Ugello propulsivo: come influisce sul motore?

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tmox
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Ugello propulsivo: come influisce sul motore?

Messaggio da tmox » 11 giugno 2019, 22:43

Gentili utenti,

Sono un neo iscritto. Ho scoperto questo forum dopo aver trovato, grazie al web, il documento pdf intitolato "Motori a reazione, nozioni di base" a cura dell'utente JT8D.
Ho avuto interesse nel leggerlo perchè ho un dubbio in merito agli esoreattori ed agli endoreattori che, da tempo ormai, cerco di risolvere senza successo.
Purtroppo anche la lettura del documento non è stata sufficiente a sciogliere la mia perplessità.

Non sono certo che la sezione scelta per postare questo topic sia corretta. Se così fosse mi scuso in anticipo.

Vi espongo la questione, sperando di incontrare utenti che, sapendone più di me, possano aiutarmi a risolvere questo dilemma.
Il mio libro accademico, relativo ai motori aeronautici, afferma quanto segue:

In assenza di qualunque contatto con un solido esterno, un motore primo, posto in un fluido di densità finita o anche nulla, può spingere se stesso attraverso l’espulsione di massa fluida o solida dalla parte posteriore. Per convenzione si dice che questo motore primo è propulso da propulsione a getto, sebbene la spinta propulsiva in realtà risulti dagli effetti di pressione e attrito esercitati sulla parete dell’interno cavo del motore dai solidi o fluidi che si muovono all’interno verso l’ugello di scarico.


In particolare, la spinta ottenuta da un motore aeronautico può essere riassunta valutando "la variazione di quantità di moto" indotta all'aria che lo attraversa, fermo restando che tale variazione sarà inevitabilmente legata alle pressioni che agiscono sulle pareti interne del motore le quali, in ultima analisi, sono responsabili della spinta materialmente esercitata sul propulsore. Per questa ragione in fondo al motore è in genere presente un ugello propulsivo. Esso, dotato di forma convergente nel caso in cui si abbia a che fare con un flusso subsonico, provoca un accelerazione del fluido che lo attraversa. Questa accelerazione comporta un'aumento della quantità di moto del flusso e quindi, per i principi della fisica, grazie ad essa il motore vanta una maggior spinta.

Fin qui tutto chiaro. Il problema è che nessun libro sembra spiegare la cosa dal punto di vista delle pressioni agenti internamente al motore.
Montando un ugello sul mio propulsore, dov'è che rileverò un'aumento delle pressione all'interno del motore?
La trattazione dei vari stadi del motore (diffusore, compressore, camera di combustione e turbina ) sembra del tutto trasparente alla presenza o assenza di un ugello propulsivo.
Sembra quasi che "se lo montiamo abbiamo magicamente più spinta, altrimento no". Ma non può essere così semplice. Per quanto affermato nel lembo di testo che vi ho proposto, la spinta è il risultato delle azioni di pressione e sforzi di taglio interne al motore. Premesso che installando un ugello otteniamo una maggior spinta, questa dovra essere "provocata" da un aumento di pressione da qualche parte del motore, altrimenti la definizione iniziale viene tradita e abbiamo ottenuto più spinta a parità di pressioni interne.

Dunque il mio dubbio era questo: come interpretare il contributo propulsivo dell'ugello non con una formula matematica riassuntiva, ma valutando il suo effetto sulle pressioni interne al motore.

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flyingbrandon
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Re: Ugello propulsivo: come influisce sul motore?

Messaggio da flyingbrandon » 14 giugno 2019, 10:07

tmox ha scritto:
Dunque il mio dubbio era questo: come interpretare il contributo propulsivo dell'ugello non con una formula matematica riassuntiva, ma valutando il suo effetto sulle pressioni interne al motore.
Non ho mai studiato in modo specifico i propulsori...quindi non mi sono posto i tuoi problemi...però ho sempre considerato il problema come inverso al tuo...e cioè visto che banalmente la spinta è dovuta alla variazione di velocità tra il fluido in entrata e in uscita, per lo meno dei turbogetti classici e datati, i vari stadi giocano sulle pressioni per avere una diversa velocità...e la presenza dell’ugello di scarico, geometricamente, produce questo aumento della velocità, e mi influisce sulla spinta accelerando i gas di scarico. Il punto è che l’ugello di scarico non può in nessun modo agire sulle pressioni interne al motore , ben più elevate, ma semplicemente “raccogliere” i risultati dell’espansione successiva all’uscita dei vari stadi, e permettere un incremento della velocità. No?
Ciao!
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tartan
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Re: Ugello propulsivo: come influisce sul motore?

