Quando un jet ha bisogno di una spinta in più per lanciarsi da una portaerei, superare Mach 1, o eludere le armi nemiche, usa il suo postbruciatore.
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Producendo una grande scossa di spinta e una fiamma drammatica, il postbruciatore è un design semplice che risale alla seconda guerra mondiale, quando gli ingegneri in Germania, Stati Uniti, e altrove armeggiavano con modi per aumentare la spinta dei motori a reazione sottopotenti senza aggiungere molto peso.
Gli americani testarono il loro primo motore a postcombustione nel 1943, e sei decenni dopo i postcombustori rimangono in uso nell’ultima generazione di aerei da guerra statunitensi, che possono raggiungere velocità di crociera supersoniche senza di essi, ma continuano ad affidarsi ad essi per le manovre critiche.
Un tipico motore a reazione utilizza solo circa la metà dell’ossigeno che ingerisce, lasciando una grande quantità di energia potenziale. Il postbruciatore, che è una lunga estensione nella parte posteriore del motore, combina gran parte dell’ossigeno rimanente con il carburante del jet, spruzzato nel flusso di scarico ad alta velocità dalla turbina del motore, e accende la miscela. La fiamma ossidrica risultante spara attraverso un ugello nella parte posteriore del motore, fornendo una forte spinta extra.
La dimensione della spinta varia. I postbruciatori sui motori Olympus che alimentavano il jet supersonico Concorde aggiungevano solo circa il 17% alla spinta di quel motore.
Per i motori che alimentano i caccia moderni, l’aumento varia dal 40 al 70% circa. Una caratteristica di un motore a postcombustione è l’inefficienza: Utilizzarlo significa sprecare fino a tre volte più carburante, quindi i piloti in genere limitano il suo uso a pochi minuti per missione.
Anche se il design di un postbruciatore è semplice, funziona con tolleranze estremamente sensibili. Mantenere una fiamma stabile è la prima sfida, poiché l’accensione deve avvenire all’interno dell’aria che corre dalla turbina del motore nel postbruciatore a diverse centinaia di piedi al secondo.
“E’ come accendere un accendino a butano quando lo metti fuori dal finestrino della tua auto e lo tieni dietro lo specchietto laterale”, dice Derk Philippona, un ingegnere con una borsa di studio alla Pratt & Whitney, che produce diversi motori dotati di postbruciatore, compresi quelli per l’F-22A Raptor della U.S. Air Force.
Il carburante entra attraverso una serie di piccoli tubi – tipicamente 10 o più – che formano un anello attorno al motore. Il carburante spruzza da centinaia di piccoli fori nei tubi nel flusso d’aria, dove viene acceso, di solito da un dispositivo elettrico a scintilla.
“È necessario assicurarsi che quando si spruzza il carburante nel flusso d’aria ad alta velocità, non soffi semplicemente fuori dal tubo di scappamento”, dice Louis Povinelli, capo scienziato per turbomacchine e sistemi di propulsione presso il Glenn Research Center della NASA a Cleveland, Ohio. Il processo di accensione è “ancora un po’ un’arte nera”, dice.