Invenzioni ww2_motori a reazione

INVENZIONI SECONDA GUERRA MONDIALE

Coanda-1910

Caproni Campini C.C.2

Tsu 11

He 178

Me 262

Ar 234

L'idea alla base dei propulsori a getto risale ad un periodo antecedente al primo secolo a.C., quando Erone di Alessandria, un matematico dell'Antica Grecia descrisse l'Eolipila. Questa macchina impiegava la potenza del vapore, diretta attraverso due ugelli in modo da far ruotare rapidamente una sfera attorno al proprio asse. Si pensa che non sia stata impiegata per fornire potenza meccanica e che le potenziali applicazioni pratiche di questa invenzione non siano state riconosciute: il dispositivo fu considerato all'epoca una semplice curiosità. La propulsione a getto vera e propria avvenne con l'invenzione dei razzi in Cina nel XIII secolo. Inizialmente lo scarico del razzo era impiegato per i fuochi d'artificio, ma gradualmente l'idea evolse nello sviluppo di armi. Successivamente la tecnologia incontrò uno stallo per centinaia di anni.
Il primo dispositivo artificiale volante con propulsione viene attribuito ad Archita, il matematico greco fondatore della meccanica. Egli, come viene riferito da Aulo Gellio cinque secoli dopo, progettò un dispositivo a forma di volatile spinto da un getto (probabilmente di vapore) che volò per circa 200 metri. Nel 1633, nella Turchia ottomana, Lagâri Hasan Çelebi riuscì a sollevarsi da terra con ciò che venne descritto come un razzo a forma di cono, planando successivamente con delle ali e atterrando con successo. Tuttavia, il problema dell'inefficienza dei razzi rendeva le velocità troppo basse per l'impiego in aviazione. Nel 1910 l'ingegnere Henri Coandă progettò, costruì e pilotò il primo aereo con propulsore a "termogetto", noto come Coandă-1910. L'aereo venne impiegato pubblicamente nel secondo salone aeronautico internazionale di Parigi. All'aeroporto di Issy-les-Moulineaux, nei pressi di Parigi, Coandă perse il controllo dell' aereo, che uscì di pista e si incendiò. Fortunatamente l'inventore riuscì ad allontanarsi e a riportare solo leggere ferite alle mani e al volto. In quel periodo Coandă abbandonò gli esperimenti a causa dello scarso interesse del pubblico e delle istituzioni scientifiche e ingegneristiche. Sarebbero passati circa 30 anni prima del successivo aereo a termogetto, il Caproni Campini N.1 (chiamato a volte C.C.2). Ciononostante, gli ingegneri iniziarono a capire che i motori a pistoni possedevano limiti intrinseci, in particolare l'efficienza delle eliche. Questa efficienza sembrava raggiungere il culmine quando le punte delle pale dell'elica raggiungevano la velocità del suono. Se le prestazioni di un propulsore, e quindi di un aereo, dovevano superare questa barriera, allora era necessario impiegare un progetto di motore o addirittura di sistema propulsivo radicalmente diverso. Questa fu la motivazione per lo sviluppo dei propulsori a turbina a gas, detti comunemente motori a getto. Essi divennero rivoluzionari nell'aviazione al pari del primo volo dei Fratelli Wright. I primi tentativi nello sviluppo di motori a getto consistevano in progetti ibridi, nei quali una fonte di potenza esterna comprimeva l'aria. Questa era mescolata con il carburante e bruciata per produrre il getto di spinta. In un tale sistema, chiamato termogetto da Secondo Campini, l'aria era compressa da una ventola guidata da un motore convenzionale a pistoni. Altri esempi di una tale soluzione sono: l'aereo Coandă-1910 di Henri Coandă, il Caproni Campini N.1 e il propulsore giapponese Tsu-11,progettato per gli aerei kamikaze Ohka verso la fine della seconda guerra mondiale. Nessuno ebbe ampio successo, e il C.C.2 risultò più lento rispetto ad un aereo analogo con motore tradizionale ad elica. Il punto di svolta nel raggiungimento di un propulsore a getto vantaggioso fu l'introduzione della turbina a gas, usata per estrarre energia dal propulsore stesso in modo da pilotare il compressore. La turbina a gas non era stata sviluppata negli anni '30, bensì risaliva a molto tempo prima: in Inghilterra venne accettato il brevetto di una turbina stazionaria a John Barberun nel 1791. La prima turbina a gas in grado di autosostenersi venne costruita nel 1903 dall'ingegnere norvegese Ægidius Elling, ma i limiti nel progetto e nelle tecnologie ingegneristiche e metallurgiche ne impedirono la produzione. I problemi principali erano costituiti dalla sicurezza, dall'affidabilità dal peso, specialmente in impieghi prolungati.
