Università degli Studi di Bologna FACOLTA DI INGEGNERIA INSTALLAZIONE MOTORE

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1 Università degli Studi di Bologna FACOLTA DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica disegno assistito dal calcolatore INSTALLAZIONE MOTORE Tesi di laurea di: Diego Mazza Relatore: Prof. Ing. Luca Piancastelli

2 Caratteristiche biplano Versione: Enjoy Apertura alare: 6500 mm. Lunghezza: 5800 mm. Massa a vuoto: 273 kg. Carico imbarcabile: 450 kg. Autonomia: 5 h. Velocità di crociera: 140 km/h.

3 Lo studio verterà sull'installazione di un motore Diesel 1300 m-jet modificato e di tutti gli accessori su un biplano ultraleggero Motore Fiat 1300 jtd con l'aggiunta di un motore ausiliario con potenza di 50 cv Numero cilindri: 4 in linea. Cilindrata: 1248 cm 3. Pressione di sovralimentazione: 2,2 bar. Potenza massima totale: 200 CV a 6000 rpm.

4 Circuito del gasolio Il circuito che permette al combustibile di arrivare nei vari organi, è costituito sostanzialmente da una pompa di alta pressione, una pompa di bassa pressione, un filtro combustibile, il tubo combustibile unico (rail) e alcuni iniettori. Una differenza sostanziale risulta dal confronto con il circuito installato sulle autovetture; nell'applicazione aereonautica, la pompa di bassa pressione, non può infatti essere montata all'interno del serbatoio. Per ovviare a tale problema, è stato ideato un supporto che si collega direttamente al telaio.

5 Tale supporto è costituito da una scatola composta da un corpo ( a ) ed un coperchio ( b ), in alluminio. Sul corpo saranno presenti delle asole ( g ), necessarie per il montaggio sul castello motore, mentre sul coperchio, sono ricavate le aperture necessarie per l'alimentazione elettrica ( c ) e per l'ingresso e l'uscita del gasolio ( d & e ). Il foro ( f ) serve al circuito di ritorno del gasolio dal rail.

6 Raffreddamento e lubrificazione Per il corretto funzionamento dei motori, i circuiti più importanti sono quelli di raffreddamento e lubrificazione. Nel nostro studio, abbiamo posto molta attenzione alla disposizione dei vari organi atti a svolgere tali funzioni. Mentre nel caso del circuito di lubrificazione, non sono state effettuate grosse modifiche rispetto al caso automobilistico, per quanto riguarda il raffreddamento, la configurazione è abbastanza diversa.

7 Si vede in questa figura la disposizione finale dei vari elementi atti al raffreddamento del motore.il radiatore, non Sarà più disposto in posizione verticale davanti al Motore, ma sarà al lato 2 Valvola termostatica 1 Scambiatore olio - acqua 3 Serbatoio di alimentazione 4 Radiatore 5 Testata 6 Tubo valvola termostatica - radiatore 7 - serbatoio alimentazione 8 tubo serbatoio alimentazione - scambiatore 9 tubo radiatore - scambiatore 10 tubo valvola termostatica - scambiatore

8 Aspirazione e scarico Gli elementi che permettono all'aria di muoversi all'interno del motore sono, scarico air box, scaldatore, turbina, compressore e intercooler. Nella figura sono rappresentati gli organi costituenti tale circuito nella configurazione automobilistica, in uso nelle versioni 1300 m-jet della fiat.

9 Anche l'impianto di movimento dell'aria, così come quello di raffreddamento, è stato modificato per l'uso aeronautico. Le modifiche sono consistite nella sostituzione di alcuni elementi con altri, aventi specifiche differenti, l'aggiunta e/o l'eliminazione di altri ausiliari.

10 Nello specifico: È stata modificata la turbina con una Mercedes più potente Il collettore di scarico è stato rifatto È stato rimosso l'egr È stato rimosso il silenziatore È stato rimosso, anche il catalizzatore È stato inoltre montato uno scambiatore di calore, che sottrae calore ai gas di scarico È stato modificato l'intercooler, con uno in uso sul 2400 jtd fiat È stato modificato il filtro dell'aria A tutto questo si deve aggiungere, come era intuibile, la modifica di tutte le tubazioni colleganti i vari organi.

11 1 Testata 2 Air box 3 Scarico 4 Turbina 5 Filtro 6 Scambiatore di calore 7 Terminale di scarico 8 Tubo compressore intercooler 9 Tubo per air box 10 Intercooler

12 Materiali Per quanto riguarda la scelta dei materiali, da subito è sembrato ragionevole, effettuare la ricerca tra le leghe di due elementi, titanio ed alluminio. Questi due hanno buone caratteristiche meccaniche come l'acciaio, però a differenza di questo, hanno dei valori di densità più bassi. Questo è un aspetto da tener in particolare considerazione, essendo il montaggio effettuato su un biplano ultraleggero.

