Studio di fattibilità dei comandi di coda di una versione ultraleggera del BF 109-K

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1 TESI DI LAUREA In Laboratorio di CAD Studio di fattibilità dei comandi di coda di una versione ultraleggera del BF 109-K CANDIDATO Gaetano Vecchio RELATORE: Prof. Ing. Luca Piancastelli cdl Ingegneria Meccanica 1

2 Obiettivi della tesi Realizzare il modello solido della coda e dei suoi comandi: Monocoda Timone direzionale Piani di coda equilibratori progettare e fornire un dimensionamento di massima del carrello di atterraggio posteriore: tipologia cinematismo dimensionamento e verifica dei componenti studio dell azionamento cdl Ingegneria Meccanica 2

3 Specifiche di progetto Generali: Alte prestazioni ( km/h) Massa complessiva 450 kg (ULM) Comandi di coda: Riproduzione delle linee originali in scala 1:1 Rispetto dei profili alari originali Modellazione in ottica RTM Carrello: Leggero Sterzante cdl Ingegneria Meccanica 3

4 Coda & comandi Soluzione: Coda monoscocca, perché? Anima scomponibile Rigidezza no giunzioni Sezione resistente monoblocco Struttura leggera cdl Ingegneria Meccanica 4

5 Coda & comandi Timone direzionale: Skin Centine rivestimenti cdl Ingegneria Meccanica 5

6 Coda & comandi Piani di coda (come il timone) Skin Centine rivestimenti cdl Ingegneria Meccanica 6

7 Coda & Comandi Equilibratori (come per il timone): Skin Centine rivestimenti cdl Ingegneria Meccanica 7

8 Coda & comandi Assemblaggio: cdl Ingegneria Meccanica 8

9 Carrello posteriore Tipologia Fisso o retrattile? Catena cinematica Semplice Leggero Funzionale Dimensionamento componenti Verifica agli elementi finiti Azionamenti (carrello e portelloni) cdl Ingegneria Meccanica 9

10 Carrello posteriore (tipologia) Retrattile: Vantaggi Resistenza aerodinamica nulla, fatta eccezione per la fase di atterraggio e decollo Riproduzione fedele del velivolo Manovrabilità e prestazioni superiori Svantaggi Progetto complesso ed oneroso Pesi maggiori cdl Ingegneria Meccanica 10

11 Carrello Posteriore (tipologia) Fisso: Vantaggi Progetto semplice Numero limitato di componenti Collegamento diretto al timone Svantaggi Elevata resistenza aerodinamica Peggioramento delle prestazioni Il dimensionamento deve tener conto di carichi generati dalla resistenza fluidodinamica dell aria prestazioni Retrattile cdl Ingegneria Meccanica 11

12 Carrello posteriore retrattile (cinematismo) Specifiche: Semplice e leggero Capace di un movimento sterzante connesso alla posizione del timone, nella sola posizione di apertura Blocco di sicurezza che lo mantenga aperto sia quando l aeroplano è fermo sia in fase di rullaggio cdl Ingegneria Meccanica 12

13 Carrello posteriore retrattile (cinematismo) Soluzione 1 Pro: Breve corsa L attuatore come ammortizzatore Intrinsecamente stabile Contro: necessita di un bloccaggio di sicurezza possibile interferenza con gli azionamenti dei comandi di coda peso distribuito in una posizione lontana dal centro di massa, ne consegue un sensibile peggioramento della maneggevolezza cdl Ingegneria Meccanica 13

14 Carrello posteriore retrattile (cinematismo) Soluzione 2 Pro: Progettazione funzionale il carrello rimane sempre aperto stabile nella posizione di apertura vano ampio e lontano dagli azionamenti dei piani di coda massa dello stesso risulta distribuita ad una distanza minore dal baricentro dell aeroplano, ne consegue maggiore manovrabilità Contro: corsa Soluzione del braccio maggiore 2 instabilità del carrello in fase di discesa la posizione dei portelloni risulta differente rispetto il velivolo originale cdl Ingegneria Meccanica 14

15 Carrello posteriore retrattile (dimensionamento) Dati: Massa sostenibile 60 kg angolo tra braccio e normale alla pista 9 inclinazione piano fusoliera e pista 12 cdl Ingegneria Meccanica 15

16 Carrello posteriore retrattile (dimensionamento) Fattori di sicurezza: Semplificazione del problema Fattore di sicurezza per la massa sostenibile 1,5 Fattore di sicurezza che tiene conto degli urti 2,5 Dimensionamento degli altri componenti cdl Ingegneria Meccanica 16

17 Verifica agli elementi finiti Componente originale Necessaria ove le geometrie dei componenti sono complesse Il componente non risulta verificato Calcolo Imposizione Definizione delle Mesh dei deformazioni tensioni carichi e dei vincoli Modificare Materiale: la geometria EN AW 7075 T6 (ergal) R 485MPa R 540MPa y m cdl Ingegneria Meccanica 17

18 Verifica agli elementi finiti Componente modificato Calcolo calcolo Stessi delle carichi deformazioni tensioni 2. Stessa mesh Il componente risulta verificato cdl Ingegneria Meccanica 18

19 Verifica agli elementi finiti Terza prova 1. Stessi carichi e vincoli Calcolo delle tensioni deformazioni 2. Mesh affinata Risultati più attendibili il componente risulta verificato con un discreto margine di sicurezza cdl Ingegneria Meccanica 19

20 Carrello posteriore retrattile (funzionalità) 1. Guide 2. Ancoraggio Carrello sterzante cdl Ingegneria Meccanica 20

21 Carrello & portelloni (azionamenti) Cinematismo: Portelloni: Chiuso Chiusi Aperti Aperto cdl Ingegneria Meccanica 21

22 Sviluppi futuri Verifiche FEM ed eventuali modifiche: coda comandi carrello Progetto e Sviluppo: Controllo degli azionamenti cdl Ingegneria Meccanica 22

23 Conclusioni Alla luce le lavoro svolto si può sostenere che l obiettivo sia stato raggiunto: Si è definito il modello solido della coda e dei suoi comandi utile a costruire le forme da cui si otterranno i componenti finiti con l RTM si è fornito un progetto di massima del carrello posteriore in versione retrattile, scegliendo il cinematismo, dimensionando e verificando i membri principali cdl Ingegneria Meccanica 23

24 Fine cdl Ingegneria Meccanica 24