thumb|upright=1.8|Schema del compressore assiale di bassa pressione del turbogetto Olympus BOl.1. Il compressore assiale è una turbomacchina operatrice a flusso assiale per comprimere dei gas, nella quale il gas scorre parallelamente all'asse di rotazione.
Rispetto al compressore centrifugo gestisce maggiori portate a parità di superficie frontale, ma con un minore rapporto di compressione e quindi maggiori lunghezze per singolo stadio. Nella turbina a gas, i compressori assiali sono collegati alla turbina da alberi di trasmissione rotanti. Quasi tutte le turbine a gas di taglia medio-grande di oggi sono a flusso assiale, mentre i motori più compatti, come le APU (unità ausiliarie di potenza) o i motori di elicottero o autoarticolato, sono a flusso centrifugo.
Descrizione thumb|upright=1.8|Rotore (rosso) e statore (blu) Un tipico compressore assiale possiede un rotore, un disco con palettatura, seguito da uno statore, e questo è fisso al telaio. L'accoppiamento di uno statore e di un rotore (l'ordine dipende dal motore) è detto stadio. Lo Junkers Jumo 004 (1943), uno dei primissimi turbogetti, possedeva otto stadi, il Lyulka AL-21F (primi anni 1960) ne possedeva ben 14, il General Electric J79 (fine anni 1950) addirittura 17. I moderni motori a getto invece, migliorando il rapporto di compressione di un singolo stadio grazie all'impiego di materiali più adatti e dall'aerodinamica più raffinata, possiedono un numero di stadi più limitato, sebbene utilizzino due (o più) compressori in serie, il compressore di bassa pressione ed il compressore di alta pressione mossi da alberi separati che ruotano a velocità differenti per ottimizzarne i rendimenti. Il Klimov RD-33 (anni 1970) usa 4 stadi per la ventola e 9 per il compressore, l'Eurojet EJ200 (anni novanta) invece 3 per la ventola ed appena 5 per il compressore.
Procedendo nel compressore, il volume di aria a disposizione del flusso si riduce mentre la pressione totale aumenta.
In un motore a getto il compressore è mosso da una turbina posta davanti allo scarico della camera di combustione. La turbina utilizza quindi una parte dell'energia liberata dalla combustione per muovere il compressore, tipicamente dal 60 al 65%, la frazione rimanente di energia viene impiegata nell'ugello di scarico per generare la spinta propulsiva.
Teoria
Il comportamento di un singolo stadio di un compressore assiale, nelle ipotesi semplificative di velocità radiale nulla e velocità assiale costante, è illustrato in figura, dove si trovano u1 la velocità assoluta di ingresso nel rotore, u2 la velocità assoluta di uscita dal rotore, w1 la velocità relativa di ingresso nel rotore, w2 la velocità relativa di uscita dal rotore e con U la velocità di rotazione del rotore. Inoltre si sono specificati con ut la velocità tangenziale assoluta di entrata e con pedice a la velocità assiale assoluta di entrata. Analogamente per w, la velocità relativa al rotore. Le velocità relative allo statore mostrano il pedice 2.
Osservando la figura si può notare (così come si può ricavare dall'analisi dei triangoli di velocità) che nel rotore le palette divergono, così che il flusso nel sistema di riferimento del rotore si comporta come in un condotto divergente (diffusore). Analogamente anche la palettatura dello statore è divergente per permettere la conversione di energia cinetica in energia meccanica di pressione.
Come nel compressore centrifugo, anche nel caso del compressore assiale si può ricavare che la potenza è proporzionale al quadrato della velocità di rotazione.
Il singolo stadio di un compressore assiale può produrre solo un salto di pressione molto basso (1,15 - 1,30) senza rischiare instabilità o ridurre eccessivamente il rendimento (forti gradienti di pressione negativi nel flusso tra le pale, simile a quello in un diffusore). Il compressore assiale si presta bene al pluristadio: il flusso in uscita dallo statore è già pronto per l'ingresso nello stadio successivo.
