Il compressore svolge la sua funzione, di incrementare la pressione dell’aria, tramite due elementi fondamentali; il rotore e lo statore.

Il rotore incrementa il livello di energia cinetica e di pressione totale dell'aria, mentre lo statore converte l'energia cinetica in energia di pressione.

Ne consegue che, l'incremento di pressione, che si ottiene a valle di ogni stadio di compressione, sarà strettamente legato ai livelli di energia cinetica ceduta dal rotore all'aria e quindi alla velocità di rotazione.

Come ben si sa l’energia cinetica è a sua volta legata ad un valore esponenziale della velocità (quadratico) ed in definitiva il rapporto di compressione avrà un andamento anch'esso esponenziale in funzione del quadrato della velocità di rotazione.

Con l'aumento della pressione attraverso gli stadi si avrà di conseguenza una riduzione del volume dell'aria e quindi gli stadi verranno costruiti più piccoli, in funzione di un predeterminato rapporto di compressione a quindi di una determinata velocità di rotazione.

Le velocità ideali di progetto di un motore sono sempre le massime, poichè è a questi regimi che il motore deve garantire i massimi rendimenti alla massima affidabilità. Ne consegue che essendo il compressore progettato per lavorare in condizioni ideali alle massime velocità e quindi con le massime riduzioni di volume andrà particolarmente in crisi quando ruota a basse velocità.

L'aria in ogni stadio, non sufficientemente compressa, non sarà in grado di entrare negli stadi successivi, di volume eccessivamente ridotto, e quindi non potrà essere smaltita. Si genera pertanto un effetto di tappo al flusso d'aria nel motore, che sarà molto critico negli stadi anteriori e gradatamente meno critico in quelli posteriori.

Tale effetto è uno dei fondamentali motivi di stallo del compressore.

Per meglio capire i problemi circa il controllo del flusso d'aria attraverso il compressore ed il fenomeno dello stallo, esaminiamo brevemente il movimento dell'aria a delle palette nel diagramma vettoriale in figura presupponendo il motore ai regimi ottimali, cioè i massimi, e al punto di uscita di un qualsiasi stadio con l'entrata dello stadio successivo.

Le palette che ruotano alla massima velocità secondo il vettore "V", incontreranno il flusso d'aria, anch'esso elevato e proveniente dallo statore dello stadio precedente secondo il vettore "A". Il flusso d'aria investirà, in effetti, le palette rotoriche con una velocità relativa secondo il vettore "R".

Per meglio capire il concetto della velocità relativa, possiamo prendere in esempio una vettura the si muove secondo una velocità "V", quando sta cadendo la neve secondo il vettore "N". Un osservatore all'interno nell'auto vedrà la neve muoversi secondo il vettore "T".

Perchè le palette possono operare in modo ottimale, è necessario che il flusso d'aria che le investe, scorra uniformemente sul dorso e sul ventre di essa, senza dare luogo a distacchi dei filetti fluidi (stallo).

E' necessario quindi che l'angolo formato fra la velocità relativa "R" e la corda della paletta "Alfa", definito angolo di attacco, sia contenuto entro un determinato campo.

Ad una diminuzione anche minima della velocità di rotazione "V", corrisponde come abbiamo visto precedentemente a causa del calo di rapporto di compressione e quindi "dell'effetto tappo", un'ampia diminuzione del vettore "A", con il risultato di una variazione della velocità relativa "R", aumento dell'angolo di attacco e stallo quindi sul dorso della paletta. Per ovviare a questo problema si adottano dei dispositivi the ci permettono di controllare l'angolo di attacco entro i valori ammessi.

Uno di questi dispositivi è costituito da una serie di valvole di sfiato che ci consentono di scaricare parte dell'aria del compressore all'esterno.

Quando le valvole si aprono e scaricano aria fuori, in tutti gli stadi posti anteriormente alle valvole si avrà un aumento della velocità dell'aria "A" e quindi una riduzione dell'angolo di attacco "Alfa". Il numero delle valvole di sfiato "BLEED", la loro ubicazione, ed il modo di funzionamento variano da motore a motore in funzione dei requisiti e della filosofia di progetto. In motori più evoluti tali valvole sono numerose e di tipo modulante, variano cioè la loro apertura in modo inversamente proporzionale ai giri. Chiudono con l'aumentare dei giri e viceversa aprono con il diminuire di essi.

