Istituto Tecnico Settore Tecnologico Giulio Cesare Falco. Studio dell elica aeronautica Parte 1

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1 Istituto Tecnico Settore Tecnologico Giulio Cesare Falco nuovo indirizzo in Trasporti e Logistica articolazione Costruzione del Mezzo opzione Costruzioni Aeronautiche Studio dell elica aeronautica Parte 1 a cura del prof. Luigi MASCOLO SEDE CENTRALE: Via G. C. Falco CAPUA (CE) Distretto Scolastico n. 17 C. S. : CETF 05000Q - C. F. : TEL SEDE ASSOCIATA: Via Cesare Battisti GRAZZANISE ( CE) Distretto Scolastico n C.S. : CETF 05001R TEL. O

2 Che cosa è? Come è fatta? E l organo che assorbe la potenza erogata dal motore e la trasforma in forza propulsiva utile all avanzamento (Trazione). Il movimento di rotazione del motore, trasmesso all elica, viene da essa convertito in movimento di traslazione del velivolo. Infatti, come una vite che avanza nell aria, l elica è in grado di generare trazione, accelerando all indietro la massa d aria indisturbata che si trova davanti al mezzo. (principio di azione e reazione). L elica è costituita da due o più pale fissate ad un mozzo accoppiato all albero del motore, disposte ad uguale distanza angolare tra loro. Le pale sono gli elementi che creano la forza traente e pertanto si presentano come ali di grande allungamento, svergolate, le cui sezioni sono individuate da profili di corda variabile dal centro alle estremità. A differenza di quelle marine, le eliche aeronautiche sono studiate per agire in un fluido molto meno denso (aria) e pertanto sono caratterizzate soprattutto dalle alte velocità di rotazione e dalla sottigliezza delle pale.

3 Elica Traente Sono poste sulla parte anteriore del motore e perciò studiate per fornire trazione risucchiando il fluido indisturbato che si trova davanti al mezzo e spingendolo all indietro. Appartengono a questa tipologia la maggior parte delle eliche aeronautiche utilizzate dagli aeromobili e alcune moderne applicazioni marine utilizzate sulle navi. Elica Spingente Elica Portante Sono collocate nella zona posteriore del motore. Perciò esse incontrano anteriormente un fluido in moto disuniforme che risente del passaggio tra le superfici fluidodinamiche del mezzo. Pertanto risulta più semplicemente schematizzabile la sua azione sottoforma di spinta anziché trazione. A questa tipologia appartiene la stragrande maggioranza delle eliche marine e alcune recenti applicazioni aeronautiche (prototipi dell'inizio del XX sec). Al contrario delle precedenti, questo tipo di eliche fornisce una spinta sostentatrice che si oppone alla forza di gravità. Sono perciò utilizzate sui velivoli ad ala rotante (autogiri, elicotteri e convertiplano).

4 Geometria dell elica L elica viene rappresentata graficamente tramite 2 viste : PIANTA (proiezione nel piano Y-Z) e il PROFILO (proiezione nel piano X-Y). Gli assi dell elica sono detti: asse X asse di ROTAZIONE asse Y PRIMO asse della pala asse Z SECONDO asse della pala Si definisce campanatura dell elica la linea che unisce i baricentri dei vari profili che costituiscono la pala, tale linea è una curva. L elica possiede pertanto due campanature: quella nel piano Y-Z è detta CAMPANATURA PRIMARIA, quella nel piano X Y è detta CAMPANATURA SECONDARIA. Sezionando la pala nel piano X-Z, si definiscono: b angolo di calettamento geometrico [angolo tra la corda e l asse z] b 0 angolo di calettamento aerodinamico [tra la corda e l asse di portanza nulla ]

5 Passo dell elica Considerando un punto A qualsiasi sulla sezione di pala dell elica, a distanza r dal mozzo, questo, durante il funzionamento, compie un moto roto-traslatorio detto moto elicoidale. Pertanto la generica sezione di pala, a distanza r dal mozzo, nel suo movimento (rotazione + traslazione) descriverà una traiettoria rettificata che forma con il piano di rotazione un angolo pari all angolo di calettamento geometrico, e percorrerà ad ogni giro una distanza longitudinale che rappresenta il passo.

6 In relazione al senso di rotazione, assumendo come punto di osservazione la posizione del pilota, un elica può essere destrorsa o sinistrorsa a seconda che ruoti in verso orario o antiorario rispettivamente. Se tutte le sezioni delle pale dell elica hanno lo stesso passo (le corde dei profili convergono in un punto), per cui necessariamente, allontanandosi dal mozzo lungo la pala, dovrà diminuire il loro angolo di calettamento, l elica è detta a passo UNIFORME il altrimenti è detta a passo VARIO. Si definisce PASSO GEOMETRICO la distanza percorsa da un generico punto sulla pala dell elica ad ogni giro ed è data da: p 2p r tg b [* se si fa riferimento a b0 si parla di passo aerodinamico po2pr tg b0 ]

7 Ricapitolando un'elica può essere: a PASSO UNIFORME se ogni sezione presenta lo stesso valore del passo (quindi il calettamento geometrico delle differenti sezioni diminuisce all'aumentare della loro distanza dal mozzo); a PASSO VARIO se le differenti sezioni presentano diversi valori del passo; a PASSO FISSO se il valore del passo geometrico, e quindi l angolo di calettamento non può essere cambiato. E fissato costruttivamente e caratteristico dell elica; a PASSO VARIABILE se esso può essere modificato, ad esempio, tramite servomeccanismi.

8 Il passo geometrico, in realtà, è la distanza teoricamente percorsa se si trascura la cedevolezza del fluido e perciò corrisponde alla distanza che l'elica percorrerebbe se si muovesse all'interno di un corpo solido. In realtà l elica trasla per ogni giro di una quantità minore del passo geometrico (AVANZO). AVANZO (A): la distanza effettiva percorsa dall elica ad ogni giro. REGRESSO (R): la differenza tra passo geometrico e avanzo dell elica Se indichiamo con V la velocità di traslazione, w la velocità angolare e t il tempo impiegato dall elica per fare un giro si ottiene : A V t v 2p/v V / N R p A 2p r tg b - V/N

9 Elica a passo fisso V la velocitàdi volo indicando con R il raggio dell' elica N è il numerodi giri / min si ottiene: 2pN Velocitàangolare w [rad / sec] 60 Velocità perifericadelle pale VP w R Velocità relativaalla pala w V 2 P V 2 V V Rapportodi funzionamento V P w R se T è la trazione (componente R è la forzaresistente (componente C è della forzaaerodinamica della forzaaerodinamica la coppiaassorbita dall' elica lungo lungo x) z) va lg onole Formule di Re nard : T v 2 R 4 C v 2 R 5 i coefficent i di trazione e di coppia vengono ricavati sperimentalmente in funzione di.

10 Gruppo motopropulsore L elica essendo una macchina motrice, fornisce una potenza utile u ed assorbe una potenza a (fornita dal motore). Ha pertanto un RENDIMENTO PROPULSIVO dato da: e u a T V C w L elica in genere è collegata al motore in presa diretta (motoelica) oppure attraverso un riduttore di giri (turboelica). In quest ultimo caso occorre considerare anche il rendimento del riduttore: r Potenzain uscita riduttore Potenzaingresso elica e e r Potenzauscita riduttore Potenzaingresso riduttore Potenzauscita elica Potenzaingresso elica u a T V C w Potenzauscita riduttore ur Potenzain uscita motore a Potenzauscita elica u Potenzain uscita riduttore ur u ra