13 Come si evince da tale tabella, la lega di titanio possiede una massa volumica circa doppia rispetto alla lega di alluminio. Andremo, quindi, a prendere una lega di alluminio avente densità di 2,66 g / m³ ed una tensione di snervamento di 117 MPa

14 Il castello motore Durante la fase di modellazione del castello motore, si sono tenuti in considerazione tutti i vari vincoli forniti. Tali vincoli sono riportati di seguito : Il castello motore deve essere predisposto in modo da sostenere non solo il motore, ma anche tutti gli elementi accessori. Si vuole, infatti, che sia possibile montare e smontare in blocco tutto il gruppo del propulsore dall aereo Il castello motore deve essere predisposto ad ospitare tutti i singoli componenti, come per esempio ci dovranno essere degli alloggi per radiatore e intercooler.

15 Il castello motore deve essere realizzato in modo tale per cui l asse elica nella proiezione dall alto non risulta perfettamente allineata con la direzione di volo dell aereo, ma forma un piccolo angolo, nel nostro caso 5 gradi. Ciò è dovuto al fatto che l elica, nella sua rotazione, applica una coppia all aereo e lo porta ad inclinarsi da un lato. Tale inclinazione implica che l aereo, a timone libero, non prosegue con moto rettilineo ma tende a seguire una curva Il castello motore deve essere fatto in modo da ridurre il più possibile lo sbalzo anteriore. Il castello motore deve essere posizionato in modo che nessun elemento esca dalla sagoma del parafiamma nella sua proiezione frontale (ad eccezione del terminale di scarico, che deve essere rivolto all indietro).

16 Da tale figura si evince L'inclinazione di 5 gradi Che si è imposta al gruppo parafiamma-motore.

17 Nelle figure successive sono riportate due immagini con i punti di partenza della mia analisi sul castello motore. Per la progettazione, sono partito da questo assieme ed ho iniziato a ideare una possibile forma del castello motore, prendendo le misure e le posizioni degli attacchi. In seguito è arrivata la modellazione al Solid Edge, e la verifica dei vincoli di assemblaggio.

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19 La piastra Per il collegamento del motore al telaietto, si è utilizzata una piastra. Tale piastra è modellata a partire dagli attacchi del motore, ed è stata collegata a due cavità predisposte nel telaio. Per smorzare le vibrazioni, si sono inseriti anche dei damper, elementi in gomma-metallo.

20 In figura è rappresentata la forma finale che avrà L'assemblaggio parafiamma - motore. Si evincono da questa la posizione di radiatore ed intercooler, contenuti nella scatola (1), e la posizione del motore collegato agli attacchi (2a e 2b) ed alla piastra (3).

21 Verifica della resistenza Per effettuare l analisi agli elementi finiti, si sono stimati i carichi applicati alla struttura. Secondo la normativa bisognai considerare in totale 3 forze: 1. Forza verticale discendente g = accelerazione di Fv = 6 * g * m gravità = 9,81 1. Una laterale m = massa = 130 kg Fo = 2,5 * g * m 1. Tiro dell'elica T = 300 * g

22 Nell'analisi, si è considerata, come detto prima, una massa complessiva di 130 kg. Con tale massa si può pensare di stare in sicurezza, in quanto la massa reale del motore è di 120 kg.

23 Nei calcoli si è preso un coefficiente di resistenza, pari a 1,5. Tale coefficiente è andato a ridurre la tensione di snervamento del materiale. Infatti per la lega di alluminio , la tensione di snervamento, assume un valore di 117 Mpa. Nell'analisi, si è considerato come valore limite di tensione di snervamento 78 MPa. Tale valore come detto è stato ottenuto svolgendo una semplice operazione σsn = 117 / 1,5 = 78 MPa.

24 Straus 7.0 Per effettuare tale analisi agli elementi finiti, si è realizzata una struttura in Straus, ed in seguito è stata svolta l'analisi. Nelle figure riporto le foto dei risultati ottenuti con Straus

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26 Il castello motore in ultima analisi risulta avere una massa di 4,735 kg. Il peso complessivo della struttura, compresa di piastra ed attacchi è di 6.5 kg.

27 Nelle figure di seguito viene riportato l'assemblaggio complessivo, contenente tutti gli elementi.

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29 Conclusioni Si è analizzato in questo progetto la fattibilità dell'installazione di un motore automobilistico 1300 m-jet su di un aereo ultraleggero Enjoy. Come detto nel capitolo sul castello motore, bisogna verificare alcune importanti ipotesi, senza le quali il progetto in se e per se non è fattibile. Una di tali ipotesi è risultata non verificata. Questo in quanto dovendo mettere l'asse elica il più possibile centrato rispetto al parafiamma, si è avuto una fuoriuscita di alcuni organi del motore. Si consiglia di riproporre tale installazione su un veivolo avente dimensioni del vano motore più ampie.

30 Grazie per la cortese attenzione