Tale sistema consente di mantenere pressochè costante l'angolo di attacco. Altri tipi di motori installano meccanismi più semplici di tipo ON-OFF.

Al diminuire dei giri si ha l'aumento dell'angolo di attacco, ma prima che questo superi i limiti massimi, le valvole scattano in apertura per evitare lo stallo. Un secondo dispositivo ben più sofisticato, ma decisamente evoluto ed efficace è costituito da un sistema di palette a geometria variabile.

Le palette degli statori dei primi stadi, dove il fenomeno dello stallo è più critico, possono ruotare sul proprio asse, mosse da un apposito dispositivo di sincronismo, in modo da modificare la direzione del flusso d'aria ma anche il condotto determinato dall'interspazio tra le palette stesse.

Quando il motore è in fase di decelerazione a quando va incontro allo stallo per aumento dell'angolo di attacco, il dispositivo di controllo delle palette le farà ruotare proporzionalmente in chiusura. Si avrà quindi un recupero della velocità dell’aria "A" dovuta alla strozzatura del condotto determinato dall'interspazio delle palette ma anche una variazione della direzione del flusso d'aria che modificherà il diagramma vettoriale in modo da mantenere costante l'angolo Alfa in qualsiasi regime di rotazione. E' da sottolineare che l'angolo di attacco Alfa non è solo subordinato a regimi di rotazione motore ma viene influenzato anche dalla temperatura dell'aria. L'aumento della temperatura comporta una diminuzione della densità dell'aria e quindi una rarefazione, un'alterazione cioè del volume rispetto alla pressione.

A parità di velocità di rotazione motore e di angolo di posizione delle palette a geometria variabile (V.S.V - Variable Stator Vanes) si avrà con l'aumento della temperatura una tendenza all'aumento dell'angolo di attacco. Un buon dispositivo di controllo quindi non può essere solo realizzato in funzione della velocità di rotazione ma deve possedere un fattore di correzione in funzione della temperatura.

Nei motori odierni, più evoluti, il sistema di controllo delle V.S.V. di tipo idromeccanico, programmato in funzione dei giri e corretto con un "bias" in più o in meno, in funzione della temperatura, riesce a mantenere costante l'angolo di attacco "Alfa " entro 30' di grado.

E' da ricordare che il problema dello stallo a bassi regimi viene ampliamente prevenuto, come abbiamo già descritto precedentemente, dalla configurazione del motore bialbero.

La realizzazione del compressore in due sezioni definite, di bassa pressione e di alta pressione, capaci di ruotare a velocità diverse, consente di attenuare la criticità dello stallo del motore. La sezione di alta pressione(N2) che ruota a velocità più alta, durante la decelerazione dal massimo al minimo riduce i suoi giri dal 100% al 55% mentre la sezione di bassa pressione, riduce i suoi giri dal 100% al massimo, fino al 25% al minimo.

L'elevata differenza delle due velocità di rotazione al minimo, attenua enormemente il fenomeno di tappo ai bassi regimi oltre ai vantaggi descritti al precedente capitolo. Meglio sarebbe se il motore fosse fatto a tre alberi, con una sezione di bassa pressione (N1), una di media pressione (N2), ed una di alta pressione (N3), con un'escursione dei giri dei tre alberi fra il massimo ed il minimo pari a 100% + 20% N1, 100% + 50% N2 a 100% + 80% N3.

In teoria un motore raggiungerebbe l'ideale della versatilità se ogni stadio di compressione, fosse mosso da una sua relativa turbina. Le difficoltà costruttive ed i costi di revisione, per ciò che riguarda i cuscinetti dei supporti degli alberi e le relative tenute, rendono il motore bialbero il compromesso ottimale ed ampiamente seguito dalla maggior parte delle Case Costruttrici, dove solo la ROLLS-ROYCE si è spinta nella realizzazione di un turbofan trialbero con l'RB211.

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