Studio ed ottimizzazione dell installazione del motore VD007 su una replica del Reggiane 2005

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BOLOGNA FACOLTA DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Disegno Tecnico Industriale Studio ed ottimizzazione dell installazione del motore VD007 su una replica del Reggiane 2005 Tesi di laurea di: Cosimo Vitale Relatore: Prof. Ing. Luca Piancastelli Correlatori: Prof. Ing. Gianni Caligiana Prof. Ing. Adrian Postelnicu Dott. Ing. Cristina Renzi 1

2 Scopo del progetto Installazione del motore VD007 ad accensione per compressione su una replica del Reggiane 2005, aereo caccia progettato dalle officine Reggiane durante la seconda guerra mondiale Fasi di lavoro: Ricerca e studio dei disegni originali del Reggiane 2005 in modo tale da rendere possibile una riproduzione precisa della struttura e dell aerodinamica dell intera parte anteriore al parafiamma Raccolta delle informazioni relative al motore VD007 e scelta del sistema sistema di sovralimentazione opportuno Studio e progettazione preliminare del castello motore da agganciare alla struttura del Reggiane; in contemporanea sono stati realizzati anche gli attacchi sul basamento del motore e lo skin della scatola del riduttore Realizzazione e posizionamento di un serbatoio per il gasolio nella parte posteriore del vano motore, davanti alla paratia parafiamma. Inoltre è stata fatta una progettazione preliminare degli impianti di raffreddamento dell acqua e dell olio 2

3 Aereo Reggiane 2005 Caratteristiche tecniche: Monoplano monomotore da caccia Anno di costruzione 1942 Velocità max di 630 km/h Apertura alare di 11 m Lunghezza di 8.91 m Altezza di 3.15 m Superficie alare di 20,4 m 2 Peso a vuoto 2600 kg Peso massimo 3610 kg Carico utile di 974 kg Motore Daimler-Benz 605 A-1 Potenza al decollo di 1475 CV 3

4 STUDIO DELLA CAPPOTTATURA Sulla base dei disegni originali e con l ausilio dello skin completo realizzato dall Ing. Gamberini è stata realizzata una riproduzione fedele della parte anteriore della struttura del RE 2005 fino alla paratia parafiamma. 4

5 REALIZZAZIONE DELLA CAPPOTTATURA Definizione dei piani di schizzo Disegno dei profili della cappottatura seguendo gli schizzi e le correzioni effettuate in precedenza dall Ing. Gamberini 5

6 REALIZZAZIONE DELLA CAPPOTTATURA Esecuzione del loft di superficie Rifilatura per raccordo ali Fori per mitragliatori e prese d aria 6

7 REALIZZAZIONE DELLA CAPPOTTATURA Carenatura scarichi Condotto di aspirazione Cappottatura Realizzazione raccordo ali 7

8 REALIZZAZIONE DELLA CAPPOTTATURA Definizione dei piani di schizzo Disegno dei profili della cappottatura seguendo gli schizzi e le correzioni effettuate in precedenza dall Ing. Gamberini Esecuzione del loft di superficie Rifilatura per raccordo ali Fori per mitragliatori e prese d aria Valutazione visiva spazi Carenatura scarichi Condotto di aspirazione Cappottatura Realizzazione raccordo ali 8

9 Il motore VD007 DB cilindri a V Cilindrata cc Peso 700 kg Potenza 1475 CV VD cilindri a V Cilindrata cc Peso 350 kg Potenza 2180 CV 9

10 Il sistema di sovralimentazione La scelta iniziale è quella di installare il motore ibrido Allison-VD007: VD turbine Allison 250 C-18 10

11 Il sistema di sovralimentazione La scelta iniziale è quella di installare il motore ibrido Allison-VD007: VD turbine Allison 250 C-18 potenza massima al decollo 3900 CV 11

12 Il sistema di sovralimentazione La scelta iniziale è quella di installare il motore ibrido Allison-VD007: VD turbine Allison 250 C-18 potenza massima al decollo 3900 CV con un elica a 6 pale controrotanti 12

13 L ibrido Allison-VD007 ha dimensioni troppo elevate Tentativo di assemblaggio 13

14 L ibrido Allison-VD007 ha dimensioni troppo elevate Tentativo di assemblaggio L idea è stata subito scartata 14

15 Sovralimentazione con GT60 Soluzione costituita da due turbocompressori GT60 della Garrett posizionati dietro al basamento del VD007 Catalogo Garrett 15

16 Sovralimentazione con GT60 Soluzione costituita da due turbocompressori GT60 della Garrett posizionati dietro al basamento del VD007 GT60 16

17 Posizionamento dei turbocompressori Realizzazione di: scatola del riduttore attacchi al castello motore 17

18 IL CASTELLO MOTORE Vincoli progettuali: -2 puntoni punti di aggancio del castello -2 travi con sezione a C variabile motore originale al parafiamma -1 estruso di collegamento tra le travi punti di bloccaggio sul motore VD007 Struttura in Acciaio 300M 18

