PT6A-27: il motore del Pilatus PC6 Porter

Il Pratt & Whitney Canada PT6, conosciuto tra gli ambienti militari statunitensi come T74, è una serie di motori aeronautici turboelica e turboalbero prodotti dall'azienda canadese Pratt & Whitney Canada (PWC) dagli anni sessanta e da allora è uno dei più utilizzati propulsori del settore. IL PT6 è stato realizzato in una grande varietà di diversi modelli che coprono la gamma di potenza tra i 580 ed i 920 shp nella serie originale, ed oltre i 1 940 shp della linea "large" (basti pensare a quello montato su addestratori militari come il T6, macchina ben conosciuta per chi viene dalle scuole di volo militari). La famiglia dei PT6 è particolarmente nota ed apprezzata per la sua affidabilità estremamente elevata, con un valore di tempo medio tra guasti, Mean time between outages (MTBO) assicurato in alcuni modelli nell'ordine delle 9 000 h. Non a caso è il motore base di uno dei work horse per eccellenza come il Pilatus PC6, aereo che ho avuto appunto la fortuna di volare.

Durante il corso macchina in Franca, presso la scuola EPAG, ho avuto la fortuna di vederne uno spaccato presso l'aula didattica, funzionante e perfettamente tagliato.

Il PT6 nell'aula didattica dell'EPAG durante il mio corso Ground 

Tutte le versioni di questo motore sono composte da due sezioni che possono essere facilmente separate per la manutenzione: un generatore di gas fornisce gas  caldo ad alta pressione poi ad una turbina di potenza libera. Il motorino di avviamento deve accelerare solo il generatore di gas, rendendo il motore facile da avviare, in particolare quando fa freddo. L'aria entra così nel generatore di gas attraverso uno schermo di ingresso nel compressore assiale a bassa pressione. Questo ha tre fasi su versioni piccole e medie del motore (quello che equipaggia il Pilatus per esempio). L'aria quindi fluisce in un compressore centrifugo a stadio singolo, attraverso una camera di combustione anulare ripiegata, e infine attraverso una turbina a stadio singolo che alimenta i compressori a circa 45.000 giri / min. Il gas caldo proveniente dal generatore di gas fluisce nella turbina di potenza, che gira a circa 30.000 giri / min. Ha una fase sui motori piccoli e due fasi su quelli medi e grandi. Per l'uso a turbopropulsore, come nel PC6, questo alimenta un riduttore a due stadi che fa girare l'elica a d una velocità da 1.900 a 2.200 giri / min. Il gas di scarico fuoriesce quindi attraverso due condotti montati lateralmente nell'alloggiamento della turbina di potenza. Le turbine sono concentriche con la camera di combustione, riducendo la lunghezza complessiva, ed anche le vibrazioni. Questa riduzione di ingombro e peso ha fatto si che il Pilatus PC6 Turbo avesse quel muso allungato rispetto all'originario a pistoni.

Nella maggior parte delle installazioni su aeromobili, il PT6 è montato in modo tale che l'estremità di aspirazione del motore sia rivolta verso la parte posteriore dell'aeromobile, rendendolo noto a molti come il motore "back-to-front". Ciò posiziona la sezione di potenza (dove c'è in pratica la famosa di turbina di potenza) nella parte anteriore della navicella, dove può guidare direttamente l'elica senza la necessità di un lungo albero. L'aria di aspirazione viene generalmente alimentata al motore attraverso un condotto montato sul lato inferiore e le due uscite di scarico sono dirette all'indietro. Questa disposizione aiuta la manutenzione consentendo di rimuovere l'intera sezione di potenza insieme all'elica, esponendo la sezione del generatore di gas. Per facilitare le operazioni su campo accidentato, i corpi estranei vengono deviati dall'aspirazione del compressore da separatori inerziali nell'ingresso. In alcune installazioni come la versione PT6A-66B del Piaggio Avanti P180, aeromobile molto usato anche in AM, il motore è invertito, con l'elica che funge "spingente", il cambio accessorio rivolto verso la parte anteriore dell'aeromobile.

L'elica è a giri costanti  a tre pale (ma mi è capitato di volare anche Pilatus a 4 pale), con messa a bandiera e reverse. Il controllo del passo dell'elica si ottiene variando la pressione dell'olio nel meccanismo di cambio del passo attraverso il regolatore di velocità dell'elica.

