Un motore a reazione o motore a getto (o, con un anglicismo, jet engine) è un motore che trasforma l'energia chimica del combustibile in energia cinetica dei gas combusti detti quindi getto, per sfruttare il principio di azione e reazione esteso. La spinta di reazione, che attua il movimento, è proporzionale alla portata in massa dei gas che passano nel motore e alla differenza fra la loro velocità di scarico e la velocità di avanzamento dell'aereo.
Questa definizione comprende propulsori a turbogetto, a turboventola, a razzo, statoreattori, pulsoreattori e ad idrogetto. In generale, i propulsori a getto sono per la maggior parte motori a combustione internaEncyclopedia Britannica: Internal Combustion Engine., anche se esistono forme senza combustione. L'esempio più semplice di spinta di reazione è il rinculo che si nota durante lo sparo delle armi da fuoco: queste ricevono una spinta di reazione opposta alla direzione di uscita del proiettile, proporzionale alla massa ed alla velocità dei gas prodotti dalla cartuccia di lancio deflagrante.
Nell'uso comune, il termine 'propulsore a getto' fa riferimento ad un propulsore a combustione interna detto turbogas, composto tipicamente da un compressore dinamico (assiale o centrifugo) mosso da una turbina ("Ciclo Brayton"), dove l'energia residua dei gas combusti viene convertita in spinta attraverso un ugello di scarico. Questi tipi di motori sono impiegati negli aerei a getto per i viaggi a lunga distanza. I primi aerei di questo tipo impiegavano propulsori a turbogetto, che erano relativamente inefficienti per i voli subsonici. Gli aerei moderni impiegano generalmente propulsori a turboventola, che permettono di aumentare le velocità e, sulle lunghe distanze, una maggiore efficienza rispetto ad altre forme di trasporto.
Storia 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.
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. Il motore era a pistoni, con quattro cilindri, che alimentava un compressore. 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).
Nel 1913 René Lorin propose una forma di propulsore chiamata pulsoreattore, che avrebbe dovuto essere più efficiente. Tuttavia non riuscì a raggiungere velocità sufficienti per diventare operativo, e per qualche tempo il concetto rimase relegato alla sola teoria.
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 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 trenta, 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 e 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.Patent number 554,906.Gyorgy, Nagy Istvan, "Albert Fono: A Pioneer of Jet Propulsion", International Astronautical Congress, 1977, IAF/IAA.Dugger, Gordon L. (1969). Ramjets. American Institute of Aeronautics and Astronautics, p. 15.
Il primo brevetto per l'impiego di una turbina a gas nell'aeronautica venne concesso nel 1921 al francese Maxime Guillaume.Maxime Guillaume,"Propulseur par rèaction sur l'air," French patent no. 534,801 (filed: 3 May 1921; issued: 13 January 1922). Available on-line (in French) at: Espacenet - Original document. Il tipo di propulsore proposto era un turbogetto a flusso assiale.
Edgar Buckingham, dell'ufficio brevetti statunitense, pubblicò nel 1923 un rapporto dove era presente dello scetticismo sulla competitività economica dei nuovi propulsori in rapporto con quelli ad elica alle basse altitudini e velocità dell'epoca: "non sembra esserci attualmente alcuna prospettiva, in questo tipo di propulsione a getto, di raggiungimento di un qualche valore pratico, anche per scopi militari.".
Negli anni trenta, 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 1928 un cadetto del College Cranwell della RAF di nome Frank Whittle inoltrò formalmente ai suoi superiori la sua idea per un propulsore a turbogetto, progetto che sviluppò ulteriormente nell'ottobre dell'anno successivo. Il 16 gennaio 1930 fece richiesta di un primo brevetto (concesso nel 1932),Frank Whittle, "Improvements relating to the propulsion of aircraft and other vehicles," British patent no. 347,206 (filed: 16 January 1930). Available on-line at: Espacenet - Original document. che conteneva il progetto di un compressore assiale a due stadi che alimentava un compressore centrifugo. I compressori assiali erano diventati impiegabili nella pratica grazie alle idee di Alan Arnold Griffith, contenute in suo articolo del 1926 ("An Aerodynamic Theory of Turbine Design"). Whittle riuscì a mettere in funzione il suo primo motore nell'aprile 1937. Era raffreddato a liquido e comprendeva una pompa per il combustibile. Whittle e il suo gruppo tuttavia si trovarono quasi nel panico quando il propulsore non si spense, accelerando anche dopo l'esaurimento del carburante. Si scoprì che il carburante era fuoriuscito e filtrato nel motore, accumulandosi in piccole pozze. Quindi il motore non si fermò fino all'esaurimento di tutto il quantitativo di carburante che era fuoriuscito. Whittle non riuscì a suscitare l'interesse del governo nell'invenzione, e lo sviluppo continuò lentamente.
Nel 1935 Hans von Ohain iniziò a lavorare su un progetto simile in Germania in modo indipendente da Whittle. Ohain disse di non aver letto il brevetto di Whittle, e Whittle gli credette. 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. A differenza del progetto di Whittle, 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 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.
In Italia un motogetto "Campini" azionato da un 12 cilindri a V Isotta Fraschini Asso L.121 RC.40 raffreddato a liquido dalla Potenza di 900 CV (662 kW) equipaggió nel primo volo del 1940 il Campini-Caproni C.C.2, un aereo sperimentale monoplano e monomotore, dotato di motoreattore e realizzato dall'azienda italiana Aeronautica Caproni alla fine degli anni trenta.
Il primo aereo a turboelica fu il Jendrassik Cs-1, progettato dall'ingegnere meccanico ungherese György Jendrassik. Fu prodotto e testato nella fabbrica di Ganz a Budapest tra il 1938 e il 1942. Era previsto che equipaggiasse il bombardiere/ricognitore bimotore Varga RMI-1 X/H, progettato da László Varga nel 1940, ma il programma fu cancellato. Jendrassik progettò anche un piccolo motore a turboelica da nel 1937.
Il propulsore di Whittle iniziò a mostrare delle potenzialità, e la sua azienda Power Jets Ltd. ricevette finanziamenti dal governo. Nel 1941, una versione del propulsore chiamata Whittle W.1, in grado di produrre di spinta, fu installata sull'aereo Gloster E28/39, progettato appositamente per quel propulsore. Il primo volo avvenne il 5 maggio 1941 dalla base aerea Cranwell della RAF.
Un progettista di motori aeronautici scozzese, Frank Halford, elaborò le idee di Whittle sviluppando una versione "a flusso diretto"; questo progetto divenne il de Havilland Goblin.