Come funzionano i motori turbofan con postcombustione sugli aerei da caccia supersonici

Corey

2024-12-09

L'incredibile meraviglia ingegneristica del motore turbofan con postcombustione è il cuore sputafuoco che rende i caccia moderni capaci di velocità sorprendenti. Questi speciali motori aeronautici forniscono esplosioni di spinta che aumentano notevolmente la potenza erogata per sprint a velocità elevatissime. Il postcombustore è una sorta di seconda camera di combustione che prende i gas caldi espulsi al termine del ciclo del turbofan e li riaccende per produrre ancora più potenza.

Se hai familiarità con il funzionamento di un turbocompressore sul motore di un’auto, il processo è simile concettualmente, anche se molto diverso quando si ha a che fare con un motore a turbina. I turbofan sono disponibili in molte forme e stili diversi a seconda di dove e quando sono stati realizzati. Alcuni hanno progetti con un flusso di bypass elevato per l'efficienza del carburante, altri ne hanno pochissimo, in genere i modelli più vecchi, e i progetti militari focalizzati sulla potenza hanno rapporti di bypass bassi.

Foto: aeronautica americana | Hub DVIDS

La progettazione degli aerei da combattimento di quarta e quinta generazione ha visto una migliore efficienza del carburante con turbofan ad alta potenza integrati con postbruciatori. La capacità, un tempo sfuggente, di super-crociera, in cui un jet può volare più velocemente della velocità del suono senza l’assistenza del postbruciatore, sta diventando una caratteristica prestazionale più comune. Praticamente tutti i caccia del dopo Guerra Fredda sono costruiti pensando almeno ad alcune capacità multiruolo, il che significa che le caratteristiche di volo devono essere ottimali sia a velocità subsoniche che supersoniche.

Foto: aeronautica americana | Hub DVIDS

I grandi conflitti convenzionali rimangono una minaccia improbabile, ma la deterrenza e la prontezza sono i tratti distintivi di qualsiasi forza combattente professionale. Pertanto, la superiorità aerea è una delle principali preoccupazioni. Le velocità supersoniche sono necessarie per i combattimenti aerei, l'intercettazione aerea e altre missioni tattiche che sorgono in una competizione tra potenti forze aeree. D’altro canto, molti dei conflitti del XX e XXI secolo sono stati tra eserciti convenzionali e forze irregolari. Nella controinsurrezione o nella guerriglia, i combattenti hanno spesso bisogno di fornire supporto aereo ravvicinato (CAS) alle truppe di terra. L’efficienza del carburante e la buona manovrabilità a velocità subsoniche consentono ai jet di lanciare ordigni dove gli aerei a terra ne hanno più bisogno.

Foto: Hub DVIDS della NASA

I componenti principali di un turbofan di postcombustione e dei suoi stadi associati sono:

Fan:Cattura e comprime l'aria in ingresso durante la fase di aspirazione.
Compressore:Aumenta la pressione dell'aria nella fase di compressione.
Camera di combustione:Questa camera combina l'aria compressa con il combustibile per la combustione, producendo gas caldo ad alta pressione nella fase di combustione.
Turbina:In questa fase estrae energia dai gas di combustione per alimentare il compressore e il ventilatore.
Ugello di scarico:Espande e dirige i gas per massimizzare la spinta nella fase di scarico.
Postcombustore:Brucia carburante aggiuntivo nella fase post-turbina per aumentare la spinta.

Un jet può diventare supersonico senza postcombustore?

Un numero crescente di jet può ora raggiungere velocità supersoniche senza l’uso di postcombustori grazie ai progressi nella progettazione dei motori. Il primo esempio è il

, costruito da Lockheed Martin, di cui è dotato

F119-PW-100turbofan a spinta vettoriale. Questi motori sono classificati nella classe di spinta da 35.000 libbre e sono dotati di postcombustori e ugelli di scarico vettoriali di spinta che conferiscono all'F-22 la sua leggendaria velocità e super manovrabilità. Alcuni altri jet come l'Eurofighter Typhoon e

L'EX Eagle II può anche effettuare la super-crociera. Cina e Russia hanno sviluppato velivoli sempre più potenti che, secondo loro, possono anche compiere questa impresa di velocità e potenza, come il J-20 Hidden Dragon o il Su-57 Felon.

Foto: aeronautica americana | Hub DVIDS

Il Supercruise fa una tale differenza perché volare con il postbruciatore inserito per periodi prolungati aumenta molto di più il consumo di carburante e lo stress termico del motore. Il postbruciatore è come iniettare il protossido di azoto (NOS) in un'auto sportiva. Farà aumentare la potenza, ma dopo troppi cicli il motore inizierà a guastarsi perché i suoi componenti non sono fatti per gestire quello stress nelle operazioni di routine.

Foto: aeronautica americana | Hub DVIDS

Gli aerei da combattimento decollano con i postbruciatori?

Sì, lo fanno, ma non necessariamente in ogni caso. Per i voli in transito o in traghetto, consumare carburante e aumentare l’usura del motore di un caccia è uno spreco, quindi richiedono rotazioni di decollo più lunghe senza alcuna assistenza del postbruciatore. Quando un caccia deve lanciarsi da una pista corta, trasportare un carico utile pesante o, meglio ancora, catapultarsi da una portaerei, i postbruciatori si accendono.

Il loro design deve incorporare la tecnologia del postbruciatore per qualsiasi modello di aviazione navale, come l'F/A-18E/F Super Hornet o l'F-35C Lightning. Accelerare un aereo da 50.000 libbre da zero a in volo non è un compito da poco, anche con l’aiuto della catapulta di una nave. Il ciclo di lancio o le operazioni della portaerei richiedono l'assistenza del postbruciatore, soprattutto per i warbirds pesantemente carichi che combattono il nemico con bombe e missili appesi sotto le loro ali.

Foto:K. Aainsqatsi, Wikimedia Commons

L'F-35 può diventare supersonico senza postbruciatore?

Lightning II è alimentato dal Pratt & WhitneyMotore F135, che integra un postcombustore come elemento dei motori turbofan. Il design principale dell’F-35 pone l’accento sulle capacità stealth e multiruolo più che sulle prestazioni sostenute ad alta velocità. Il postbruciatore consente all'aereo di volare a velocità supersoniche e possibilmente di super crociera senza averne bisogno una volta superata la barriera del suono. Da

L'F-35 di è un pezzo di hardware militare nuovo e altamente classificato, i dettagli sono scarsi sulle sue piene capacità.