STUDIO DI MASSIMA DEL RUOTINO POSTERIORE PER LA REPLICA DEL MACCHI 205

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1 ALMA MATER STUDIORUM-UNIVERSITA DI BOLOGNA SECONDA FACOLTA DI INGEGNERIA CON SEDE A CESENA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA Sede di Forlì ELABORATO FINALE DI LAUREA In Disegno Tecnico Industriale STUDIO DI MASSIMA DEL RUOTINO POSTERIORE PER LA REPLICA DEL MACCHI 205 CANDIDATO: Marco Tribunale RELATORE: Prof. Ing. Luca Piancastelli CORRELATORI: Prof. Ing. Franco Persiani Dott. Ing. Enrico Asirelli Anno Accademico 2003/2004 Sessione II

2 Scopo della tesi Lo scopo della tesi è quello di riprogettare il ruotino di coda per la replica del Macchi C.205C Veltro utilizzando soluzioni tecniche e materiali moderni, al fine di ottimizzarne la funzionalità e di contenerne il peso. Gli obiettivi principali sono: razionalizzare la struttura; ottenere un ruotino di coda che possa essere sterzato attivamente.

3 Caratteristiche del Macchi C.205C Veltro Il velivolo Macchi C.205C V è un aeroplano da caccia, monoplano, monoposto, di costruzione interamente metallica, monomotore,, monocomando. Dati tecnici (C.205 Veltro III serie) Peso a vuoto 2581 kg Carico utile 827 kg Potenza massima al decollo 1475 cv Altezza 3.03 m Apertura alare m Lunghezza ala sx m Lunghezza ala dx m Superficie alare 16.8 m 2 Carico alare kg/m 2 Salita a 5000 m 4 47 Salita a 7000 m 7 6 Quota tangenza pratica m Velocità max (7200 m) 642 Km/h Autonomia 920 Km

4 Il carrello d atterraggio d del C.205C Veltro Il Macchi C.205C Veltro è dotato di un carrello d atterraggio d con configurazione a triciclo posteriore. Il baricentro dell aereo, in condizioni di atterraggio normale, è posizionato molto vicino alla verticale passante per il centro delle ruote anteriori. ri.

5 Il ruotino di coda del C.205C Veltro Il ruotino posteriore del Macchi C.205C Veltro è di tipo retrattile all interno della coda dell aereo, è dotato di ammortizzatore ed è sterzante. Il movimento di estrazione/retrazione retrazione è comandato da un attuatore idraulico tramite un cinematismo abbastanza complesso.

6 Il carrello posteriore è dotato di una ruota (con pneumatico da 300 mm di diametro e 100 mm di spessore) che ha la possibilità di girare attorno all asse asse del corpo dell ammortizzatore e con un escursione verticale di 127 mm. Il ruotino di coda del Macchi C.205C Veltro è dotato di un dispositivo di blocco automatico della rotazione che viene utilizzato nelle fasi di decollo e atterraggio.

7 Il nuovo ruotino di coda Il nuovo ruotino di coda possiede le stesse funzioni di quello originale (è( retrattile e ammortizzato) con, in più,, la possibilità di essere sterzato a piacere dal pilota dalla cabina di pilotaggio. Per la maggioranza delle parti progettate si è scelto di utilizzare lega di alluminio 7075 T6. In secondo luogo si utilizza un acciaio speciale, chiamato Thermacrom.

8 Parametri di progetto Nonostante il nuovo ruotino di coda differisca notevolmente dal quello originale, si è cercato di mantenere inalterato il valore di alcune dimensioni e quote fondamentali che certamente influenzano il funzionamento della struttura. s In particolare: la distanza tra il centro della ruota e il centro attorno a cui questa gira nel movimento di estrazione/retrazione retrazione; l ampiezza dell angolo formato dall orizzontale che rappresenta il suolo e dall asse asse di sterzata del ruotino; la distanza tra il centro della ruota e l asse l di sterzata;

9 l ampiezza dell angolo che descrive la ruota nel movimento rotatorio di estrazione/retrazione retrazione: : ha un valore di circa 59 gradi; l escursione verticale della ruota: nel progetto originale aveva un valore di 127 mm, nel nuovo ruotino di coda è stata aumentata un poco fino al valore di circa 144 mm; il diametro e spessore del pneumatico: quello originale aveva diametro di 300 mm e larghezza di 100 mm, quello utilizzato nel nuovo ruotino o di coda, prodotto da Goodyear,, ha diametro e larghezza rispettivamente di 336 mm e 133 mm (le misure fornite dalla casa sono in pollici).

10 Funzionamento e soluzioni tecniche adottate Sistema ammortizzante e sistema di estrazione/retrazione retrazione della ruota Lo schema del sistema ammortizzante è stato preso a prestito direttamente dalla tecnica motociclistica di qualche anno fa e non differisce molto dallo schema del ruotino di coda originale. Il sistema di estrazione/retrazione retrazione della ruota è basato sull utilizzo utilizzo di un cilindro idraulico dotato di blocco meccanico interno in entrambe le posizioni di fine corsa.

