ANALISI E PROPOSTE DI MIGLIORAMENTO PER UNA TESTATA DI MOTORE DIESEL AERONAUTICO

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1 ANALISI E PROPOSTE DI MIGLIORAMENTO PER UNA TESTATA DI MOTORE DIESEL AERONAUTICO Candidato: Daniele Solieri Relatore: Prof. Ing. L. Piancastelli Correlatori: Prof. Ing. F. Persiani Prof. Ing. G. Caligiana Università degli studi di Bologna - Facoltà di Ingegneria - A.A. 2002/ giugno 2003

2 PROGETTO DEL CRF/UNIVERSITA DI BO Installazione motore 1.9 jtd della FIAT su un velivolo Portare il propulsore dalla potenza di 115 CV a 240 CV. Si pensa che gli organi meccanici siano sovradimensionati data normativa sulle emissioni EURO 4 il livello dei controlli sui componenti (per lotti), la durata del motore auto, le non sempre favorevoli condizioni di raffreddamento, il funzionamento caratterizzato da continue regolazioni del motore per autotrazione, mentre il motore avio è mantenuto fra il 70 e il 100% della potenza massima Assistenza al CRF per la certificazione JAA (AVIO)

3 OGGETTO DELLO STUDIO ANALISI, LIMITI E MIGLIORAMENTI DELLA TESTATA DEL MOTORE 1.9 jtd DESTINATO ALL IMPIEGO AERONAUTICO

4 FLUSSO DI LAVORO Determinazione della mappa delle durezze della testata Costruzione del modello CAD della testata con Solid Edge Determinazione (tramite prove di riscaldamento su campioni ritagliati in zone non sollecitate termicamente) della durezza residua del materiale al variare della temperatura e del tempo Mappatura delle temperature della testata partendo dalle durezze residue e da una temperatura misurate dal CRF Analisi ad elementi finiti con Design Space mediante il metodo Bernardi Determinazione dei limiti di sollecitazione

5 Mappatura delle DUREZZE HRB della testata 56 prove di durezza su tutta la testata Valore minimo di 51 HRB rilevato nella zona tra le sedi delle due valvole Valore massimo di 77 HRB nelle zone più lontane La durezza della testata risulta essere minore nei punti in cui si ha l innesco della combustione e più elevata allontanandosi da esso

6 Mappatura delle DUREZZE residue del materiale della testata Ritagliati 16 provini da zone non termicamente sollecitate della testata 6 provini a 247 (Tmax della testata dato CRF) per 60 ore complessive (misure HRB dopo 2h, 5h, 8h, 23h, 30h, 60h) 6 provini a 180 per 60 ore complessive (misure HRB dopo 2h, 5h, 8h, 23h, 30h, 60h) 2 provini a 220 per 5h (misure HRB dopo 2h, 5h) 2 provini a 200 per 5h(misure HRB dopo 2h, 5h)

7 Durezza in funzione della temperatura e del tempo Durezza HRB della lega GD-AlSi 9 in funzione del tem po e della tem peratura Durezza a 247 C Durezza a 220 C Durezza a 200 C Durezza a 180 C Durezza HRB Ore di riscaldam ento

8 Nota la temperatura (247 C) e la durezza (51 HRB) in un punto della camera di combustione si determina il tempo di riscaldamento equivalente sulla mappa (12h) HRB Durezza HRB C h Ore di riscaldamento

9 Da HRB a C

10 Diagramma σ s -T lega GD-AlSi9 (carico statico) da Bibliografia 300 Tensione di snervamento (MPa) SNERV Temperatura (deg C)

11 Diagramma Modulo di Elasticità - Temperatura lega GD-AlSi9 (carico statico) da Bibliografia Serie T emp erat ura ( d eg C )

12 Calcolo in Design Space Si è utilizzato un metodo innovativo, messo a punto in una tesi precedente riguardante l analisi del pistone, che consiste nella suddivisione della testata in più zone a temperatura costante incollate tra di loro con vincoli di congruenza (spostamenti e rotazioni ai nodi). Questo permette l impiego di un solutore lineare.

13 RISULTATI CALCOLO DESIGN SPACE ( nodi e elementi ) Carico: pressione di 240 bar in camera Risultato: Coefficiente di sicurezza sempre maggiore o uguale a due

14 RAGGIUNGIMENTO DEL LIMITE CON IL CALCOLO LINEARE Carico: pressione di 260 bar in camera Limite strutturale raggiunto. Fattore di sicurezza minore di 1

15 CONCLUSIONI Limite del componente strutturale è stato raggiunto con un carico pari a 260 bar in camera LA TESTATA DEL MOTORE PUO ESSERE UTILIZZATA NEL CAMPO AERONAUTICO SENZA SUBIRE MIGLIORIE CHE NE DETERMININO UNA MAGGIOR RESISTENZA PURCHE SI EVITI L INNALZAMENTO DELLA TEMPERATURA SI FARA IPPATURA PER CONTROLLO QUALITA

16 CONSIDERAZIONI Il carico applicabile è limitato dagli altri componenti del motore, primo dei quali il pistone che può al massimo reggere 200 bar in camera. La testata risulta essere ampiamente sovradimensionata