Studio e ottimizzazione di un motore V16 Turbodiesel Common Rail per uso aeronautico. Correlatore: Ing. Cristina Renzi

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Vittorio Morelli
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1 Studio e ottimizzazione di un motore V16 Turbodiesel Common Rail per uso aeronautico Tesi di laurea di: Davide Rontini Relatore: Prof. Ing. Luca Piancastelli Correlatore: Ing. Cristina Renzi Università degli Studi di Bologna II Facoltà di Ingegneria A.A. 2007/2008

OBBIETTIVI PRINCIPALI DI PARTENZA NELLA SCELTA DEL NUOVO PROPULSORE Propulsore che vada a coprire una fascia di mercato aeronautico con potenza a

2 OBBIETTIVI PRINCIPALI DI PARTENZA NELLA SCELTA DEL NUOVO PROPULSORE Propulsore che vada a coprire una fascia di mercato aeronautico con potenza a partire da 800 CV Affidabile Leggero Compatto UNITA CILINDRO Cilindrata = 998 cc Potenza = 175 CV N giri = rpm Coppia = Nm Peso = 75 kg Economico

3 OBBIETTIVI PROGETTUALI DI PARTENZA PER LA REALIZZAZIONE DI UN MOTORE PER USO AVIO Realizzare un basamento a V di 60, partendo dal progetto realizzato dall Ing. Castellani Riuscire, dove possibile, ad ottenere un basamento leggero e compatto, che allo stesso tempo utilizzi alcune delle soluzioni della versione precedente Adattare il nuovo basamento all albero motore per un V16 realizzato dall Ing. Bencivenni

4 I FASE: disegno del nuovo basamento a partire dall albero motore dell Ing. Bencivenni leggermente modificato. Del basamento originale (sempre dell Ing. Castellani) sono state conservate alcune soluzioni costruttive particolarmente efficaci. II FASE: analisi critica del basamento della I fase e acquisizione del nuovo albero motore alleggerito (Ing. Bencivenni). III FASE: nuovo basamento con il nuovo albero motore ed alcune migliorie volte ad un ulteriore riduzione di massa.

5 IL BASAMENTO DI PARTENZA (Ing. Castellani) Il basamento di partenza presenta le seguenti caratteristiche: Alesaggio 82 mm Ingombro longitudinale: 789 mm Angolo tra le bancate: 80 Massa: kg Materiale Ghisa Compact Graphite Iron (CGI).

IL MIO PRIMO BASAMENTO (1 Fase) Sono stati eliminati alcuni supporti (passando da nove a cinque supporti), con un notevole vantaggio dal punto di vista della massa.

6 IL MIO PRIMO BASAMENTO (1 Fase) Sono stati eliminati alcuni supporti (passando da nove a cinque supporti), con un notevole vantaggio dal punto di vista della massa. I supporti sono stati realizzati con sezione ad H, al fine di sfruttare al meglio le caratteristiche della sezione stessa: questa soluzione unisce alla resistenza meccanica buone caratteristiche in termini di leggerezza.

7 IL MIO PRIMO BASAMENTO (1 Fase) Massa basamento: 13 kg Larghezza: 160 mm Lunghezza: 789 mm Rispetto al basamento realizzato da Castellani ho ottenuto una riduzione di massa di 2,4 kg.

8 CARATTERISTICHE DEL NUOVO ALBERO MOTORE (Ing. Bencivenni) YR1 V16 Massa: 12,4 kg Lunghezza: 723 mm Materiale: Acciaio 300M Diametro dei 3 supporti banco centrali: ø72 mm Diametro dei 2 supporti banco all estremità: ø56 mm Diametro dei perni di biella: ø36 mm

9 MODIFICA DEL BASAMENTO (il mio secondo basamento III fase) é stato realizzato un secondo basamento per assemblare il nuovo albero motore dell Ing. Bencivenni.

10 CARATTERISTICHE PRINCIPALI Alesaggio: 60mm Larghezza: 160 mm Lunghezza longitudinale: 762 mm Massa: 9.2 kg Spessore: 4 mm

11 Coppa o Basamento inferiore Nel passo successivo si è realizzato un basamento inferiore senza la coppa dell olio in quanto si è deciso di affrontare la lubrificazione a carter secco. Il materiale utilizzato è una lega di alluminio. Lunghezza: 910 mm Larghezza: 160 mm Massa: 2.47 kg

CIRCUITO DI LUBRIFICAZIONE Il condotto centrale del circuito di lubrificazione ha un diametro di 5 mm, mentre i condotti dei supporti hanno un diametro di 4 mm.

12 CIRCUITO DI LUBRIFICAZIONE Il condotto centrale del circuito di lubrificazione ha un diametro di 5 mm, mentre i condotti dei supporti hanno un diametro di 4 mm. La pressione interna max risulta essere di 6 bar. A lato si può notare come nel canale principale, posto nella parte alta del basamento, l olio in pressione scenda attraverso il condotto nei supporti di banco.

13 ANALISI AGLI ELEMENTI FINITI del mio secondo basamento. Semplificazione del modello e creazione delle mesh su tutta la superficie del basamento. Per il calcolo del massimo valore di sollecitazione è stato utilizzato il criterio di von Mises. σ von Mises σ Limite < 1

14 Per la reticolazione e per agevolare i calcoli, sono stati eliminati tutti i raggi di raccordo e i fori presenti sulla superficie del basamento. Con questa considerazione ho semplificato notevolmente i calcoli.

ELABORAZIONE FINALE DEI DATI Nell elaborazione finale ho tenuto conto dei seguenti dati di ingresso: pressione interna del circuito di lubrificazione di 6 bar: pressione camera di combustione 160

15 ELABORAZIONE FINALE DEI DATI Nell elaborazione finale ho tenuto conto dei seguenti dati di ingresso: pressione interna del circuito di lubrificazione di 6 bar: pressione camera di combustione 160 bar: forza sui supporti di banco Fv= N Introducendo questi dati, risulta che il basamento ha un coefficienti di sicurezza minimo di 2, e quindi il progetto è verificato. Si può notare che le zone in cui si hanno colori caldi, abbiamo un coefficiente di sicurezza minimo di 2.

16 ASSEMBLAGGIO CON ALBERO MOTORE A lato è possibile notare un immagine della sezione del motore finale, dove viene messo in risalto l accoppiamento tra albero motore e basamento superiore e inferiore.

17 MASSE DEL V16 Basamento: 9 kg Coppa: 2.47 kg Pistoni: 8.41 kg Bielle, viti, e bronzine: 6.4 kg Scarico: 5.6 kg Collettori aspirazione: 10 kg Turbocompressore: 13.6 kg Albero : 12.4 kg Ruote: 13.7 kg Naso: 4.1 kg Teste: 68 kg Pompe olio, acqua:14 kg Massa totale stimata complessiva : 300 kg

18 CONCLUSIONI Obiettivi raggiunti: realizzazione di un basamento adatto ad accogliere l albero motore di un motore V16 per uso aeronautico basato sull unità cilindro della YR1 2003; contenimento della massa; elevata affidabilità;

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