DIMENSIONAMENTO SISTEMA FRENANTE

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1 Politecnico di Milano Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale Impianti e sistemi aerospaziali DIMENSIONAMENTO SISTEMA FRENANTE Andrea Violi Luglio 212

2 1. Premessa La presente relazione riporta il dimensionamento del sistema frenante di un MD-11 con carrello principale (MLG) composto da 1 ruote, mettendo a confronto le diverse soluzioni trovate per tre diverse scelte di materiali, quali, e. 2. Indice 1. Premessa 2 2. Indice 2 3. Elenco dei simboli 3 4. Descrizione del problema e metodo di soluzione 3 5. Dati del problema Dati tecnici del velivolo Dati aggiuntivi 4 6. Calcoli e risultati Dati e formule comuni Materiale: Materiale: Materiale: Calcolo potenze ed energia specifica 6 7. Riassunto Risultati 7

3 3. Elenco dei simboli Ρ i Densità [kg/m 3 ] Μ Coefficiente di attrito disco-pastiglia [-] n i Numero dischi [-] m i Massa dischi [kg] V i Volume blocco [m 3 ] S i Spessore blocco [-] T m Forza frenante carrello principale [kn] R m Reazione vincolare carrello principale [kn] R n Reazione vincolare ruotino anteriore [kn] G Accelerazione di Gravità [m/s 2 ] T Temperatura [K] E k Energia Cinetica [MJ] D Diametro dischi [mm] A Distanza ruotino-baricentro [m] B Distanza carrello principale-baricentro [m] 4. Descrizione del problema e del metodo di soluzione Viene richiesto il dimensionamento dei freni (massa + dimensione), la pressione massima esercitata tra i dischi, l energia e la potenza specifiche dissipate, nei tre casi di scelta del materiale (,, ) 4.1 Per ogni materiale si seguirà il seguente procedimento: Verrà calcolata per prima cosa la massa del blocco dischi, per ruota, utilizzando il I principio della termodinamica, supponendo che sul carrello principale l energia frenante corrisponda all 8% dell energia cinetica totale. Successivamente si passerà al dimensionamento dei dischi e alle opportune correzioni dovute a sovradimensionamenti. Per quanto riguarda l energia e la potenza specifiche dissipate, si provvederà a fare un semplice bilancio dei momenti agenti sul velivolo.

4 5. Dati del problema 5.1 Parametri Altezza baricentro da terra 3.6 m Passo carrello d atterraggio 24.6 m Ripartizione statica del peso 93% su MLG (Main Landing Gear) Diametro di rotolamento MLG 133 mm Diametro max di alloggiamento freni 56 mm Diametro min di alloggiamento freni 14 mm Temperatura max di utilizzo freni 8 C N ruote 1 Spessore dischi rotore e statore 15 mm Dati aggiuntivi: : Densità 78 kg/m 3 Calore specifico.12 kcal/kg K : Densità 18 kg/m 3 Calore specifico.52 kcal/kg K : Densità 17 kg/m 3 Calore specifico.29 kcal/kg K 6. Calcoli e risultati 6.1 Calcolo energia cinetica = 835 Mj (energia cinetica) E f = 8% E k (energia frenante) E w = E f / n ruote (energia frenante per ruota) 6.2 Dimensionamento dischi ( ) =.23 m 2 m = 171 kg =.219 m 3 = 22 lt = 95 mm Ricalcolando quindi i nuovi spessori, si ottiene:

5 6.3 Dimensionamento dischi ( ) =.23 m 2 m = 39 kg =.219 m 3 = 22 lt = 95 mm Ricalcolando quindi i nuovi spessori, si ottiene: 6.4 Dimensionamento dischi ( ) =.23 m 2 m = 71 kg =.42 m 3 = 42 lt = 18 mm Ricalcolando quindi i nuovi spessori, si ottiene:

6 6.5 Energia e potenza specifiche Si crea il sistema dei momenti agenti sul velivolo Con: R m = 1593 KN R n = 32 KN T m = 1274 KN C f = T m * R r = 85 KNm = PA f μr c A f = 9% A r P = 1.2 MPa per.6 MPa per 1.2 MPa per = 54 MJ/m 2 per 27 MJ/m 2 per 54 MJ/m 2 per 9.5 Mw/m 2 per 4.7 Mw/m 2 per 9.5 Mw/m 2 per

7 7. Riassunto risultati La scelta dei freni composti da è quella ottimale dal punto di vista ingegneristico, dato il minor ingombro volumetrico, il minor peso e minor spessore. Tuttavia, a causa della tossicità della sua polverizzazione durante l usura dei dischi, è stata scartata come scelta a favore dell prima, e ora del, che presenta si un maggior ingombro rispetto all acciaio, ma in termini di peso risulta molto più leggero, e quindi vantaggioso, dato che per ogni ruota c è un alleggerimento di 1 kg di blocco frenante (quindi una tonnellata su un velivolo a 1 ruote, come l MD-11 preso in esame) Parametri massa [kg] volume [l] spessore [mm] n dischi massa [kg] volume [l] spessore [mm] n dischi

8 Parametri pressione [Mpa] 1,2 1,2,6 energia [MJ/m²] potenza [MW/m²] 9,5 9,5 4,7 1,5 6 1,25 5 1,75, ,25 1 pressione [Mpa] energia [MJ/m²] potenza [MW/m²]