Studio e Ingegnerizzazione

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1 Studio e Ingegnerizzazione Turbina Allison 250 c-18c Tesi di Vicino Luca Relatore Chir.moProf.Ing Luca Piancastelli

2 Motivazione allo studio Studiare il comportamento della Turbina Allison 250 c18; Ingegnerizzazione Inversa della parte rotorica del compressore assiale della turbina; Valutare la possibilità di adattare la turbina alla portata del motore Diesel 1900jtd AVIO.

3 Caratteristiche Turbina Allison 250 c18 Il compressore è composto da sei stadi a flusso assiale e da uno stadio a flusso centrifugo, il rapporto di compressione complessivo è di 6.2:1. La parte calda si compone invece di quattro stadi di turbina dei quali i primi due trascinano il compressore e sono pertanto calettati sullo stesso albero; gli altri due stadi sono quelli di potenza. La portata massima elaborata a terra a temperatura standard è di circa 1,39 kg/s. La potenza sviluppata in queste condizioni è di 317 Cv.

4 Funzionamento della turbina come sistema di sovralimentazione motore L idea è quella di adottare generatore di gas come turbocompressore; Durante il funzionamento ordinario, il motore riceve aria dal compressore dell Allison e i gas in uscita dal motore mettono in rotazione le due turbine del generatore garantendo l autosostentamento del gruppo; La camera di combustione del motore a turbina non è utilizzata, infatti la mandata del compressore è sul motore; Diesel

5 Condizione di Emergenza In condizioni di avaria del motore Diesel la mandata del compressore è immessa nella camera di combustione della Turbina Allison, che in condizioni normali viene by-passata passata; In questo caso la turbina a valle della camera di combustione può disporre di un rilevante salto entalpico in quanto in camera di combustione i gas raggiungono i 1000 C; Grazie a questa energia i due stadi di potenza della turbina possono fornire potenza necessaria al volo;

6 Turbocompound Il turbocompound è un tipico esempio di riciclaggio: anziché disperdere energia dal tubo di scarico, a valle del turbocompressore è situata una turbina che ricava dai gas di scarico una maggiore quantità di calore; Nel caso del motore ibrido i gas uscenti dal burner 2 vengono immessi in una turbina la quale, tramite un riduttore di giri, mette in movimento l elica. l

7 Adattamento turbina Allison al motore La portata della turbina è di circa 1,39 kg/sec, mentre quella del motore diesel è di soli 0,139 kg/sec; A causa della riduzione di portata è stato necessario ridurre drasticamente l area l di passaggio dell aria; È stata effettuata l l Ingegnerizazzione Inversa della parte rotorica del compressore assiale. 1900jtd AVIO

8 Ingegnerizzazione Inversa Tramite una macchina di misura motorizzata fornita di tastatore a testa sferica, avviene il rilievo delle superfici per punti; Tramite l utilizzo del joystick, la macchina di misura mette in movimento il tastatore lungo il profilo; Il sensore tasta il profilo creando dei punti, che in seguito verranno uniti per ottenere delle curve, che rappresentano il profilo.

9 Elaborazione grafica del compressore Utilizzando il programma di disegno 3D SolidWork si sono rimodellati gli stadi rotorici del compressore. Il primo passo è stato quello rendere la rappresentazione grafica più vicina possibile alla realtà. Il secondo è stato quello di eliminare l offset l del sensore sferico pari a 0,97 mm.

10 Elaborazione Grafica del compressore Si sono rimodellati i mozzi dei vari stadi attraverso le misurazioni effettuate tramite l uso l del calibro; Infine si è unito le due rappresentazioni grafiche realizzando lo stadio rotorico del compressore;

11 Elaborazione grafica del compressore

12 Elaborazione grafica del compressore

13 Elaborazione grafica del compressore

14 Compressore adattato al motore Diesel Conoscendo la portata d aria d dal manuale d uso, d si è trovata la velocità assiale lungo il primo stadio e la si è considerata costante lungo tutto il compressore; Si possono calcolare le densità dell aria lungo tutto il compressore, essendo note le dimensioni rilevate attraverso l ingegnerizzazionel ingegnerizzazione; Dalla densità si ricava la pressione lungo tutti gli stadi; Nel nuovo compressore si è imposto di eseguire gli stessi incrementi di pressione. Essendo che le aeree di passaggio sono state ridotte, per mantenere la stessa velocità periferica si dovuto aumentare la velocità di rotazione del compressore. Il nuovo compressore assiale risulta lungo 11 cm, decisamente più corto rispetto al compressore originale

15 Conclusioni Il motore ibrido così pensato permette dunque una maggiore sicurezza durante il volo grazie alla disponibilità di 50 kw in situazione di avaria del motore principale. La possibilità di poter contare su due macchine meccanicamente indipendenti è una ulteriore garanzia per la sicurezza del velivolo, infatti non essendoci parti che collegano meccanicamente i due motori, si ottengono due motori tra loro completamente indipendenti. Nonostante ciò si nota che la realizzazione pratica di questo sistema è molto complessa in quanto tutti i componenti del motore turbogas devono essere ottenuti per microfusione poiché le dimensioni in gioco sono molto ridotte