Che cos’è un rapporto di bypass?

Bypass ratio (BPR) è un termine usato per esprimere il rapporto tra la quantità di aria che fluisce attraverso la ventola di bypass e attorno al nucleo di un moderno motore a reazione e quella che passa attraverso il nucleo. Nei primi motori a reazione, la maggior parte dell’aria che passava all’ingresso del motore veniva utilizzata nel processo di combustione e passava attraverso il nucleo del motore per uscire allo scarico del motore. Sebbene questi primi motori aeronautici producessero una spinta sufficiente, bruciavano molto carburante, producevano emissioni eccessive ed erano molto rumorosi. I progressi nella tecnologia di propulsione a turbina e la pressione costante per produrre centrali aeronautiche più silenziose, più pulite e più efficienti dal punto di vista dei consumi hanno portato allo sviluppo di motori con rapporti di bypass molto più elevati. I motori a reazione di ultima generazione a partire dal 2011 riportano rapporti da otto a uno, rendendoli silenziosi, puliti e molto più efficienti.

In termini molto basilari, la centrale a turbina media, o motore a reazione, come vengono più comunemente chiamati, è composta da due sezioni principali, o stadi, collegati tra loro da un albero centrale. Queste due sezioni sono alloggiate all’interno di un tubo chiuso e sono costituite da una serie di pale del compressore nella parte anteriore del motore e una serie di pale della turbina nella parte posteriore. L’area tra le due sezioni viene utilizzata come camera di combustione. Entrambe le estremità del tubo sono aperte verso l’atmosfera esterna, con l’estremità anteriore o anteriore che funge da ingresso e l’apertura posteriore come scarico.

Quando il motore è in funzione, l’aria che entra nell’ingresso viene compressa dallo stadio del compressore e forzata nella camera di combustione. Lì, l’aria compressa viene miscelata con combustibile atomizzato e accesa. Il gas in rapida espansione passa quindi sopra e ruota lo stadio della turbina prima di uscire allo scarico. Questo gas caldo fornisce una percentuale della spinta del motore e, poiché la turbina e il compressore sono interconnessi, sostiene l’intero ciclo. Nei vecchi motori a reazione, in questo processo veniva utilizzata un’alta percentuale di aria che entrava nel motore, con la maggior parte della spinta totale del motore sviluppata dal gas di scarico.

Sebbene questo sistema funzionasse bene, presentava numerosi inconvenienti, come un elevato consumo di carburante, grandi quantità di emissioni prodotte dai motori e un rumore in eccesso. La spirale dei costi del carburante e la consapevolezza ambientale in costante aumento, insieme alla pressione per ridurre i livelli di rumore negli aeroporti, alla fine portarono allo sviluppo di quello che ora è noto come il motore ad alto bypass. Questi motori presentano ancora la stessa struttura di base delle varietà più vecchie, ma hanno un ventilatore del primo stadio molto grande racchiuso in una navicella che circonda il nucleo. Quando questi motori funzionano, la maggior parte dell’aria che passa nell’ingresso bypassa completamente il nucleo.

Questo ha una serie di vantaggi significativi. Il primo è il consumo di carburante con il grande aumento della spinta di bypass che riduce la quantità di spinta richiesta dal processo di combustione del nucleo centrale. Il secondo è la riduzione del rumore causata dalla pressione di scarico inferiore e l’effetto di smorzamento dell’aria di bypass che passa attraverso lo scarico. L’aria di bypass inoltre raffredda il motore, consentendo una combustione più completa del carburante con riduzioni delle emissioni commisurate.

A partire dal 2011, i moderni motori ad alto rapporto di bypass presentano rapporti fino a 10 volte superiori rispetto ai primi tipi. Un Pratt & Whitney JT 8D su un vecchio Boeing 737–200 aveva un rapporto di bypass di 0,96 a uno. Una Rolls Royce Trent 900 sul nuovo Airbus A380 o Boeing 777 ha un rapporto di 8.7 a uno. Ciò significa che circa nove volte più aria circola attorno al motore che attraverso il nucleo. L’unica volta che i motori a basso rapporto di bypass sono superiori è nelle applicazioni di volo supersoniche. Un buon esempio sono i motori del Concorde, che presentavano un rapporto di bypass da zero a uno con tutta l’aria aspirata che scendeva dritta lungo la corsia rossa.