Ottimizzazione del basamento di un motore ad accensione comandata per uso aeronautico

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1 Università degli Studi di Bologna FACOLTA DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Laboratorio CAD L Ottimizzazione del basamento di un motore ad accensione comandata per uso aeronautico Tesi di laurea di: LUCA LEONELLI Relatore: Prof. Ing. LUCA PIANCASTELLI Anno Accademico Prima Sessione 1

2 Dal motore motociclistico Motore Yamaha R1 2

3 a quello aeronautico Motore aeronautico 3

4 Albero motore aeronautico Albero motore Yamaha 4

5 Modifiche preliminari Sede per gli ausiliari Supporti motore tipo Rotax 5

6 Stima delle sollecitazioni Momento giroscopico M G = J B ω = 1 π 2π 2800 = 307 Nm 3 60 J = momento d inerzia massimo ottenuto dai dati del costruttore dell elica B = rateo di manovra, ovvero l unità di misura quantificante la variazione di rotta dalla traiettoria principale. Si assume B = π/3 rad/s; ω= velocità angolare di rotazione dell elica, espressa in rad /s. 6

7 Stima delle sollecitazioni Forze di massa in richiamata Frichiamata = 6 g m = 6 9,81 15 = 883 N 7

8 Stima delle sollecitazioni Forza di trazione dell elica 20N/Cv Fassiale = = 3200 N Reazioni del Riduttore N 2 = 1397 N T 2 = 3839 N T2 Reazioni degli ausiliari N 4 = 7N T 4 = 19.5 N N2 8

9 Stima delle sollecitazioni Calcolo con gli elementi finiti delle reazioni delle forze di pressione sul basamento 9

10 Stima delle sollecitazioni Precarico delle viti prigioniere F0 = π / 4 d PMAX 2,5 / 4 = π / ,5 / 4 = 26,2kN 2 2 Precarico delle viti dei supporti di banco F0 = π / 4 d 2 PMAX 1,5 / 4 = π / ,5 / 4 = 15,7 kn 10

11 Scelta del materiale Ergal 55 UNI-EW 7075 T6 P-AlZn5,8MgCuCr Lo zinco è il principale alligante(5,8%), sono presenti anche rame(2%) e magnesio(2,7%) che incrementano le caratteristiche meccaniche. Presenti inoltre cromo e manganese per il controllo della ricristallizazione. Modulo di Young E = MPa Carico di rottura R = 525 MPa Limite di snervamento Rs = 460 MPa Solubilizzato in forno a 500 C, temprato in aria e invecchiato artificialmente a 150 C : stato T6 11

12 Verifica agli elementi finiti Configurazione di carichi e vincoli 12

13 Analisi dei risultati Tensioni incompatibili con le caratteristiche del materiale e mal distribuite nel componente: sono necessarie modifiche strutturali 13

14 Causa : eliminazione delle colonnette tra viti prigioniere e supporti di banco presenti nel motore Yamaha: le tensioni non riescono ad attraversare il basamento. 14

15 Ottimizzazione Il posizionamento ottimale delle nervature di irrigidimento si ottiene disponendole lungo la linea isostatica di massimo sforzo, come accade da sempre in natura, ad esempio nella testa del femore umano oppure nelle ossa cave degli uccelli. Dove le linee isostatiche si concentrano si hanno i più alti gradienti di tensione e quindi i punti più sollecitati del componente da rinforzare. 15

16 Dalla rappresentazione delle linee isostatiche fornita dal solutore ad elementi finiti si può osservare la concentrazione del vettore della tensione principale massima (rosso) nelle zone di raccordo tra canne dei cilindri, canale del refrigerante, e supporti di banco. 16

17 Modifiche : Prima fase Nervature tra prigionieri e supporti motore e tra naso e basamento Scavi di alleggerimento nelle paratie laterali 17

18 Analisi delle modifiche Stato tensionale meglio distribuito, ma ancora picchi presenti Nervature del naso del tutto inadeguate 18

19 Effetto delle nervature Catalizzano su di esse la tensione principale massima e la scaricano all esterno del basamento 19

20 Modifiche : seconda fase Incremento della sezione resistente delle nervature posteriori Nervature del naso cave per ridurre la loro forza di massa 20

21 Analisi delle modifiche : seconda fase Nervature del naso ancora inadeguate, raccordi troppo piccoli Tensioni concentrate sotto i prigionieri : necessarie nervature più profonde 21

22 Modifiche : terza fase 22

23 Analisi delle modifiche : terza fase Tensioni ovunque accettabili, nervature ben disposte 23

24 Conclusioni Si sono ottenuti i desiderati valori di resistenza del componente con un incremento di massa contenuto in 0,590 kg (da 5,410 kg a 6 kg) e sviluppi futuri Disegno di nuove nervature superiori ulteriormente ampliate Verifica modale e a fatica del componente Sviluppo e disegno di un semibasamento inferiore alleggerito o in composito per poter valutare lo scostamento effettivo dei supporti di banco dalla configurazione ideale 24