Studio di fattibilità di un motore Diesel aeronautico a ridotta manutenzione

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1 Alma Mater Studiorum - Università di Bologna Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni Meccaniche, Nucleari, Aeronautiche e di Metallurgia Studio di fattibilità di un motore Diesel aeronautico a ridotta manutenzione Candidato: Lorenzo Francia Relatore: Prof. Ing. Luca Piancastelli Correlatori: Prof. Ing. Gianni Caligiana Prof. Ing. Alfredo Liverani

2 Obiettivo Realizzare un motore aeronautico per velivoli ultraleggeri che non necessiti di manutenzione

3 Contesto di impiego L aviatore di ultraleggeri: non deve compilare piani di volo è responsabile della manutenzione del velivolo Fattore umano Incidenti mortali 10 volte più frequenti di quelli automobilistici!

4 Specifiche rapporto peso-potenza: potenza: potenza 60 kw e peso 60 kg ingombro contenuto assenza di manutenzione per tutta la vita prevista architettura semplice costo di produzione adeguato alla fascia di utenti che si intende soddisfare

5 Soluzioni struttura in lega leggera sovralimentazione riduzione del peso ciclo due tempi senza valvole struttura semplice lubrificazione a gasolio ridotta manutenzione Motore due tempi Diesel

6 Configurazione motore a due cilindri orizzontali opposti facilità di raffreddamento modularità equilibratura

7 Sistema di raffreddamento raffreddamento ad aria assenza di manutenzione affidabilità leggerezza ingombri limitati

8 -raffreddamento- Caratteristiche della superficie alettata potenza termica asportata dalla superficie alettata: 40 kw estensione : 2 m 2 altezza delle alette: 55 mm spessore medio: 3,5 mm peso totale della alettatura : 4 kg valore inferiore del 15% rispetto all uso di un sistema di raffreddamento a liquido

9 Lubrificazione a gasolio -vantaggi- riduce il numero di controlli da effettuare prima del decollo semplifica la struttura drastica riduzione della manutenzione limitazione del fattore umano Aumento della sicurezza

10 necessità di ridurre il numero di componenti che richiedono lubrificazione -Conseguenze della lubrificazione a gasoliocuscinetti volventi configurazione a doppio albero motore

11 Configurazione a doppio albero motore incremento di peso : 3 kg Vantaggi: le forze alterne sono facilmente equilibrate Svantaggi: Aumentano ingombri e pesi incremento di larghezza : 85 mm

12 Sovralimentazione consente di contenere la cilindrata, quindi anche le dimensioni evita la formazione di ghiaccio nei condotti di aspirazione però aumenta la complessità strutturale

13 - Sovralimentazione - Confronto tra le soluzioni studiate Versione e cilindrata λ v Peso con riduttore (kg) Larghezza (mm) Aspirata (2,0 l) 0, Sovralimentata (1,3 l) Sovralimentata con intercooler (0,9 l) 1,

14 Sistema di scarico influenza le fasi di riempimento e lavaggio del cilindro tramite onde di pressione è dimensionato per favorire l erogazione di potenza al regime massimo Sistema tradizionale: marmitta ad espansione Lunghezza totale:1250 mm Efficiente, ma eccessivamente ingombrante

15 -Sistema di scarico - Espansione e valvola rotante valvola rotante collettore Scarichi singoli

16 Valvola rotante carter ingombro limitato leggerezza facile messa a punto collettore otturatore

17 Caratteristiche del sistema di scarico Collettore: instaura un onda riflessa che risale lo scarico e favorisce l espulsione dei fumi Valvola rotante: instaura un onda di pressione positiva che evita l uscita della carica fresca dal cilindro tra RCL e RCS delle luci distanza dalle luci: 400 mm fase angolare richiesta all onda : 70 dopo il PMI anticipo dell otturatore rispetto al PMI: 33 massa: 400g

18 Lubrificazione a gasolio Nel gasolio è contenuto olio pari allo 0,2% gasolio cuscinetto ugelli

19 Caratteristiche della lubrificazione gli organi lubrificati sono i cuscinetti delle parti racchiuse nel carter pompa il getto di gasolio è indirizzato alle piste dei cuscinetti i corpi volventi espellono il gasolio in eccesso il getto ha velocità di 10m/s per vincere le turbolenze il 4-6% del gasolio orario consumato è destinato alla lubrificazione

20 Doppia camera di combustione Camere disposte lungo l asse dello spinotto aumento di sicurezza: i due iniettori sono indipendenti utilizzo di una affidabile pompa in linea a 4 pompanti: il motore può ruotare a 5600 rpm mentre la pompa è limitata a 2800 rpm

21 Riduttore l albero elica ruota a 2800 rpm l albero veloce ruota a rpm il peso è di 6 kg la lubrificazione è tramite olio albero elica albero veloce vita prevista: 1000 ore

22 Flangia di attacco elica Visione globale riduttore intercooler compressore

23 Visione globale Pompa di lubrificazione Valvola rotante

24 Conclusioni la manutenzione è assente per il ciclo di vita previsto il sistema di lubrificazione a gasolio è realizzabile e si dimostra non dispendioso: solo il 4-6% del consumo orario è stata aumentata la sicurezza d uso tramite la sovralimentazione, la doppia camera di combustione, l utilizzo di gasolio come carburante i costi di produzione sono contenuti è possibile ottenere la potenza desiderata di 60 kw gli ingombri sono ridotti: 810x456x467mm il peso, comprensivo di ausiliari e riduttore, è 67 kg

25 Sviluppi futuri alleggerimento del carter, adottando nervature di rinforzo invece che sezioni piene studio di fattibilità mirato all adozione di un turbocompressore lubrificato a gasolio mosso dai gas di scarico

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