria comburente e per ripartire l'aria nella parte che serve per la combustione e in quella che serve per il raffreddamento.
f) Complesso turbina - Le camere di combustione sono collegate elasticamente ad un distributore anulare (9) che porta, verso la parte posteriore, 77 palette fisse (10) orientate in modo da dare al flusso dei gas combusti la direzione opportuna.
I gas che escono dalle palette fisse del distributore investono le 83 palette (11) della turbina che sono portate da un disco di acciaio ferritico resistente al calore.
Le palette, il disco e il corrispondente involucro costituiscono le parti più delicate del motore perché soggette ad alte temperature e a notevoli sforzi.
g) Complesso condotto di scarico (13) - Comprende il cono interno (23) , il cono esterno (14) e l'ugello di scarico (15), in acciaio inossidabile, sagomati in modo da dare ai gas che si scaricano nell'atmosfera la massima velocità per ottenere dal getto la maggiore spinta possibile.
L'ugello è munito di termometro per controllare la temperatura del getto.
h) Accessori -
Comprendono:
1) le dinamo per i servizi elettrici;
2) le pompe per il combustibile che prelevano il carburante dal serbatoio e lo inviano sotto pressione al collettore (22) dal quale viene distribuito ai polverizzatori;
3) le pompe del lubrificante;
4) I compressori per usi speciali.
Tutti questi meccanismi ricevono il moto dal gruppo di ingranaggi (18) collegato all'albero anteriore.
Altro importante accessorio è il motorino di avviamento che comanda l'albero principale tramite un complesso di ingranaggi ed un innesto a denti frontali. In tal modo il complesso rotante viene messo in movimento e il motorino si disinnesta non appena il reattore sviluppa una potenza sufficiente per funzionare da solo.
Esperienze
| Esperienze possibili | Descrizione |
|---|
Sitografia
| Link | Descrizione |
|---|---|
| https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/motore_turbogetto29/ | Descrizione di un Goblin de Havilland |
| https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/motore_turbogetto30/ | Descrizione di un Goblin de Havilland |
| https://www.museomotori.unipa.it/scheda.php?id=238 | Descrizione di un Goblin de Havilland |
| http://jnpassieux.fr/www/html/Goblin.php | Da cui è tratta la seconda figura |