19 Elica: idromatica FIAT con variazione automatica del passo per il funzionamento a giri costanti 19

20 Sono stati realizzati: - aftercooler - collettori di scarico e di aspirazione 20

21 Il motore è stato agganciato al castello mediante smorzatori di gomma e silent block 21

22 È stato completato il sistema di sovralimentazione 22

23 Il serbatoio del carburante Di solito si hanno più serbatoi, alcuni nelle ali, altri nella fusoliera. Nel nostro caso è stata scelta una soluzione unica in nylon-gomma in un mantello in lega di alluminio. 320 litri Tipologie comuni: - alluminio saldato - duralluminio chiodato - leghe di magnesio saldate - flessibili in nylon e gomma (es. Meryn, Vetus) 23

24 Il serbatoio è stato quindi agganciato al castello motore È stata realizzata una paratia davanti al serbatoio per isolarlo dal vano motore; essa sarà molto utile in seguito come punto di attacco dei serbatoi dell acqua e dell olio e di altri eventuali accessori 24

25 Verifica castello motore È stata realizzata un analisi dettagliata dei carichi agenti sul castello motore ed è stata eseguita una verifica FEM di una delle travi Carichi applicati Carichi di massa: - richiamata n=6 - picchiata n=-3 - atterraggio n=5 Carichi propulsivi: -spinta dell elica F = M tot ng Pm T = = 30215N ve -coppia di reazione Pm 60 Cm = = 10661Nm 2 π n Carichi giroscopici (FAR ): = Ω - beccheggio Ω = 1rad / s - imbardata Ω=2.5rad/s C Ω rot I p 25

26 Analisi FEM 300M acciaio fortemente legato, discendente diretto dell acciaio designato come AISI 4340 a cui è stata aumentata la quantità di silicio, con l effetto dell incremento del limite elastico e della resistenza. La designazione in base alla composizione chimica è 41 SiNiCrMoV76. - Rottura = 1930 MPa - Snervamento = 1520 MPa - Resistenza a fatica = 700 MPa - Modulo elastico E = MPa Discretizzazione del modello nodi 8348 elementi 26

27 Condizione di vincolo 27

28 La trave è stata quindi verificata e questo può fornire ulteriori spunti di approfondimento per eventuali sviluppi futuri del castello motore realizzato 28

29 Il sistema di raffreddamento Il motore VD007 va raffreddato a liquido mediante miscela di acqua e glicole etilenico che sottrae calore dai cilindri Componenti radiatore pompa centrifuga gruppo serbatoio-vaso espansione sistema di condotti Radiatori Sotto il ventre Lontano dall elica elevata pressione aria in ingresso moto laminare della corrente Raffreddamento più efficace e quindi 29 radiatori più piccoli e leggeri

30 Il sistema di raffreddamento Radiatori dell'acqua e dell'olio: - in apparenza è un unico blocco ma sono funzionalmente distinti - disposti parzialmente intubati nella zona centrale dell'ala tra il 2 e il 3 longherone sotto la fusoliera - parzializzazione dell'aria ottenuta mediante la chiusura delle 30 ventole disposte alla bocca d'uscita

31 Il sistema di raffreddamento All uscita dal blocco motore il liquido refrigerante caldo viene convogliato in un serbatoio di espansione collegato ad un vaso di espansione supplementare mediante un tubicino di piccolo diametro Vaso di espansione Telaio di supporto serbatoio Serbatoio 31

32 Il circuito di raffreddamento del refrigerante 32

33 Il circuito di raffreddamento del refrigerante Fluido caldo dal motore Fluido caldo al radiatore Pompa acqua Circolazione forzata Fluido freddo dal radiatore 33

34 Sistema di lubrificazione Componenti : - Radiatore - Pompa più filtro - Sistemi di condotti Caratteristiche limite olio: - 0,8 bar < P < 7bar - 50 C < T <130 C I tubi devono resistere a: - P min = 10 bar - T min = 140 C Linea lunga oltre 3 m tubi di min. 13 mm φ Pompa Filtro 34

35 Il serbatoio dell olio deve essere facilmente accessibile se allocato in basso rispetto all elica, la distanza tra il pelo libero dell olio e tale asse, non deve superare i 400 mm orifizio sfogo acqua che si accumula nel carter 35

36 Il serbatoio dell olio deve essere facilmente accessibile se allocato in basso rispetto all elica, la distanza tra il pelo libero dell olio e tale asse, non deve superare i 400 mm orifizio sfogo acqua che si accumula nel carter Vincolato ad una gabbia, fissata a sua volta alla paratia 36

37 Il circuito del lubrificante dalla coppa al serbatoio dal radiatore alla pompa dell olio dal serbatoio al radiatore 37

38 Conclusioni Il VD007 con i due GT60 è risultato adeguato alle caratteristiche del RE

39 Conclusioni Lo skin della cappottatura è stato riprodotto fedelmente 39

40 Conclusioni Lo skin della cappottatura è stato riprodotto fedelmente 40

41 La verifica FEM ha dimostrato la validità della soluzione scelta per il castello motore L aspetto estetico e aerodinamico originale dell aereo non è stato intaccato 41