Che cos'è la propulsione a turbina?
La propulsione a turbina è la propulsione di un veicolo attraverso l'uso di una turbina. A causa della bassa coppia della turbina, i veicoli terrestri sono raramente azionati da una turbina. Le navi marine, tuttavia, hanno impiegato turbine per la propulsione sin dalla loro invenzione alla fine del XIX secolo. I tipi più comuni di turbine utilizzate per la propulsione sono le turbine a vapore ea gas, entrambe con vantaggi e svantaggi specifici. Oggi, molte navi militari moderne impiegano turbine a vapore per le loro alte velocità ed efficienza.
La prima pratica turbina a vapore utilizzata per la propulsione e la generazione di energia fu inventata da Sir Charles Parsons nel 1884. La turbina Parsons migliorò nel tempo e fu infine installata in una nave appositamente costruita. Questa nave, nota come "Tubrinia", fu la prima imbarcazione ad essere alimentata da una turbina. Lanciata nel 1894, la nave poteva raggiungere una velocità di 34,5 nodi (39,7 mph, 63,9 km / h) e veniva utilizzata per dimostrare il potenziale di propulsione della turbina a vapore nelle navi marine.
Da allora, l'uso della propulsione a turbina a vapore è diventato sempre più popolare per le navi marine. Le turbine sono state favorite rispetto ai grandi motori a vapore alternativi del periodo, grazie alle loro maggiori efficienze termiche, alla velocità e al rapporto peso / potenza. Le navi da crociera, come la Cunarder "Lusitania", utilizzavano turbine a vapore come motori principali, consentendo loro di viaggiare in modo significativamente più veloce rispetto alle loro controparti a pistone. La SS "United States" azionata dalla turbina a vapore detiene ancora il Blue Riband per l'attraversamento transatlantico diretto a ovest, con una velocità massima di circa 38 nodi (43,8 mph, 71 km / h).
Con lo sviluppo dell'energia nucleare, la propulsione a turbina a vapore continua ad essere una fonte di energia ampiamente utilizzata. Le navi a propulsione nucleare, compresi i sottomarini, utilizzano turbine a vapore come motori principali. I reattori nucleari sostituiscono le caldaie per riscaldare l'acqua bollente in vapore surriscaldato. Il vapore viene quindi passato attraverso la turbina, dove viene quindi scaricato e condensato per un uso futuro.
Nonostante la loro bassa coppia, le turbine a vapore hanno visto qualche utilizzo nei veicoli terrestri. La Ford Nucleon era un'auto a propulsione nucleare proposta, in cui un piccolo reattore nucleare alimentava una turbina. Nel 2009, un team di ingegneri britannici ha battuto il record mondiale di velocità terrestre per le automobili a vapore che utilizzano turbine a vapore. Ci sono state anche alcune locomotive gestite da turbine a vapore.
Una delle cadute delle turbine a vapore è la loro bassa coppia. Per ovviare a questo problema, tuttavia, gli ingranaggi di riduzione vengono utilizzati per aumentare la coppia a scapito dei giri al minuto (RPM). Mentre le richieste di coppia variano in base all'applicazione, quasi tutti i veicoli a turbina a vapore richiedono una certa quantità di coppia che non può essere raggiunta attraverso una trasmissione diretta. La maggior parte dei veicoli azionati da turbine a vapore, pertanto, utilizza riduttori.
Un'alternativa agli ingranaggi di riduzione è un motore turbo-elettrico, in cui la turbina gira un generatore che alimenta un motore elettrico. Il motore elettrico viene quindi utilizzato come motore principale per il veicolo, con la turbina a vapore che fornisce la sua potenza. A causa delle loro spese, tuttavia, i sistemi turbo-elettrici sono stati utilizzati solo in un piccolo numero di navi e locomotive.
Anche le turbine a gas svolgono un ruolo molto importante nella propulsione moderna delle turbine. A differenza di una turbina a vapore, il cui vapore ad alta velocità gira più rotori, le turbine a gas usano la combustione per produrre l'espansione termica necessaria alla rotazione. Le turbine a gas non sono solo molto più potenti delle turbine a vapore, ma possono anche ruotare a velocità molto più elevate. Per questo motivo, le turbine a gas sono state utilizzate per aerei, locomotive, navi e veicoli militari ancora più pesanti.