STUDIO DI UN RIDUTTORE EPICICLOIDALE AERONAUTICO PER UN SISTEMA PROPULSIVO AD ELICHE CONTROROTANTI

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1 ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI BOLOGNA STUDIO DI UN RIDUTTORE EPICICLOIDALE AERONAUTICO PER UN SISTEMA PROPULSIVO AD ELICHE CONTROROTANTI Tesi di laurea di: Andrea Berardi Relatore: Luca Piancastelli Correlatori: Vincenzo dal Re Francesca de Crescenzo Anno accademico Sessione III

2 MOTORE Riduttore accoppiato a versione modificata per uso aeronautico di: Motore Yamaha R1 Potenza max 200 CV Velocità max 7000 (giri/min) Soluzione precedente: motore collegato a singola elica tramite riduttore ordinario.

3 OBIETTIVO Studio nuova Soluzione di tipo epicicloidale Azionare due eliche coassiali in controrotazione (il sistema deve supportare sia eliche traenti che eliche spingenti)

4 RIDUTTORI EPICICLOIDALI (schema generale) Composto da: Ruota interna (S) - Solare Ruota esterna (C) - Corona Ruote intermedie (P)- Satelliti Con questo tipo di rotismo, movimentando o bloccando le varie ruote si possono avere tipi di funzionamento molto diversi.

5 NOSTRO CASO Nessuna ruota fissata a telaio Rotismo a due gradi di libertà Un ingresso (motore) 7000 giri/min Due uscite (eliche) ±2800 giri/min giri/min giri/min Riduttore epicicloidale giri/min

6 RIDUTTORI EPICICLOIDALI (funzionamento)

7 DIMENSIONAMENTO n1 = 7000 n2 = 2800 n3 = Problemi di geometria e/o problemi strutturali!

8 SOLUZIONE ADOTTATA Necessario: Modificare una delle velocità dell epicicloidale Inserire un rotismo ordinario a monte del riduttore Due scelte: Movimentare la corona Movimentare la solare (più leggero)

9 SOLUZIONE ADOTTATA In seguito alle scelte fatte, i vantaggi di questa soluzione rispetto alle altre analizzate, sono: Riduzione della coppia sulla ruota solare Compensazione dello spostamento dell asse delle eliche Semplicità costruttiva

10 PRIMO INGRANAGGIO Ruota condotta Solare dell epicicloidale Albero motore Ruota motrice

11 ALBERO DELLA RUOTA SOLARE Cuscinetto Albero Cuscinetto combinato rullini/obliquo a sfere a Telaio doppio effetto. La forza radiale esercitata dalla ruota motrice si scarica a telaio lungo l asse di simmetria del cuscinetto.

12 COLLEGAMENTO ALLE ELICHE

13 COLLEGAMENTO ALLE ELICHE Due eliche controrotanti Due alberi controrotanti Un albero (interno) collegato al portasatellite Un albero (esterno) collegato alla corona

14 ALBERO DELL ELICA (interno) Cuscinetto Satellite Perno Solare Albero interno con portasatellite 2800 giri/min

15 ALBERO DELL ELICA (esterno) Corona Satelliti Solare Albero esterno 2800 giri/min

16 COLLEGAMENTI ALBERO/ELICA Albero interno Albero esterno Ghiera KMFE 7 Ghiera KMFE 11 Vite di bloccaggio (da sito SKF) Flange delle eliche

17 TELAIO

18 TELAIO Il sistema deve essere in grado di supportare sia eliche traenti che eliche spingenti. Questo è un fattore determinante per studiare il fissaggio del sistema al telaio dell aereo. Analizzo i due casi separatamente:

19 ELICHE SPINGENTI F = 2000 N

20 ELICHE SPINGENTI Cuscinetto combinato rullini/assiale a sfere F = 2000 N

21 ELICHE SPINGENTI Cuscinetto assiale a rulli F = 2000 N

22 ELICHE SPINGENTI Appoggio a telaio F = 2000 N

23 ELICHE SPINGENTI Cuscinetto a rullini F = 2000 N

24 ELICHE TRAENTI Cuscinetto combinato rullini/assiale a sfere F = 2000 N

25 ELICHE TRAENTI Cuscinetto combinato rullini/assiale a sfere F = 2000 N

26 ELICHE TRAENTI Carter F = 2000 N

27 ELICHE TRAENTI Cuscinetto a rullini F = 2000 N

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29 NOTE AGGIUNTIVE

30 DISTRIBUZIONE Necessario ricostruire distribuzione. (soluzione precedente non realizzabile)

31 DISTRIBUZIONE Pulegge (44 denti) Alberi a camme Distribuzione a cinghia dentata spostata nel lato posteriore del motore. Tirante (liscia) Puleggia (22 denti) Albero motore

32 MOVIMENTAZIONE DEI SERVIZI Taglio nel carter Possibile collegare ruote di servizio alla ruota motrice. Alternatore Motorino di avviamento Ruota motrice Gruppo pompe Gruppo pompe Alternatore Motorino di avviamento

33 VERIFICHE EFFETTUATE Tutti i componenti sono stati verificati con l ausilio di software ad elementi finiti. Cuscinetti e trasmissione a cinghia sono stati verificati con software messi a disposizione dai produttori dei componenti commerciali utilizzati.

34 CONCLUSIONI Tutti gli obiettivi sono stati raggiunti - Due eliche in controrotazione a 2800 giri - Potenza 200 CV - In grado di supportare eliche traenti e spingenti Requisiti di leggerezza: La massa totale del riduttore e del telaio rimane entro i 7 kg. Rispetto alla soluzione precedente (monoelica) si ha una riduzione del peso di circa il 50%.

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36 Grazie per l attenzione