Studio di fattibilità di un motore 8 cilindri piatto per uso aeronautico

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1 Studio di fattibilità di un motore 8 cilindri piatto per uso aeronautico Tesi di laurea di: Fabio Menghi Relatore: Prof. Ing. L. Piancastelli Università degli studi di Bologna - Facoltà di Ingegneria II- A.A. 2009/ /10/2010 1

2 Obiettivo Testate del 600 YZF-R6 4 cilindri Motore 1200 V8 a 180 Pistoni e bielle Yamaha R6 2

3 Sviluppo della Tesi Studio di massima dell albero motore; Studio di massima del basamento; Scelta organi ausiliari e del riduttore epicicloidale. 3

4 Dati del motore V8 N cilindri = 8 a V di 180 Cilindrata totale = 1198 cc Potenza stimata = 266 HP@15500rpm (limite 17000) Coppia stimata = 130 Nm@12500rpm Alesaggio/Corsa = 67/42,5 Massa stimata= 36.4 kg Ingombro = 615x 302x 690 4

5 Vincoli sull albero motore Bancate a V di 180 Albero piatto Vincoli di progetto dovuti alle testate 180 Interasse obbligato fra i cilindri Doppia biella Problemi di spazio 5

6 Particolarità dell albero motore Tappi in alluminio 1 Scelta bronzine (banco R1-bielle R6) Passaggi olio 2 Fori di alleggerimento 3 Incavi nelle maschette 2 1 Over lap 3 6

7 Il basamento Ingombro dell albero Spazio fra i supporti di banco definito dalle dimensioni dell albero motore 7

8 Sviluppo in altezza dei cilindri Rapporto volumetrico di compressione 90 cilindrata del motore + vol. camera di combustione Rc = vol. camera di combustione 136 mm PMS = 13 1 Cilindrata unitaria Cu = Π x (Alesaggio cilindro/2) 2 x Corsa = cm 3 Bancate diverse per permettere la disposizione del riduttore epicicloidale in posizione fronte marcia PMI PMS 8

9 Sistema di raffreddamento Intera quantità di calore introdotta con la combustione 1/3 in Lavoro meccanico 1/3 in calore sensibile dei gas di scarico 1/3 sottratto dal sistema di raffreddamento Lavoro meccanico calore sottratto dal sistema di raffreddamento Conformazione delle camere di contenimento dell acqua definite dalle guarnizioni di testa Avendo due testate lontane l una dall altra, ogni bancata è dotata di uno scarico dell acqua 9

10 Circuito di lubrificazione I canali di lubrificazione assolvono anche il compito di importanti funzioni di raffreddamento Scelta dei punti del propulsore da lubrificare Problema del posizionamento dei condotti di lubrificazione Raccolta dell olio dal basamento tramite 5 uscite Unico ingresso dell olio nei due condotti principali Particolarità delle bronzine Scelta di pompe elettriche 10

11 Riduttore Epicicloidale Vincoli di progetto: Dimensionamento ruote in base ai carichi da sopportare Rpm elica = 2800 giri/min = n e Rpm albero = giri/min = n a Z c Schema equivalente Τ o = n e / n a = 1 / 5.6 n a Z s Z a n e Corona esterna Satelliti Porta satelliti n Τ e = c - n e - Z = a Z s - Z = a n a - n e Z s Z c Z c Z => Τ o = a 1 = Z a Z c

12 Organi ausiliari Scelta organi ausiliari Principio di funzionamento Ubicazione Radiatore Serbatoio olio Problema sul posizionamento del motorino d avviamento Rpm motorino 3500 giri/min Rpm accensione motore 500 giri/min Rapporto riduttore = 1/5.6 Alternatore Ulteriore moltiplica 34/1 12

13 Materiali usati La scelta del materiale e del processo di fabbricazione sono parte integrante del progetto di qualsiasi componente meccanico. Basamento motore lega di alluminio GD-AlSi9 Composizione teorica: Al-Si 9%, Mg 0.30%, Mn 0.5% Albero motore Acciaio 300M nitrurato Composizione teorica: Fe 94%, C 0.43%, Mo 0.38%, Mn 0.75%, Cr 0.82%, Ni 1.8%, Si 1.6% Ruote dentate Bielle, alberi a camme (sviluppi futuri) Acciaio 14NiCr18 Cementato e Temprato Composizione teorica: C 0.18%, Si 0.4%, Cr 0.8%, Mn 0.55%, Ni 3.35% Titanio Ti-6Al-4V Composizione teorica: Ti 90%, V 4%, O 0.2%, Fe 0.25%, Al 6% 13

14 Conclusioni Lo studio di fattibilità del motore a 8 cilindri piatto ha portato ad un aumento di dimensioni, peso e soprattutto di cilindrata coppia e potenza rispetto al propulsore iniziale a 4 cilindri in linea Motore compatto, leggero e prestazionale Componenti non studiati in questa tesi: Testate Bielle Pistoni Sistema di distribuzione Sistema di scarico Ottima base per poter essere migliorato 14

15 Sviluppi futuri I passi futuri da svolgere verso il completamento di questo lavoro in fase di progettazione, prima di una eventuale realizzazione, saranno: Ottimizzazione e verifica albero motore (Lloyd) Ottimizzazione e verifica strutturale del basamento Studio e ottimizzazione della biella in lega di titanio Studio e ottimizzazione di una distribuzione a ingranaggi Studio e ottimizzazione di un sistema di eliche controrotanti 15

16 Grazie per l attenzione Motore piatto a 8 cilindri 16