Scopo del corso è quello di fornire le conoscenze di base per comprendere il funzionamento dei propulsori aeronautici basati sul concetto di reazione, (motori a turbina), nel loro comportamento stazionario.
Dopo un breve richiamo dei principi base della termodinamica e della fluidodinamica, la prima parte del corso illustra in dettaglio il concetto di spinta e la relativa macchina necessaria alla sua produzione: il generatore di gas basato sul ciclo termodinamico Joule-Brayton. In particolare, verrà fatta una descrizione degli elementi costitutivi il generatore di gas: compressore, combustore, turbina, e si vedrà come associando l¿elemento base con un elica, e/o con una presa d¿aria, e/o con un ugello di scarico si può arrivare alla realizzazione del motore aeronautico: turboelica, turbogetto e turbofan. Nella seconda parte del corso si andranno ad analizzare in dettaglio i cicli termodinamici a gas classici e rigenerativi con interrefrigerazione e ricombustione, le relative prestazioni a progetto dell¿autoreattore, del turbogetto semplice, del turbofan a flussi separati e a flussi miscelati, del turboelica e del turboalbero (turboshaft) di impiego elicotteristico. Le prestazioni verranno calcolate sia in condizioni statiche che in condizioni di volo. Particolare importanza verrà data alle problematiche, pregi e difetti, che possono nascere nell¿utilizzo di un propulsore piuttosto che di un altro con indicazioni generali sul loro campo di impiego.
Indicativamente il corso è articolato in ventiquattro ore di lezione e ventiquattro ore di esercitazione.

Gli studenti saranno messi i grado di poter calcolare le prestazioni dei turbomotori a progetto e di saper leggere e interpretare i vari grafici di prestazione.

Termofluidodinamica, Macchine, Aerodinamica e Meccanica del volo.

1. Richiami di termofluidodinamica

Legge di conservazione della massa. Bilancio della quantità di moto. Conservazione dell¿energia. Equazione di stato dei gas perfetti. Primo e secondo principio della termodinamica. Piani termodinamici: piano antropico (T-S e H-S). Trasformazioni termodinamiche: isentropiche, adiabatiche e isobare. Sistemi reversibili ed irreversibili. Grandezze totali.

2. Cicli a gas

Generalità. Ciclo Brayton: lay-out dell¿ impianto, rapporto di compressione, ciclo termodinamico. Rendimento del gruppo, lavoro specifico del compressore e della turbina, lavoro specifico utile. Lavoro di recupero e di controrecupero. Rendimento adiabatico e rendimento politropico. Cicli a gas rigenerativi. Cicli a gas con compressione frazionata: scelta della pressione intermedia. Cicli complessi.

3. Turbomotori

Generalità. Definizione dei vari rendimenti di macchina: rendimento termodinamico, rendimento propulsivo, rendimento globale. La spinta specifica. Il consumo specifico. Descrizione e simbologia degli elementi costitutivi la macchina. Cenni su progetto delle prese d¿aria subsoniche e supersoniche. Il generatore di gas: compressore, camera di combustione, turbina. L¿autoreattore: il ciclo termodinamico, le prestazioni a progetto. Il turbogetto semplice: elementi costitutivi, il ciclo termodinamico, le prestazioni a punto fisso ed in volo, la postcombustione.
Il turbofan: elementi costitutivi, il rapporto di bypass, il ciclo termodinamico, le prestazioni a punto fisso ed in volo, la tipologia: flussi separati e flussi associati, vantaggi e svantaggi.
Il turboelica e il turboalbero: elementi costitutivi, il ciclo termodinamico, le prestazioni a punto fisso e in volo, la turbina libera, il riduttore di velocità e il rendimento dell¿elica. Calcolo delle ripartizione ideale della potenza.

Applicazioni del primo principio: flusso in condotto adiabatico a sezione variabile, lavoro e potenza ottenibile da un ciclo a gas. Progetto di una presa d¿aria subsonica.
Calcolo del ciclo termodinamico di un turbogetto a punto fisso senza e con postcombustione . Turbogetto in volo con calcolo delle prestazioni. Turbofan a flussi separati e turbofan a flussi associati: calcolo del ciclo termodinamico a punto fisso ed in volo.
Calcolo del turboelica: ciclo termodinamico, potenza e coppia all¿albero, potenza equivalente all¿elica.

a) Testo di riferimento per il corso:
R. Marsilio, Appunti di Motori per Aeromobili, 2003
b) Per approfondimenti ed ulteriore consultazione:
P. Hill, C. Peterson, Mechanics and Thermodynamics of Propulsion, Addison & Wesley, 1992

L¿esame finale si svolge nella modalità di esame orale e consiste in tre domande poste ad ogni candidato, sviluppate attraverso la discussione o lo svolgimento di brevi calcoli. Condizione necessaria per essere ammessi alla prova orale è la consegna delle esercitazioni svolte in aula e vidimate dal docente.