Studio e ottimizzazione di una versione a V stretta del motore VD-007

Transcript

1 Studio e ottimizzazione di una versione a V stretta del motore VD-007 RELATORE: Chiar.mo Prof. Luca Piancastelli CORRELATORI: Dott. Ing. Cristina Renzi CANDIDATO: Carlo Alberto Ruggeri Università degli studi di Bologna -Facoltà di Ingegneria- A.A. 2007/2008 Sessione Terza

2 Obiettivi Realizzazione di un propulsore per uso aeronautico con basamento in lega leggera partendo dal lavoro svolto dagli Ing. Ricci-Maccarini, Zaccaria, Grandi di C.c. in grado di erogare 2200 Cv. Contenimento delle masse e degli ingombri, in particolare riponendo attenzione a ridurre il più possibile l angolo tra le bancate. Utilizzo di soluzioni semplici e affidabili.

3 Geometria del pistone Pistone originale V-90 Pistone Modificato

4 Geometria del pistone La particolare conformazione asimmetrica si è resa necessaria per ridurre al minimo l angolo di bancata. Vincoli alle possibilità di modifica del pistone dettati dalla posizione del segmento più basso: è stato lasciato 1mm di materiale tra l estremità superiore dello scavo e la sede del segmento stesso.

5 Geometria del pistone Foro di equilibratura Eliminazione scavi sulle portate dello spinotto

6 L angolo di bancata minimo è funzione della possibilità di modifica dei pistoni. Ho ottenuto una V pari a 46 rispetto ai 60 della precedente versione. Questa informazione, assieme agli altri vincoli dimensionali dell imbiellaggio, determina la definizione del basamento.

7 E di vitale importanza che le fasce elastiche, una volta montate, durante la corsa dei pistoni rimangano a contatto col cilindro (al PMI e PMS); inoltre che i pistoni stessi non collidano tra loro quando il perno di manovella si trova nel punto più basso.

8 Il basamento si compone di 2 parti, divise secondo un piano orizzontale che giace sulla mezzeria dell albero motore. Basamento alto Basamento basso

9 Lubrificazione Il rail principale dell olio è realizzato da un elemento con sezione a c in acciaio su cui sono stati ricavati i fori per alloggiare i condotti che portano olio alle rispettive bronzine di banco. La chiusura del rail è ottenuta tramite un lamierino in acciaio saldato all elemento a c che funge anche da coperchio per il basamento inferiore.

10 Sezione del basamento basso: in evidenza il sistema di lubrificazione installato. Lubrificazione

11 Lubrificazione Mandata olio alle testate: un condotto per ogni bancata che parte dal rail principale. Ritorno olio dalle testate: per gravità

12 Lubrificazione Per raffreddare le pareti dei cilindri e il cielo del pistone sono stati previsti degli ugelli opportunamente orientati. Questi prelevano l olio in uscita dalle bronzine.

13 Accessori e distribuzione del moto Rimuovendo il coperchio della distribuzione possiamo notare le ruote dentate su cui si impegnano le catene per la movimentazione degli accessori e degli alberi a cammes. Sono previste due catene: le ruote dentate su cui si impegnano sfasate di un dente l una rispetto all altra per ottenere una progressione ottimale del movimento.

14 Percorso catene e accessori Albero a cammes Pompa common rail Pompa H20+Olio Alternatore

15 Assorbimento potenze accessori Albero a cammes Potenza (kw) R.p.m Alternatore 7, Pompa H20+Olio Pompa common rail

16 Criteri per la riduzione delle masse Per l individuazione del dimensionamento ottimale degli scavi di alleggerimento mi sono avvalso di un foglio di calcolo realizzato con Mathematica 6.0. I/M = {[ y(-2+x)(1-1/12(-2+x)^2)+(1000x^3/12)](2+y)}/2000(y+x) CON: Y = Dimensione del lato di scavo X = Larghezza parete Lo scopo è la ricerca della dimensione ottimale del lato del quadrato di scavo per massimizzare il rapporto tra momento di inerzia della sezione e massa.

17 Tensione massima secondo Von Mises pari a 3270 Mpa Analisi FEM Ottenuta in corrispondenza della filettatura delle viti che tengono unite le due parti del basamento. Ovvieremo al problema ricorrendo all installazione di HELICOIL al posto delle filettature di pezzo per le viti più sollecitate.

18 L Helicoil è una sorta di spirale a fili di sezione romboidale laminati a freddo. Il filo viene avvolto come una molla in modo che il diametro esterno delle spire, a riposo, sia di poco maggiore di quello del foro. Durante l'installazione l'helicoil viene inserito e avvitato con l'apposito utensile, le spire si contraggono e si adattano al diametro del foro, il diametro interno si riduce e raggiunge il valore nominale. Questo accorgimento assicura ottimo bloccaggio dell'inserto contro la parete del foro. Helicoil

19 Dimensioni di massima/ingombro frontale

20 Dimensioni di massima/ingombro longitudinale

21 Masse Accessori Basamento Imbiellaggio Ruote dentate-supporti-coperchi Testata e collettore di scarico Viteria TOTALE 19,5 kg 72kg 49,6 kg 16,35 kg 110 kg 19,1 kg 287,35 kg

22 Vista ¾ anteriore Vista ¾ posteriore

23 Conclusioni-Sviluppi futuri Raggiunto l obiettivo di riduzione e di contenimento delle dimensioni e delle masse. Verifica agli elementi finiti del basamento basso. Ricerca di un trattamento superficiale per il mantello dei pistoni più efficace che possa essere più duraturo nel tempo, vista la poca superficie di appoggio ottenuta dopo gli scavi sugli stessi.