Come sono costruiti i motori degli aerei?

Il motore a pistoni a benzina è stato l'unica opzione disponibile nei primi decenni dell'aviazione e tuttora propulsiona la grande maggioranza degli aerei leggeri da addestramento e da diporto. I più comuni sono motori boxer a quattro o sei cilindri raffreddati ad aria, con doppia accensione per motivi di sicurezza e potenze tra 75 e 300 kW (100-400 CV). Azionano un'elica a passo fisso o variabile e bruciano benzina avio con piombo, anche se continua il passaggio a carburanti senza piombo e motori diesel a cherosene. Sono semplici e relativamente economici, ma perdono potenza con la quota, e le loro parti in movimento limitano l'affidabilità rispetto alle turbine.

Tutte le turbine aeronautiche condividono un nucleo: un compressore aspira e comprime l'aria, una camera di combustione la mescola con cherosene e la brucia a pressione costante, e una turbina estrae energia dai gas caldi per azionare il compressore. Ciò che cambia è l'utilizzo dell'energia rimanente. Nel turbogetto puro, tutto il gas esce ad alta velocità da un ugello: è efficiente a velocità molto elevate ma rumoroso, e oggi praticamente limitato ad applicazioni militari più vecchie e missili. Nel turbofan, la turbina aziona anche una grande ventola frontale che spinge una massa d'aria molto maggiore attorno al nucleo; nei motori moderni, la maggior parte della spinta proviene dalla ventola, con rapporti di diluizione da 9:1 a 12:1. È il motore di qualsiasi aereo commerciale attuale per il suo consumo moderato e il rumore limitato. Nel turboelica, la turbina aziona un'elica tramite un riduttore: è la soluzione più efficiente sotto i circa 650 km/h e propulsiona aerei regionali e cargo. Il turboalbero è la variante che fornisce potenza tramite un albero, per gli elicotteri.

Un turbofan attuale misura fino a 3,4 m di diametro della ventola, come il GE9X del Boeing 777X, e genera più di 450 kN di spinta. Le sue pale di turbina lavorano in gas più caldi del punto di fusione della loro lega, grazie a canali di raffreddamento interni e rivestimenti ceramici. I materiali compositi nella ventola, la produzione additiva e i riduttori tra ventola e turbina, come nel Pratt & Whitney PW1000G, hanno ridotto il consumo di carburante per posto di circa il 15 per cento rispetto alla generazione precedente. All'altro estremo si trovano i motori elettrici, ancora limitati ad aerei piccoli e dimostratori per la densità energetica delle batterie, e i progetti ibridi che combinano una turbina con un generatore.