11 Sistema sterzante e relativo bloccaggio/sbloccaggio La parte che connette il ruotino di coda all aereo aereo (attacco alla centina) è costituita da due flange,, un albero cavo e due parti tubolari saldati tra di loro. Quando il blocco non è attivato, tutto il ruotino di coda può girare attorno all asse asse dell attacco alla centina, che è fisso. Il sistema che permette il bloccaggio/sbloccaggio della sterzata è costituito da un meccanismo a slitta.

12 Collegamenti mediante cuscinetti radiali a rulli conici Nel progetto del nuovo ruotino di coda sono stati utilizzati cuscinetti radiali a rulli conici per collegare le parti che devono avere una rotazione relativa e che, nell uso, si scambiano forze combinate (radiali/assiali). Il montaggio dei cuscinetti radiali a rulli conici sulle varie parti è sempre lo stesso. Nell immagine, per esempio, si è preso il cannotto della forcella.

13 Collegamenti mediante perno e anello elastico di sicurezza Per il collegamento delle teste dell ammortizzatore e del cilindro idraulico alle rispettive parti si è usato un perno recante una gola per l inserimento di un anello elastico di sicurezza, che impedisca la fuoriuscita del perno stesso. Tra le teste dell ammortizzatore e del cilindro idraulico e le rispettive staffe di attacco, vengono interposti due anelli di materiale autolubrificante,, tipo bronzo sinterizzato.

14 Schema di atterraggio e determinazione dei carichi al suolo Per la determinazione del carico massimo agente sul ruotino di coda c si è fatto riferimento a quella condizione di atterraggio che nella FAR 23 viene chiamata Tail down landing. La massima reazione del suolo sul carrello d atterraggio d viene calcolata considerando la massa a pieno carico m max dell aereo (3408 Kg) e un coefficiente di contingenza n pari a 5 (valore suggerito per velivoli militari): R = (n-1) 1) m max g = (5-1) 1) = N Questa forza è la forza totale agente sul carrello d atterraggio; d ora bisogna trovare come si ripartisce tra carrello principale e ruotino di coda: per fare questo si utilizza un metodo preso a prestito dallo Standard di aeronavigabilità per alianti elementari.

15 Si ottiene un sistema di due equazioni in due incognite: Equilibrio dei momenti rispetto al baricentro Equilibrio delle forze Rp = Rc Rp+Rc = R Risolvendo il sistema si trovano i valori dei carichi al suolo: Rc = N Rp = N Come si può vedere, è il carrello principale che è sollecitato maggiormente.

16 Calcolo delle forze agenti tra le parti del ruotino di coda Una volta determinato il valore della reazione massima del suolo sul pneumatico del ruotino di coda, si passa a calcolare l entitl entità delle forze che si scambiano le varie parti della struttura per potere, successivamente, ente, effettuare una verifica dei componenti stessi.

17 Verifica dei componenti commerciali Per la verifica dei componenti commerciali utilizzati nel ruotino o di coda ci si è basati, dove possibile, sui dati presenti sui cataloghi delle ditte produttrici: pneumatico Goodyear N (Rc) < N (maximum bottoming load) cilindro idraulico Cytec N (Fc) < N (holding force) cuscinetti SKF s 0 (fattore di sicurezza statico) > 1.8 (valore scelto da tabella) s 0 = C 0 /P 0 (coeff. carico statico)/p P 0 = 0.5 Fr+Y 0 Fa Fa = (0.5 Fr)/Y (carico statico equivalente)

18 Verifica delle parti progettate con COSMOSXpress Una volta definite le dimensioni fondamentali delle parti del ruotino di coda e dopo aver calcolato le forze interne, si è passati alla definizione di quelle quote che determinano la resistenza dei componenti della struttura; per r fare questo è stato utilizzato il software COSMOSXpress. L obiettivo che ci si è prefissati è quello di alleggerire al massimo le parti della struttura, mantenendo un coefficiente di sicurezza vicino al valore di 1.5 (di poco maggiore). A titolo d esempio, d si riportano i risultati finali ottenuti sulla forcella: : il coefficiente di sicurezza della parte in questione risulta essere e pari a circa 1.56, a fronte di una tensione equivalente massima di circa 359 MPa e di una tensione di rottura del materiale di 560 MPa (lega 7075 T6).

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20 Conclusioni Si può affermare che gli obiettivi prefissati sono stati pienamente nte raggiunti; infatti è stato realizzato un ruotino di coda più semplice e di più facile montaggio rispetto a quello originale e che, soprattutto, è in grado di direzionare l aereo l attivamente. La massa complessiva è stata contenuta ad un valore prossimo ai 27 kg. Il ruotino di coda resiste alle sollecitazioni imposte dalle condizioni di atterraggio considerate.