Studio di massima e ottimizzazione del basamento di un motore quattro cilindri per uso aeronautico

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1 Università degli Studi di Bologna FACOLTA DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Laboratorio CAD L Studio di massima e ottimizzazione del basamento di un motore quattro cilindri per uso aeronautico Tesi di laurea di: Relatore: PAOLO TESTI Prof. Ing. LUCA PIANCASTELLI Anno Accademico Seconda Sessione

2 Dal motore motociclistico a quello aeronautico Motore Yamaha Motore Aeronautico

3 Dal motore motociclistico a quello aeronautico Albero motore aeronautico Albero motore Yamaha

4 Versatilità del motore Attacco a sbalzo Attacco tipo Rotax 912

5 Stima delle sollecitazioni Momento giroscopico π 2π M G = J B ω = 1 28 = 37Nm 3 6 J = momento d inerzia massimo ottenuto dai dati del costruttore B = rateo di manovra, ovvero l unità di misura quantificante la variazione di rotta dalla traiettoria principale. Si assume B = π/3 rad/sec; ω= velocità angolare di rotazione dell elica, espressa in rad /sec.

6 Stima delle sollecitazioni Forza di richiamata 6g F richiamata = 6 g m = 6 9,81 6 = 3531, 6N Massa equivalente testata Massa eq. albero motore

7 Stima delle sollecitazioni Trazione dell elica 2N/CV F assiale = 2 16 = 32N Reazioni del Riduttore T2= 3839 N N2= 1397 N

8 Stima delle sollecitazioni Calcolo con gli elementi finiti delle reazioni delle forze di pressione sul basamento

9 Verifica agli elementi finiti Procedimento di lavoro Verifica del caso peggiore in accordo con le specifiche del materiale Calcolo dello scostamento tra la deformata reale e quella teoricamente desiderabile (i perni di banco rimangono lungo una retta) Confronto con quelle ottenute sul motore Yamaha sottoposto ai medesimi carichi

10 Analisi dei risultati Confronto Scostamenti,7,6,5,4,3,2 A sbalzo Vincolo Rotax Motore Yamaha, Confronto Scostamenti Direzione Y,7,6,5,4,3,2, A sbalzo Vincolo Rotax Motore Yamaha

11 Verifica dei dati iniziali Sollecitazioni tangenziali Forze alterne totali Forze alterne primo ordine Forze alterne secondo ordine Forze totali

12 Ricerca dell errore F x = π D ( P( α) P ) m ω r( cos( α) + λ cos(2α ) a tg( β ) + m br 2 ω r sin( α) + M L cos( β ) i L espressione analitica presente sul testo Motori a quattro tempi dell ing. Bocchi perde il significato vettoriale per valori dell angolo di biella β negativi. Si utilizzerà dunque la formulazione riveduta: F x = π D ( P( α) P ) m ω r( cos( α) + λ cos(2α ) a Sollecitazioni tangenziali tg( β ) + m br 2 ω r sin( α) + M i L cos( β ) Forze alterne totali Forze alterne primo ordine Forze alterne secondo ordine Forze totali

13 Analisi delle sollecitazioni Attacco a sbalzo

14 Analisi delle sollecitazioni Attacco Rotax

15 Analisi delle deformazioni Scostamento Confronto,6,5,4,3,2 A sbalzo Vincolo Rotax Motore Yamaha,

16 Modifiche strutturali Prima Dopo

17 Modifiche strutturali

18 Miglioramenti dovuti alle modifiche Confronto Scostamenti Confronto Scostamenti,45,45,4,35,3,25,2,15,1, A sbalzo prima A sbalzo dopo,4,35,3,25,2,15,1, Rotax prima Rotax dopo A sbalzo Rotax

19 Analisi delle deformate Confronto Scostamenti,45,4,35,3,25,2,15,1, A sbalzo Vincolo Rotax Motore Yamaha

20 Osservazione Caso 4Y,4,2 -,2 -,4 -, ,8 -,1 Valori reali Valori interpolati Rigidezza infinita

21 Conclusione Con l attacco tipo Rotax 912 il motore possiede i requisiti richiesti Con l attacco a sbalzo non possiede al momento i valori di rigidezza richiesti anche se: - il coperchio della coppa sarà sicuramente più rigido di quello preso in quest analisi - l attacco sarà sicuramente meno rigido di quello preso dal solutore