Messaggio da tartan » 14 giugno 2019, 17:10

Io non ho capito una mazza però ho cercato di interpretare la domanda.
Nei vechi motori a reazione F=ma derivava da una forte a (accelerazione) di una piccola m (massa d'aria). Le froze risultanti agivano sulle strutture interne ed esterne del motore e trasmesse all'aereo tramite gli attacchi del motore.
Ora che nei motori moderno la F=MA deriva da una grande massa con una minore accelerazione che viena dal fan, la piccola massa finale con una grande accelerazione che supplisce alla spinta totale. se fosse in qualche modo possibile ignorarla, tipo diminuirla, magari si potrebbero ridurre degli sforzi sul motore aumentanto la durata dello stesso.
Io così ho intrerpretato la domanda! :?:
PS io capisco poco di motori. :(
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Re: Ugello propulsivo: come influisce sul motore?

Messaggio da tmox » 16 giugno 2019, 12:32

flyingbrandon ha scritto:
tmox ha scritto:
Dunque il mio dubbio era questo: come interpretare il contributo propulsivo dell'ugello non con una formula matematica riassuntiva, ma valutando il suo effetto sulle pressioni interne al motore.
Non ho mai studiato in modo specifico i propulsori...quindi non mi sono posto i tuoi problemi...però ho sempre considerato il problema come inverso al tuo...e cioè visto che banalmente la spinta è dovuta alla variazione di velocità tra il fluido in entrata e in uscita, per lo meno dei turbogetti classici e datati, i vari stadi giocano sulle pressioni per avere una diversa velocità...e la presenza dell’ugello di scarico, geometricamente, produce questo aumento della velocità, e mi influisce sulla spinta accelerando i gas di scarico. Il punto è che l’ugello di scarico non può in nessun modo agire sulle pressioni interne al motore , ben più elevate, ma semplicemente “raccogliere” i risultati dell’espansione successiva all’uscita dei vari stadi, e permettere un incremento della velocità. No?
Ciao!
La tua descrizione è corretta. Tuttavia essa permette di assumere il motore come una scatola nera, nel quale una velocità entra ed una velocità esce. A parità di portata, se tra ingresso e uscita vi è una differenza di velocità allora sul fluido ha agito una forza, e per il principio di azione e reazione il motore riceverà una forza uguale e contraria. Il fatto che l'ugello acceleri il flusso è conforme a questa descrizione e rende evidente il suo contributo. Ma la variazione di quantità di moto, che è una quantità "riassuntiva", non è la diretta responsabile della spinta, che invece è esercitata dalle pressioni e dagli sforzi di taglio agenti sulle pareti del motore. Per questo mi piacerebbe capire in che modo la presenza dell'ugello fa si che il motore riceva una maggior spinta, volendo interpretare tale spinta come risultato di pressione e sforzi di taglio.

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Re: Ugello propulsivo: come influisce sul motore?

Messaggio da JT8D » 1 luglio 2019, 0:00

L'ugello, classicamente, posto dopo la turbina, espande il flusso sostanzialmente fino alla pressione ambiente, sfruttando l'intero salto entalpico ad esempio nello statoreattore, mentre nei turbogetti una parte del salto entalpico viene sfruttato dalla turbina, per trascinare il compressore, e il rimanente viene sfruttato nell'ugello.

Come dici tu, la spinta generata dal motore è dovuta alla pressioni e agli sforzi di taglio agenti sulle pareti del motore. Per la precisione alla risultante netta delle distribuzioni di pressione e di sforzo di taglio agenti sull’area della superficie esposta.

Immagine
(Image Credits: Rolls-Royce plc)

Questa immagine ti dice il contributo che ogni parte del motore esercita sulla spinta in un ipotetico turboreattore preso come esempio.

Comunque calcolare le distribuzioni di pressione e di sforzo di taglio sull’intera superficie interna del motore non è semplice. Per cui il motore lo si studia in modo tradizionale studiando la variazione nel tempo della quantità di moto del gas che scorre attraverso il motore e usando la legge di Newton.

Paolo
"La corsa di decollo è una metamorfosi, ecco una quantità di metallo che si trasforma in aeroplano per mezzo dell'aria. Ogni corsa di decollo è la nascita di un aeroplano" (Staccando l'ombra da terra - D. Del Giudice)


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