Di seguti riposto alcuni parametri del motore PT6A-27:

Ng: indicazione della velocità di rotazione del generatore di gas. Ng è un'indicazione della potenza erogata dal motore. I piloti e i tecnici fanno riferimento alla velocità Ng per determinare l'impostazione della potenza del motore. Nel motore turbo-prop PT6A-27, la velocità del generatore di gas è di 37.500 giri / min a Ng = 100 percento. Ng massimo = 101,5 percento corrispondente a 38.000 giri / min. Ng = 52 + 1 percento a terra inattiva.

ITT: temperatura tra le turbine, la temperatura rilevata da termocoppie e sonde tra la turbina del compressore e la turbina libera di potenza. L'ITT è estremamente importante perché indica se si verifica una sovratemperatura sul motore. D'estate mi è spesso capitato di avanzare lentamente la manetta per evitare picchi improvvisi di ITT prima che la turbina di potenza e quindi l'elica prendessero i giri. Questo è uno dei motivi per cui durante il mio corso in Franca mi insegnavano ad impostare prima del decollo Torque 10 per il controllo anche dell'ITT (innalzamento già a bassa potenza quando parte da un regime basso).

Coppia: indicazione della potenza dell'elica. La coppia massima al decollo del motore turbo-prop PT6A-27 è generalmente limitata intorno a 1.480 lb.-ft. in un aereo come il PC6.

Nf: indicazione della velocità di rotazione della turbina (turbina libera).

Np: indicazione della velocità di rotazione dell'elica. La velocità costante dell'elica negli aeromobili come il PC6 è di 2.200 giri / min. Di solito, la velocità dell'elica non raggiunge una velocità costante di 2.200 giri / min fino a Ng> 86-89 percento.

P3: pressione di scarico del compressore assiale. Questa è una lettura della pressione dell'aria presa all'uscita del compressore assiale e all'ingresso del compressore centrifugo.

P2.5: Pressione di scarico del compressore assiale. Questa è una lettura della pressione presa tra il compressore del secondo stadio e il compressore del terzo stadio.

Valvola di spurgo: la valvola di spurgo si trova tra il compressore del secondo stadio e il compressore del terzo stadio. La valvola modula aperto e chiuso per evitare stalli/pompaggi del motore.

Oil T: indicazione della temperatura dell'olio. La temperatura massima dell'olio è di 99 gradi C nel motore turbo-prop PT6A-27 (quello più comune ai PC6 Pilatus).

Oil P: indicazione della pressione dell'olio. La pressione massima dell'olio è di 100 psi nel motore turbo-prop PT6A-27.

Wf: portata del carburante rilevata con il flussometro del carburante installato nelle navicelle del motore.

Il sistema di controllo del carburante (FCU) del motore turbo-prop PT6A-27 è costituito da: uno scambiatore di calore olio-combustibile, pompa del carburante, unità di controllo del carburante, unità di controllo del flusso di avviamento del carburante, ugelli di iniezione del carburante e condotti del carburante e condotti pneumatici, ecc. L'FCU è installata nella parte posteriore del motore con la sua velocità di rotazione direttamente proporzionale alla velocità di rotazione del generatore di gas Ng. La FCU rileva eventuali variazioni di Ng e regola l'erogazione del carburante. In generale, la FCU ha la funzione di determinare automaticamente l'erogazione del carburante alla camera di combustione, soddisfacendo così i requisiti di potenza dell'elica (https://www.youtube.com/watch?v=CsfknL-ukRk).

La FCU è composta da tre parti: una sezione di misurazione, una sezione di calcolo e un regolatore di velocità del generatore di gas. Il componente principale della sezione di dosaggio è una valvola di dosaggio a forma di ago. L'area dell'orifizio di dosaggio viene modificata con il movimento della valvola di dosaggio. La valvola dosatrice è collegata alla sezione di calcolo (computing section) dal tubo di torsione. La sezione di calcolo (computing section) è composta da un soffietto di accelerazione e un soffietto del regolatore di velocità. Px e Py sono spurgo della pressione dell'aria modificata dal compressore assiale. Px agisce sul lato inferiore del soffietto e Py agisce sul lato superiore. Quando Py aumenta e Px rimane costante, il soffietto si sposta verso il basso con il tubo di torsione, portando all'incremento dell'area dell'orifizio nella valvola di dosaggio. Di conseguenza, il flusso di carburante aumenta. Al contrario, con Py ridotto e Px invariato, il soffietto si sposta verso l'alto con il tubo di torsione, l'area dell'orifizio si restringe e il flusso di carburante diminuisce. Py è collegato al regolatore di velocità Ng in FCU attraverso una tubazione dell'aria a pressione esterna.

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