Nel 1915, in Ungheria, l'ingegnere Albert Fonó intravide una soluzione per l'aumento della gittata dell'artiglieria. L'idea prevedeva un proiettile lanciato da un cannone che possedeva una unità di propulsione a statoreattore. In questo modo era possibile raggiungere distanze superiori nonostante basse velocità iniziali, e si potevano impiegare cannoni relativamente leggeri per l'impiego di proiettili pesanti. Fonó inoltrò la sua idea all'esercito austro-ungherese, ma venne rifiutata. Nel 1928 richiese un brevetto in Germania per un aereo alimentato da statoreattori supersonici. Il brevetto venne concesso quattro anni più tardi. Il primo brevetto per l'impiego di una turbina a gas nell' aeronautica venne concesso nel 1921 al francese Maxime Guillaume. Il tipo di propulsore proposto era un turbogetto a flusso assiale. Negli anni '30, il motore a pistoni, nelle sue varie forme (radiale rotativo e statico, raffreddato ad aria e a liquido), era il solo tipo di propulsore disponibile ai progettisti di aerei. Questa situazione continuò ad essere accettabile per le scarse prestazioni allora richieste agli aerei. Nel 1935 Hans von Ohain iniziò a lavorare su un progetto di motore a reazione in Germania in modo indipendente. Il suo primo propulsore era strettamente sperimentale e poteva funzionare solo con una sorgente di potenza esterna. Ciononostante riuscì a dimostrare il concetto di base. Ohain in seguito conobbe Ernst Heinkel, uno dei maggiori industriali nel campo aeronautico dell'epoca, che vide immediatamente le potenzialità del progetto. Heinkel aveva recentemente acquistato la Hirth engine company, e Ohain, assieme a Max Hahn iniziarono a lavorare in questa nuova divisione. Il primo propulsore centrifugo, l'Heinkel HeS 1 era in funzione a settembre 1937. Ohain impiegò come carburante l'idrogeno, spinto con pressione esterna. I progetti successivi culminarono nel propulsore Heinkel HeS 3, alimentato a benzina ed in grado di generare 5 kN di spinta. Installato sulla fusoliera dell'Heinkel He 178, l'aereo decollò ai comandi di Erich Warsitz nelle prime ore della mattina del 27 agosto 1939. L'He 178 fu il primo aereo a getto del mondo.
. Il progettista austriaco Anselm Franz della divisione propulsori della Junkers (chiamata Junkers Motorenbau o Jumo) cercò di migliorare il propulsore Heinkel HeS 3 con l'introduzione del compressore a flusso assiale. In questo tipo di compressore un disco rotorico è seguito da palette fisse (statori) a formare uno stadio. Il Ministro dell'Aria del Reich assegnò alla Junkers il numero di motore 109-004 (dove il 109 indicava la sigla per i motori a reazione) mentre la BMW, che aveva iniziato a sviluppare in leggero anticipo il suo motore con compressore a flusso assiale (BMW 003), aveva ottenuto il numero precedente. Dopo aver risolto diversi problemi tecnici, nel 1944 iniziò la produzione in serie dello Jumo 004 per essere installato sul primo aereo da combattimento a jet, il Messerschmitt Me 262, e in seguito il primo cacciabombardiere a jet, il Arado Ar 234. Una serie di fattori diminuì l'affidabilità del propulsore, rallentando la produzione degli aerei. Questo evento impedì al Terzo Reich di usufruire dei vantaggi degli aerei a reazione nella Seconda guerra mondiale, anche se i velivoli furono ricordati come il primo impiego di un propulsore a getto.