STUDIO DI MASSIMA DI UN CARRELLO DI ATTERRAGGIO PER UN BANCO PROVA MOTORI VOLANTE

Transcript

1 Università degli Studi di Bologna - Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Corso di Disegno Tecnico Industriale STUDIO DI MASSIMA DI UN CARRELLO DI ATTERRAGGIO PER Candidato: UN BANCO PROVA MOTORI RICCARDO ROSSINI VOLANTE Anno Accademico 2004 / 2005 Relatore: Prof. Ing. LUCA PIANCASTELLI Correlatori: Prof. Ing. GIANNI CALIGIANA Dott. Ing. ENRICO TROIANI Dott. Ing. CARLO BEZZICCHERI

2 La replica CFRP del Macchi 205 Impiego acrobatico e come banco prova motori Caratteristiche di leggerezza e maneggevolezza - Telaio in composito fibra di carbonio (tesi Ing. Brusori) - Pannelli esterni in sandwich di Nomex con pelli di composito rinforzato con fibra di carbonio - Peso senza motore 400 kg, totale 1400 kg max - Equipaggiamento con motori di potenza fino a 3700 CV: VD 007, trasformato a ciclo Diesel, policarburante FIAT 1900 JTD, 1 o 4 unità Yamaha 1000 YZR1 Fuel cell

3 Vincoli di progetto Carichi all atterraggio (secondo JAR/FAR): - Peso massimo aeroplano: 1400 kg - Atterraggio su una sola gamba - Accelerazione verticale: 2.5 g (5g complessivi di cui 2.5 g sullo smorzatore, tesi Ing. Cerra) - Angolo di imbardata: 8 Contenimento del peso - Riduzione del peso del carrello - Realizzazione di sistemi di chiusura e bloccaggio interamente manuali

4 Materiali impiegati Valutazione dell utilizzo del materiale composito Presenza di molteplici accoppiamenti striscianti tra componenti Elevata sensibilità agli urti (sassi, volatili) Necessità di rivestimenti per resistenza all abrasione o di realizzazioni complete in metallo Sensibile riduzione dei benefici ponderali tipici del composito Necessità di predisporre una struttura protettiva (lega di alluminio o composito) Eccessiva complessità costruttiva a fronte dei ridotti benefici ponderali Rinuncia all utilizzo del materiale composito

5 Materiali impiegati Scelta del materiale metallico idoneo Opzioni di scelta Per ogni tipologia di materiale viene considerato quello con le migliori caratteristiche meccaniche - Acciaio: 300M - AISI 4340 bonificato - Lega di titanio: Ti 7Al4Mo - Lega di alluminio: Ergal 55 T6 (7075) Criteri di scelta Studio comparativo tra le realizzazioni nei diversi materiali, con variabile discriminante il peso del componente - geometria semplice: calcolo di massima per via teorica - geometria complessa: realizzazione di modelli 3D semplificati e dimensionamento di massima mediante verifica FEM

6 Il carrello per la replica CFRP Gamba superiore Perno di rotazione Gamba inferiore Compasso antirotazione Ruota Forcella Perno Peso complessivo 23 kg

7 Pneumatico Modello Goodyear Aero Classic Rib Misura simile all originale 24 x peso 12.9 kg Misura scelta 22 x peso 6.1 kg Riduzione delle dimensioni compatibile con le caratteristiche tecniche ed estetiche del velivolo

8 Cerchio Boccole in luogo dei cuscinetti Impossibilità di utilizzo di un componente commerciale Disegno su misura Lega di alluminio Corpo a 5 razze Peso 2600 gr

9 Perno ruota - boccole Scelta del materiale del perno e della misura delle boccole Peso (gr) Per ognuno 1400 dei tre materiali e per diversi valori del diametro esterno (diametro 1200 nominale delle boccole), 1000utilizzando il modello di massima 800 a lato: 600 Calcolo del diametro interno del perno Calcolo della massa del perno 0 Calcolo della massa dell assieme perno + boccole Diametro boccole (mm) Titanio Acciaio Ergal

10 Perno ruota - boccole Perno: Boccole: Ti 7Al 4Mo Diametro nominale 60 mm Peso 540 gr Larghezza 30 mm Flangia a 3 fori Durata 400 ore (800 voli)

11 Forcella portaruota Scelta della geometria Geometria monobraccio Geometria originale a 2 bracci Geometria Peso Tens. max Spessore braccio Due bracci 8.8 kg 580 MPa 15 mm Monobraccio 8.9 kg 470 MPa 30 mm (stesso peso) Monobraccio (stessa tensione max) (- 20%) 8.1 kg 590 MPa 27 mm (- 10%)

12 Forcella portaruota Scelta del materiale e dimensionamento Realizzazione di modelli FEM di massima e confronto dei pesi Forcella Ergal 55 T6 Struttura monobraccio Peso 3660 gr

13 Gamba inferiore Ti 7Al4Mo Diametri 80 esterno, 76 interno Peso 850 gr

14 Gamba superiore Ti 7Al 4Mo Diametro interno mm Diametro esterno mm Peso 6100 gr

15 Ammortizzatore Gamba superiore Setto laminazione olio Separatore aria - olio Dado Boccola Pistone Asta Vano olio Vano aria Gamba inferiore

16 Impianto frenante

17 Impianto frenante Verifica empirica dello smaltimento del calore, per similitudine con un impianto frenante automobilistico di taglia analoga 1 2 Energia cinetica E c = mv 2 Calore assorbito dal disco Q = disco mdiscocsδt c Calore dissipato Q aria = K S ΔT dt E = Q + Q disco aria Dati automobile Massa 1100 kg Velocità di inizio frenata 100 km/h Diametro disco 240 mm Spessore disco 10 mm Dati aeroplano Massa aeroplano 1400 kg Velocità di inizio frenata 100 km/h Diametro disco 220 mm Spessore disco 4 mm Calcolo di K (valore medio) J K = mm 2 C E c = 270 kj Q disco = 52 kj Q aria = 260 kj K aereo > K automobile

18 Sistema di bloccaggio Telaio e cursore in Ergal Peso complessivo 1100 gr Tampone Cursore Molle (2) Cavo Leva Telaio

19 Sistema di chiusura Cinematismo: Combinazione di due leve del II genere Dati di progetto: F = 150 N max M = 23 kg d = 780 mm a = 500 mm max rp = 22 mm Parametri da ottimizzare: c, k, r = b/a

20 Sistema di chiusura Dimensionamento del cinematismo F massima a carrello chiuso; k ininfluente sul valore max, ma solo sulla forma della curva (meglio piatta) Corsa del cavo decrescente con k: k massimizzato compatibilmente con gli altri apparati k = 50 mm Ottimizzazione di c ed r = b/a per minimizzare l angolo di avvolgimento, ovvero il numero di pompate c = 100 mm; r = (a = 500 mm; b = 21 mm)

21 Sistema di chiusura Meccanismo ad arpionismo Componenti in Ergal Peso complessivo 900 gr

22 Conclusioni Contenimento dei pesi Gambe carrello completo 2 x 23.0 kg Sistemi di bloccaggio 2 x 1.1 kg Sistema di chiusura 0.9 kg Cavi e accessori 0.5 kg Totale tutto incluso 49.6 kg Realizzazione di sistemi di chiusura e bloccaggio interamente manuali, aeroplano poco confortevole Impiego di materiali metallici, con conseguente limitazione della complessità costruttiva legata all eventuale utilizzo del composito