Avamprogetto strutturale ed economico dell abitacolo della replica del Macchi 205V

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BOLOGNA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Disegno Tecnico Industriale Avamprogetto strutturale ed economico dell abitacolo della replica del Macchi 205V Tesi di Laurea di: Marco Bernardi Relatore: Prof. Ing. Luca Piancastelli Correlatori: Prof. Ing. Gianni Caligiana Prof. Ing. Alfredo Liverani Prof. Ing. Enrico Troiani Anno accademico 2004/2005

2 SCOPO DEL PROGETTO La tesi si inserisce nell ambito del progetto virtuale Gallerie Caproni che comprende l acquisizione e digitalizzazione della documentazione originale di velivoli storici e la ricostruzione virtuale degli stessi. NELLO SPECIFICO: Costruire un modello virtuale della zona dell abitacolo e della strumentazione presente. Valutare la possibilità di realizzare una versione biposto del velivolo. FASI DEL PROGETTO: Calcolo dei principali carichi in volo e a terra agenti sul velivolo Studio dell abitacolo originale e realizzazione di un modello 3D mediante il CAD Solidworks 2005 Realizzazione del vano per il passeggero Analisi delle tensioni presenti nella struttura tramite il software ad elementi finiti Ansys Workbench 9.0

3 CARICHI AGENTI IN VOLO NORMATIVA FAR 23 Rivolta agli aeromobili di aviazione generale ed acrobatici, di peso inferiore a 12,500 libbre (5670 Kg) e con massimo nove posti, pilota escluso. CARICHI DI PROGETTO = 1.5 CARICHI AGENTI M P P c T R Q

4 DIAGRAMMA DI MANOVRA Andamento del fattore di carico n in funzione della velocità di volo v n n = rapporto tra la portanza P e il peso del velivolo Q n = P/Q con P = 1/2 ρ v 2 S C p V [m/s] ρ densità aria S superficie alare Cp coefficiente di portanza

5 SCIVOLATA D ALA Manovra asimmetrica in cui l aereo ha una componente di moto traslatorio lungo l asse del beccheggio La principale forza che agisce è dovuta alla portanza della deriva L = 1/2 ρ v 2 C p A L = N

6 CARICHI AL SUOLO ATTERRAGGIO Normativa: Fattore di carico non inferiore a 2g (FAR ) Applicazione della forza al ruotino di coda come in figura (FAR a) Condizione di atterraggio analizzata: fattore di carico 5g e 1/3 del peso sul ruotino F attruotino = N RIBALTAMENTO Fattore di carico 2.5 Applicazione forza al rollbar F R = m a 2,5 g = N

7 COSTRUZIONE DELL ABITACOLO 19 ordinate ad andamento decrescente Realizzazione profilo

8 ORDINATE E CORRENTI ORDINATE CORRENTI ORDINATA PRINCI 57 4 e : 6 : PALI E SECONDARI : Ordinate Sezione Seconda Z ordinata ( z-stiffeners ). forma, forza del di incomplete. forza sedile. del velivolo. Incremento Sezione ad C L della 80x60x60 50x50 resistenza mm, mm, a spessore flessione 23 6mm ed a torsione. Rimedio per il buckling.

9 HONEYCOMB PAVIMENTAZIONE

10 BATTELLINO + SEDILE CORAZZATO Costruito Regolazione I quattro punti a mano altezza di collegamento Acciaio tramite cricchetto Spessore del sedile 8 vite/madrevite mm corazzato Peso 33,5 Kg

11 STRUMENTAZIONE CRUSCOTTO FRONTALE CRUSCOTTO INFERIORE CENTRALE (III SERIE) CRUSCOTTO INFERIORE SINISTRO

12 COMANDI VELIVOLO BARRA DI COMANDO LEVE MOTORE ED ELICA PEDALIERA

13 ABITACOLO ORIGINALE

14 REALIZZAZIONE VANO PASSEGGERO ZONA APPARATO ARMAMENTO ZONA SERBATOIO POSTERIORE SOLUZIONE SCARTATA SOLUZIONE SCELTA SPAZIO DISPONIBILE DALLA RIMOZIONE SERBATOIO DELLE MITRAGLIATRICI POSTERIORE NESSUN χ VICINANZA PROBLEMA GAMBE AL DI MOTORE VISUALE POSSIBILE χmantenere OSTRUZIONE LA VISUALE LINEA DEL PRIMO VELIVOLO PILOTA ORIGINALE

15 NUOVE ORDINATE E CORRENTI ORDINATA 10: Ordinata di forza. Sezione a C 50x60x40 mm, spessore 3 mm. CORRENTI PRINCIPALI E SECONDARI: Z-stiffeners ORDINATE 8 e 9: Ordinate incomplete. Sezione ad L 50x60, spessore 2 mm.

16 NUOVO SEDILE STRUTTURA Leader mondiale nella produzione di sedili MARTIN-BAKER IN LEGA DI ALLUMINIO ( peso circa 20 kg) per aeroplani ed elicotteri ANIMA SEGGIOLINO: Lastra spessa 2 mm.

17 ABITACOLO CON VANO PASSEGGERO

18 ANALISI TENSIONALE CON IL METODO DEGLI ELEMENTI FINITI SOFTWARE UTILIZZATO: Ansys MESH: Workbench 9.0 MATERIALE: elementi. Lega alluminio nodi T3 STRUTTURA Ordinate e correnti: elementi SEMPLIFICATA: brick Eliminati Rivestimento: i raccordi. elementi Rivestimento shell importato come superficie (spessore di 1,2 mm impostato in Ansys)

19 ATTERRAGGIO Vincolo fisso sull ordinata 4 Forza remota applicata nel punto di collegamento del ruotino alla fusoliera VERIFICA STATICA (Von Mises):σ MAX = 457 MPa VERIFICA AD INSTABILITA (Buckling): Fattore moltiplicativo = 0,6758

20 RIBALTAMENTO Vincolo fisso sull ordinata 4 Forza remota applicata all ordinata 10 (rollbar) VERIFICA STATICA (Von Mises):σ MAX = 310 MPa VERIFICA AD INSTABILITA (Buckling): Fattore moltiplicativo = 1,03184

21 SCIVOLATA D ALA Vincolo fisso sull ordinata 4 Forza remota applicata alla deriva VERIFICA STATICA (Von Mises):σ MAX = 355 MPa VERIFICA AD INSTABILITA (Buckling): Fattore moltiplicativo = 1,09316

22 CONCLUSIONI 1) 2) Si La èversione riprodotto con fedelmente passeggero l abitacolo si integra originale. perfettamente con il resto del velivolo.

23 CONCLUSIONI 3) La linea originale del velivolo è rimasta praticamente inalterata.

24 CONCLUSIONI 4) Le verifiche a rottura e ad instabilità per i tre carichi più gravosi hanno dato buoni risultati

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