Le palette debbono essere svergolate, cioè presentare un diverso angolo rispetto alla corrente a seconda della distanza della sezione dal centro di rotazione. Infatti la velocità relativa tra corrente e paletta cambia a seconda di questa distanza (la velocità lineare di rotazione è infatti data dalla formula U = r × ω, dove U è la velocità lineare, r il raggio o meglio la distanza dal centro di rotazione ed ω la velocità angolare, o il numero di giri al secondo moltiplicato per la lunghezza di un giro, 2π).
Sviluppo thumb|Paletta rotorica di un compressore assiale. thumb|Rotore progettato dalla NASA con un programma per la fluidodinamica computazionale (CFD). thumb|Animazione di un compressore assiale; fonte NASA I primi compressori assiali offrivano una efficienza assai limitata, talmente limitata che nei primi anni '20 si pensava che in pratica un motore a getto fosse impossibile da costruire. Ma le cose cambiarono radicalmente quando Alan Arnold Griffith pubblicò un saggio nel 1926, nel quale si affermava che responsabili della scarsa efficienza del compressore erano le palette piatte usate all'epoca, le quali stallavano a qualsiasi numero di giri. Le prime palette infatti erano semplici "piastrelle", mentre lo studio di Griffith mostrava il vantaggio di palette a sezione alare, cioè spesse vicino al bordo d'attacco e appuntite sul bordo d'uscita. Il suo studio mostrava un diagramma dove una seconda turbina muoveva un'elica.
Sebbene Griffith fosse molto ben conosciuto per i suoi primi studi sulla fatica dei metalli e le misure degli sforzi, svolse ben poco lavoro direttamente connesso al saggio del 1926. L'unica conseguenza immediata fu un prototipo di compressore costruito da un collega di Griffith al RAE, Haine Constant. I primi tentativi di motore a getto, se si eccettuano quelli di Henri Coandă e di Giovanni Battista Caproni (si veda il motoreattore), vennero eseguiti da Frank Whittle e da Hans von Ohain utilizzando il più conosciuto compressore centrifugo, ampiamente impiegato per la sua robustezza, compressione, leggerezza e bassa inerzia, per i turbocompressori dei motori a pistoni.
Griffith valutò il lavoro di Whittle nel 1929, scartandolo come null'altro che un errore matematico ed affermò che una sezione frontale tanto grande sarebbe stata un ostacolo insormontabile per un aereo ad alte prestazioni.
Il vero lavoro sui compressori assiali iniziò negli anni '30. In Inghilterra Haine Constant raggiunse un accordo con una compagnia di turbine a vapore, la Metropolitan Vickers (od anche Metrovick), nel 1937, iniziando a dirigere i suoi sforzi verso il motore turboelica, basato sulle idee di Griffith, nel 1938. Nel 1940, dopo i successi del motore centrifugo di Whittle, Constant iniziò a lavorare sul getto puro, il Metrovick F.2.
In Germania Hans von Ohain aveva già prodotto diversi motori centrifughi, alcuni di questi avevano anche volato, ma tutti gli sviluppi furono poi indirizzati verso i Junkers ed i BMW a compressore assiale.
Negli Stati Uniti d'America sia Lockheed Corporation che General Electric vinsero commesse per la fornitura di motori a getto assiali, prima turbogetti e poi turboeliche. Anche la Northrop lavorò ad un proprio turboelica, che la Marina comprò nel 1943. Persino la Westinghouse entrò nella competizione nel 1942 con il J30.
Negli anni cinquanta praticamente tutti i motori più potenti erano dotati di un compressore assiale. Come Griffith aveva rilevato nel 1929, il più elevato ingombro radiale del compressore centrifugo era causa di una resistenza aerodinamica eccessiva rispetto al più stretto compressore assiale. Inoltre il compressore assiale poteva garantire eccellenti rapporti di compressione semplicemente aggiungendo degli stadi, creando un motore leggermente più lungo.
