Cosa sono gli stalli del compressore del motore a reazione e come possono essere prevenuti?

Jan 24, 2024

Lo stallo del compressore è solitamente associato a un forte scoppio e può provocare la fuoriuscita di fiamme dallo scarico del motore.

Devi aver sentito parlare, o addirittura sperimentato, di stalli del motore in un'auto. Ma sapevate che anche i motori a reazione soffrono di stallo? Questi stalli, o, più specificamente, gli stalli del compressore del motore, sono causati dall'instabilità del flusso d'aria all'interno del motore.

Il compito del compressore in un motore a reazione è comprimere l'aria proveniente dall'aspirazione. Questa compressione fa aumentare la pressione dell'aria. Allo stesso tempo riduce la velocità dell’aria. Il gruppo compressore è costituito da pale del rotore e statori. Uno statore segue ciascun rotore. I rotori sono i corpi in movimento, mentre gli statori rimangono statici.

Quando il flusso d'aria passa attraverso i rotori, si verifica un aumento netto della velocità del flusso d'aria e, mentre passa sugli statori, l'energia cinetica in esso contenuta viene convertita in energia di pressione. Questo viene fatto creando passaggi divergenti tra le pale del rotore e gli statori.

In un tipico motore a reazione, l'aumento di pressione in ciascuna coppia di rotore e statore è piuttosto piccolo, compreso tra circa 1,1 e 1,2:1. Ciò significa che, per ottenere un rapporto di compressione, ad esempio, di 20:1, saranno necessari diversi rotori e statori. Nei motori di prima generazione, ciò veniva fatto su un singolo gruppo turbina del compressore o su un singolo cursore. Questo era uno dei motivi principali per cui erano spesso soggetti a stalli.

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Come avviene lo stallo? Le pale del rotore del compressore sono essenzialmente piccoli profili alari come le ali. Per questo motivo hanno bisogno che l'aria fluisca su di loro con un angolo di attacco ottimale. Se questo angolo è troppo piccolo o troppo grande, le pale non riescono più a mantenere un flusso d'aria regolare all'interno del motore. L'angolo di attacco su un rotore è generato dal numero di giri del compressore e dalla velocità assiale del flusso d'aria.

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I motori a reazione (in particolare quelli con una singola bobina) hanno pale del rotore fisse per fornire le migliori prestazioni a regimi molto elevati. Quando il numero di giri è basso, l'angolo di attacco sulla pala viene alterato e il flusso d'aria all'interno del motore si interrompe. Non era raro che i motori di prima generazione si bloccassero durante il rullaggio a terra, poiché durante questa fase i motori giravano al di sotto del regime ottimale.

Per darti un esempio di come funziona realmente, puoi pensare a un motore compressore che funziona a un numero di giri del 100% (il suo numero di giri ottimale). In questa condizione può comprimere l'aria con un rapporto di compressione di 20:1.

Ciò significa che, man mano che l'aria scorre attraverso il gruppo compressore, diventa sempre più piccola in volume. Quando esce è compresso a 20:1. In questo scenario, poiché le pale sono ottimizzate per funzionare al 100% dei giri al minuto, i rotori possono ottenere un angolo di attacco ottimale e il flusso d'aria rimane regolare all'interno del motore.

Ora, diciamo che riduciamo il numero di giri del motore a circa il 50%. Ciò riduce la velocità del gruppo compressore e l'aria che entra non è più compressa a 20:1, ma, diciamo, è compressa a circa 8:1. In questo caso, il volume maggiore d'aria viaggia attraverso il compressore ad una velocità maggiore o ad una velocità assiale maggiore.

Ciò altera l'angolo di attacco delle pale e provoca la rottura del flusso d'aria all'interno del motore. Allo stesso modo, se il motore può funzionare a un numero di giri superiore a quello di progettazione, diciamo al 110%, il flusso d'aria è più compresso.

Ciò lo fa viaggiare attraverso il tamburo del compressore a una velocità assiale più elevata, facendo sì che l'angolo di attacco sui rotori superi il valore ottimale, causando la rottura del flusso d'aria e il conseguente stallo del compressore.

Lo stallo di per sé è una parziale interruzione del flusso d'aria. Quando il flusso d'aria si interrompe completamente all'interno del motore, si parla di aumento del motore. I piloti devono reagire tempestivamente a un evento di stallo per evitare che si verifichi un'impennata.

Come stabilito, ogni volta che il flusso d'aria sulle pale si verifica al di sotto o al di sopra dell'angolo ottimale, si verifica un'interruzione del flusso d'aria che provoca lo stallo del compressore. Qui esamineremo alcune condizioni che potrebbero portare allo stallo del compressore.