Motori turboventola ad alto rapporto di bypass

Al giorno d'oggi, l'utilizzo del trasporto aereo ha ampia diffusione a livello globale, rendendo possibile raggiungere in modo veloce, confortevole e sicuro gli aeroporti in ogni angolo del globo, sia che essi siano accanto alle grandi città, sia che si trovino in zone desertiche o persino in Antartide. Il traffico crescente e la necessità di raggiungere obiettivi di riduzione delle emissioni e dell9impatto ambientale, come pure il contenimento dei costi, richiedono lo sviluppo di tecnologie innovative. L'obiettivo di questa tesi è la discussione dei motori a turbogas utilizzati nell9ambito dell'aviazione civile, investigando i fattori che ne definiscono i parametri operativi, con particolare riferimento alle limitazioni che rendono arduo il raggiungimento di sempre maggiori rapporti di bypass. Partendo quindi dal ciclo termodinamico a gas di Brayton-Joule, si andranno ad esporre i motori a ciclo diretto che ne derivano e che sono utilizzati in campo aeronautico: si analizzeranno dunque i cicli del motore turboelica, turbogetto ed infine si focalizzerà l9attenzione sui propulsori di tipo turboventola, oggetto della tesi. Si procederà quindi ad una disamina dei parametri operativi dei motori esistenti, prendendo in esame alcuni esempi applicativi reali, con particolare riferimento al rapporto di bypass, che ne determina in gran parte le prestazioni e i costi. La tendenza attuale dei principali costruttori è infatti quella di progettare macchine ad altissimo rapporto di bypass: si rendono quindi necessari innumerevoli studi di simulazione ad elevato onere computazionale, a fronte di progetti di dimensioni sempre maggiori: conseguentemente, vengono sviluppate anche nuove tecniche produttive per realizzare componenti sempre più complessi e performanti. Il presente studio andrà pertanto ad indagare come nonostante i miglioramenti ottenuti in tal senso da parte dei progettisti, si stia arrivando a valori di rapporto di bypass che risultano difficilmente migliorabili, a causa di numerosi fattori limitanti di tipo tecnologico, che verranno analizzati nel dettaglio. La ricerca per il miglioramento delle prestazioni sono infatti la chiave per il raggiungimento degli obiettivi fondamentali per la riduzione di consumi di carburante, emissioni acustiche e di sostanze inquinanti, ma anche l9 integrazione del motore stesso nel progetto del velivolo e del contenimento dei costi. Infine, si prenderà in considerazione il confronto tra i turboventola ed i motori di tipo open rotor, detti propfan, ormai oggetto di studio da diversi decenni, con una breve disamina di vantaggi e svantaggi e le possibili applicazioni future.