Per quanto riguarda il compressore centrifugo, questo è molto più semplice da disegnare, è più corto, più leggero e garantisce prestazioni inarrivabili per singolo stadio. Questo è il motivo per il quale è utilizzato su elicotteri ed APU, dove l'ingombro totale ed il peso giocano un ruolo più marginale.
Motori a getto a flusso assiale Nelle applicazioni sui motori a getto, il compressore si trova ad affrontare una grande varietà di condizioni operative. A terra, durante il decollo, la pressione (statica) all'imbocco è elevata, mentre la velocità di imbocco è nulla ed il compressore attraversa una grande varietà di velocità quando viene azionato. Una volta in volo la pressione (statica) all'imbocco scende, ma la velocità, sempre all'imbocco, sale a causa del movimento dell'aeroplano, recuperando parte della pressione ed il compressore tende a girare a velocità di rotazione costante per lunghi periodi di tempo.
Semplicemente non esiste un compressore che si adatti a tutti questi stati di funzionamento. I compressori a geometria fissa, come quelli montati sui primi motori a getto, avevano un rapporto di compressione piuttosto limitato, circa 4 o 5 ad 1. Come per qualunque motore a combustione, il consumo specifico è fortemente in relazione con il rapporto di compressione, così vi fu una forte necessità economica nel migliorare gli stadi del compressore oltre questi rapporti di compressione.
Oltretutto il compressore poteva stallare se le condizioni all'imbocco cambiavano improvvisamente, un problema comune nei primi motori. In alcuni casi, se lo stallo avveniva vicino all'imbocco del motore, tutti gli stadi da quel punto in poi smettevano di comprimere l'aria. In questa situazione l'energia richiesta per far girare il compressore diminuiva rapidamente (dato che il compressore non compiva lavoro) e quindi l'aria calda rimanente a valle del combustore faceva girare ancora più velocemente la turbina e ciò che questa trascinava, ovvero il compressore stesso. Questa condizione, conosciuta come surging (o surge in inglese), fu uno dei problemi più importanti nei primi motori e poteva portare le giranti della turbina o del compressore a ruotare tanto velocemente da staccarsi dall'albero ed essere scagliate fuori dal motore.
Per queste ragioni i compressori assiali sono considerevolmente più complessi di quelli dei primi turbogetti.
Alberi Praticamente tutti i motori moderni sono concepiti con due compressori, il primo a bassa pressione ed un secondo di alta pressione. Su motori di elevato diametro sono stati introdotti anche tre alberi concentrici per ottimizzare la velocità di rotazione delle varie sezioni del compressore in relazione alle dimensioni delle palette. Ogni compressore è mosso dal proprio albero, trascinato a sua volta da una turbina, rispettivamente di bassa o di alta pressione. Questo sistema consente di aumentare l'efficienza del motore.
Spillamento del flusso, statori a geometria variabile Quando un aeromobile cambia velocità o quota, varia di conseguenza la pressione dell'aria all'imbocco del compressore. Per fare in modo che il compressore si adatti alle varie condizioni, sin dagli anni '50 si è cominciato a spillare (ovvero sottrarre) aria a metà del compressore; in questo modo il carico di lavoro del compressore diminuisce e si evita che negli ultimi stadi vi sia un volume eccessivo di aria. Questo accorgimento è sfruttato in particolar modo all'avviamento del motore, infatti è comprensibile che quando gli stadi rotorici inizino a ruotare non comprimano il flusso alla massima efficienza, cosicché negli stadi finali il volume d'aria sarebbe troppo grande se una parte non ne fosse spillata. La parte di aria spillata viene impiegata anche per raffreddare le palette della turbina, l'organo più sollecitato sia meccanicamente che termicamente. Le palette sono cave all'interno e le più sofisticate posseggono fori per la circolazione dell'aria. Infine l'aria del compressore viene usata sia per pressurizzare la cabina, per l'aria condizionata.