L’efficienza propulsiva misura quanta della potenza trasferita al fluido viene trasformata in potenza utile di avanzamento del veicolo. È diversa dall’efficienza termica del motore: riguarda il modo in cui l’energia meccanica disponibile viene convertita in spinta, non il modo in cui il combustibile viene trasformato in potenza.
La potenza utile di propulsione è:
dove T è la spinta e V_0 la velocità di avanzamento. L’efficienza propulsiva è quindi:
dove P_{\text{getto}} rappresenta la potenza meccanica effettivamente trasferita al fluido propulsivo.
Per un getto ideale senza termine di pressione:
dove V_e è la velocità del getto all’uscita e V_0 la velocità indisturbata. La formula mostra un principio fisico importante: accelerare poca massa a velocità molto alta produce grande spinta specifica, ma bassa efficienza propulsiva a velocità subsoniche. Accelerare molta massa con salto di velocità minore è più efficiente: è il principio dei turbofan ad alto bypass e delle eliche.
Per un’elica, una forma pratica è:
dove P_{\text{shaft}} è la potenza all’albero. In questo caso l’efficienza dipende da diametro, passo, numero di giri, profili delle pale, perdite indotte, perdite di profilo e condizioni operative. Un’elica molto efficiente in crociera può essere meno adatta a decollo, salita o regimi fuori progetto.
L’efficienza propulsiva tende a essere alta quando la velocità del getto non è molto superiore alla velocità del veicolo. Tuttavia non si può rendere V_e quasi uguale a V_0 senza aumentare molto la portata massica o le dimensioni del propulsore. Il progetto è quindi un compromesso tra efficienza, peso, ingombro, rumorosità, costo, velocità di volo e vincoli aerodinamici.
Nel bilancio complessivo si distingue spesso tra:
dove \eta_o è l’efficienza globale e \eta_t l’efficienza termica o del ciclo. Un motore può avere buona efficienza termica ma cattiva efficienza propulsiva se espelle il getto con salto di velocità eccessivo rispetto alla missione.
In ambito navale il concetto è analogo, ma entrano in gioco scia, interazione elica-carena, cavitazione e rendimento del propulsore in acqua. In ambito aerospaziale il confronto tra elica, turbofan, turbojet e razzo dipende fortemente dalla velocità: a velocità molto alte o fuori atmosfera diventano rilevanti altri vincoli, come numero di Mach, rapporto spinta-peso e impulso specifico.
Vedi anche: propulsione aeronautica, spinta propulsiva, rendimento propulsivo.