Studio di massima del basamento di un motore diesel aeronautico ad altissimo numero di giri

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1 Studio di massima del basamento di un motore diesel aeronautico ad altissimo numero di giri Tesi di laurea di GIORGIO BOLETTI Relatore: Prof. Ing. Luca Piancastelli Correlatori: Prof. Ing. Gianni Caligiana Prof. Ing. Alfredo Liverani Alma Mater Studiorum - Università degli Studi di Bologna - A.A. 2005/2006

2 Obiettivi della tesi Proseguimento del lavoro dell Ing. Carlo Ricci Maccarini che ha effettuato il dimensionamento e l ottimizzazione l del propulsore Dimensionamento di massima del basamento Verifica agli elementi finiti Ottimizzazione strutturale Ottenimento di un basamento leggero, compatto, rigido ed affidabile

3 Motore in analisi Cilindrata 7.0 litri Motore 12 cilindri a V di 90 Potenza 1680 CV Rapporto di compressione pari a 15,5 Iniezione del combustibile con doppio iniettore pompa ad otturatore piezoceramico Cielo del pistone con doppia camera di combustione Velocità di rotazione dell albero motore pari a rpm

4 Dimensionamento del basamento Per l individuazione l dell ingombro di massima si sono usati come dati di partenza l ingombro l radiale dell albero a gomiti e la distanza tra le mezzerie dei perni di banco alla quale corrisponde la distanza tra le mezzerie dei supporti di banco.

5 Fori per il bloccaggio Considerando che la massima pressione che si raggiunge in camera di combustione è di 160 bar, per assicurare il serraggio sia tra i due blocchi che tra il blocco superiore e la testata si sono utilizzate viti 5/8W 28 fori per il bloccaggio delle due parti 14 fori per bancata per il bloccaggio con la testata

6 Supporti per bronzine Le bronzine vengono assicurate ai rispettivi supporti di banco grazie ad opportuni risalti ottenuti sulle superfici esterne dei semigusci che vanno ad inserirsi in scavi ricavati sui supporti stessi In corrispondenza del supporto di banco centrale viene collocata una particolare bronzina per il riferimento assiale dell albero a gomiti

7 Sistemi Ausiliari Nello studio degli impianti di raffreddamento e lubrificazione si è usato come modello la configurazione che tali impianti hanno nel motore Yamaha R1 disponendo però le pompe dell olio e dell acqua in maniera differente, una a destra e l altra l a sinistra nella parte bassa del blocco inferiore

8 Sistema di raffreddamento

9 Circuito di lubrificazione Condotto scambiatore Uscita olio

10 Materiali utilizzati Il materiale utilizzato per la realizzazione dei due blocchi è una lega di alluminio classificata dalla normativa come GD-AlSi9. L utilizzo di questa lega permette di contenere il peso dell intero basamento sui 79 kg.

11 Analisi dei carichi Forze che si scaricano sui supporti di banco dovute alle pressioni interne al cilindro e all inerzia del manovellismo Momento giroscopico che agisce sulle parti in rotazione Forza di richiamata Forza di trazione dell elica elica

12 Analisi delle tensioni Il primo risultato che si ottiene tramite l analisi strutturale FEM di Ansys Workbench 10.0 è: tensione massima di 496 MPa in corrispondenza dell attacco laterale tensione di snervamento del materiale: 130 MPa

13 Prime modifiche Allungamento e arrotondamento delle piastre e realizzazione di nervature laterali Realizzazione di rinforzi sui cilindri

14 Nuovi risultati Le modifiche apportate conferiscono maggiore robustezza. La tensione in corrispondenza delle piastre è scesa a 175 MPa. La zona più sollecitata ora è il secondo perno di banco dove si registra una tensione di 301 MPa.

15 Ottimizzazione 1 Per portare le tensioni a valori accettabili la modifica del supporto è stata l unica l 79 kg => 95 kg soluzione. Si è allora ricorsi all inserimento, in entrambi i blocchi del basamento in corrispondenza dei supporti, di anime di acciaio che hanno innalzato il valore limite di resistenza e irrigidito la struttura a discapito del peso complessivo.

16 Analisi delle deformazioni L analisi è sicuramente più articolata di quella tensionale in quanto non è possibile confrontare il valore ottenuto con un valore standardizzato. Da uno studio precedentemente svolto dall Ing. Testi, si ricava che le zone su cui concentrare l attenzione e dove quindi si devono contenere le deformazioni massime sono gli alloggiamenti dei perni di banco dell albero motore, che debbono restare in linea retta il più possibile affinché si mantenga il film di lubrificante. Valore limite: 0,03 mm

17 Ottimizzazione 2 Deformazione Per diminuire massima: ancora la 0,022 deformazione mm in corrispondenza dei supporti è allora necessario modificare e rendere ancora più rigido il basamento. Per fare questo si prevede un allargamento del canale principale di lubrificazione per potervi inserire un tubo d acciaio d che si estende per l intera lunghezza del basamento. Anche in questo caso il peso della struttura subirà un incremento passando da 95 kg a 103 kg

18 Conclusioni Il dimensionamento di massima, la verifica e l ottimizzazione l del basamento sono stati condotti ricercando il miglior compromesso tra le seguenti caratteristiche: Compattezza Leggerezza Configurazione ottimale dei sistemi di raffreddamento e lubrificazione In conclusione si può affermare che la versione finale del basamento ha mantenuto la compattezza e la configurazione dei sistemi di raffreddamento e lubrificazione inizialmente progettati, ti, anche se il tutto a scapito della leggerezza, in quanto le modifiche iche apportate e soprattutto l inserimento l delle anime e del tubo d acciaio hanno incrementato il peso complessivo da 79 kg a 103 kg.