Analisi e dimensionamento di due motori quattro cilindri accoppiati per propulsione aeronautica con eliche controrotanti

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1 Analisi e dimensionamento di due motori quattro cilindri accoppiati per propulsione aeronautica con eliche controrotanti

2 Progettare un motore PLUG AND PLAY per un nuovo modello d aereo della Alenia-Aermacchi, denominato SF-360 Abilitare il nuovo modello all utilizzo di eliche controrotanti Dimensioni molto simili a quelle dell SF-260 2

3 MOTORE LYCOMING MODELLO O-540-E4A5 motore a pistoni 6 cilindri contrapposti (Boxer) Potenza: Massa a secco: Altezza: Larghezza: Lunghezza: 260 hp 180 kg 624 mm 848 mm 946 mm In rilievo: peso ingombri 3

4 A livello di ingombri esterni, il vincolo progettuale è costituito dalle dimensioni del parafiamma. La nuova soluzione progettuale non potrà estendersi oltre tali limiti. 4

5 A livello di ingombri esterni, il vincolo progettuale è costituito dalle dimensioni del parafiamma. La nuova soluzione progettuale non potrà estendersi oltre tali limiti. Il parafiamma è la parte anteriore della fusoliera, che separa l abitacolo dal vano motore. Ad esso è collegato il castello motore 5

6 L elica deve avere rendimento massimo Il rendimento aumenta al calare del numero di giri dell elica Le punte delle pale dell'elica non devono raggiungere la velocità del suono per cui, per motori ruotanti a velocità superiori a 2800 rpm, è necessario inserire un riduttore 6

7 Coppia che si ha quando un corpo posto in rotazione rispetto ad un asse, viene forzato a ruotare rispetto ad un asse differente. Questo momento è la resistenza che il rotore opporrà a questo movimento 7

8 Il momento giroscopico si manifesta su entrambe le eliche, con la stessa intensità, ma con verso di rotazione opposto e tale da annullare la coppia giroscopica risultante, rendendolo ininfluente rispetto alle manovre del velivolo. Maggiore facilità di pilotaggio e minori sollecitazioni sulla struttura e sull albero dell elica. Maggiore efficienza complessiva dal punto di vista aerodinamico. (il rendimento propulsivo è inferiore di poco (al max 2%), tuttavia il centro di pressione palare è spostato all esterno e quindi per eliche traenti l efficienza globale migliora). Diminuzione del diametro dell elica, minore altezza da terra del velivolo, carrello più basso. Questo compensa il maggior peso dovuto alla trasmissione 8

9 Si è deciso di verificare la possibilità di accoppiare due motori YAMAHA R1. Per fare ciò il motore R1 è stato modificato per permetterne un utilizzo da propulsore aeronautico 9

10 Si è scelto di rinunciare al sistema di trasmissione originale, che comprendeva cambio e frizione, per orientarsi verso un riduttore, che collega albero motore, elica e sistema di distribuzione. Scatola della frizione Scatola del cambio 10

11 Alberi a camme Pignone 11

12 Basso rapporto peso/potenza Economicità Elevata affidabilità Elevate potenze specifiche Ridotte dimensioni di ingombro 12

13 Disponendo di due motori e dovendo abilitare l aereo all utilizzo di eliche controrotanti, la filosofia di fondo consiste nel fatto che ogni motore debba muovere un elica. In conseguenza di ciò, su ogni motore dovrà essere installato un sistema di riduzione in grado di ridurre il numero di giri. 13

14 I due motori sono disposti nella stessa posizione, ma ruotano in versi differenti ASPIRAZIONI SCARICHI ASPIRAZIONI SCARICHI Nuova posizione delle eliche 14

15 I due motori sono disposti in posizioni differenti, ma ruotano nello stesso verso ASPIRAZIONI SCARICHI SCARICHI 15

16 I riduttori di entrambi i motori avranno lo stesso numero di stadi di riduzione e saranno composti da ruote identiche nelle medesime posizioni. Ruota/maschetta 16

17 Conoscendo il numero di giri in ingresso e in uscita rispettivamente del motore e dell elica, si risale al rapporto di trasmissione 17

18 TEORIE DI DIMENSIONAMENTO Resistenza a flessione del dente Resistenza alla fatica e all usura (a Pitting) TIPO DI DIMENSIONAMENTO Handbook Engeneering di Solid Edge V18 18

19 HANDBOOK ENGENEERING DI SOLID EDGE V18 19

20 HANDBOOK ENGENEERING DI SOLID EDGE V18 20

21 HANDBOOK ENGENEERING DI SOLID EDGE V18 21

22 22

23 Per dimensionare al meglio gli alberi si dovrà scegliere opportunamente un materiale che sia al contempo: duttile leggero E stata scelta una lega di Titanio Ti6Al4V con caratteristiche tecnologiche simili all acciaio: Buona resistenza a trazione Bassa densità (-40% rispetto all acciaio) Buona duttilità 23

24 Travi isostatiche (cerniera+carrello) Stato di sollecitazione secondo Von Mises Tutti gli alberi sono dotati di: Scanalature per la trasmissione del moto Sedi per i cuscinetti 24

25 Quarta Ruota Giunto rigido Seconda Ruota Terza Ruota Albero e disco elica 25

26 Quarta Ruota Disco Elica Pignone Terza Ruota Seconda Ruota 26

27 Cuscinetto Interno 27

28 ASPIRAZIONI 28

29 Massa del blocco riduzioni 29

30 Costruzione di due carter indipendenti Modifica del basamento Attacchi del blocco motori per uso PLUG and PLAY Alleggerimento degli ingranaggi 30

31 31

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