Ottimizzazione di un riduttore per convertiplani con inserzione di emergenza

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1 ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELLE COSTRUZIONI MECCANICHE, NUCLEARI E AREONAUTICHE E DI METALLURGIA Ottimizzazione di un riduttore per convertiplani con inserzione di emergenza CANDIDATO: Marco Colapietro RELATORE: Chiar.mo Prof. Luca Piancastelli CORRELATORE: Dott. Ing. Cristina Renzi

2 CONVERTIPLANO Aerotaxi per uso civile OBIETTIVO: Riduttore rotante Vantaggio VTOL decollo/atterraggio Velocità aereo Versatilità elicottero

3 SPECIFICHE INIZIALI Alimentazione: 2 motori affiancati da 250 CV di potenza a rpm Movimentazione: Motori Alberi elica coassiali controrotanti a 2172 rpm Rotazione rispetto all orizzontale 110 degli alberi elica Sicurezza Dispositivo che permetta la rotazione di entrambe le eliche anche con un motore fuori uso

4 Motore sinistro Motore destro SOLUZIONE Disaccoppiamento in due catene cinematiche Differenziale Doppio rinvio angolare con rapporto di riduzione totale: Inserimento della frizione di emergenza ne rpm 6,6 nu 2172 rpm Affidabile TOT Asse alberi eliche Asse di TILT Alberi controrotanti Frizione di emergenza Compatto Leggero Ruote maggiorate

5 OTTIMIZZAZIONE DEL PROGETTO Scelta dei rapporti di trasmissione parziali con l ausilio del metodo della Sezione Aurea Realizzazione Ripartizione in di due rapporti stadi di ingranamento costituiti Ingranaggi da coppie conici spirali coniche riduzione uguali: compatte aventi 2,58 un basso numero Gleason di a denti: contatto localizzato z z pignone ruota Per gli l ingranamento ingranamenti maggiorato piccoli

6 EVOLUZIONE DEL PROGETTO Alleggerimento delle ruote dentate ELEMENTI SEPARATI CORONE ALBERI DENTATE Acciaio da bonifica Lega Ti6Al4V nitrurato per le dentature: per gli alberi 41 SiNiCrMoV76 Tensione di rottura R = 1170 MPa Tensione di di snervamento rottura S = R= MPa MPa Modulo di di Young snervamento MATERIALI DIVERSIFICATI E = S= MPa Coefficiente di Young di Poisson = E= ,33 MPa Modulo di elasticità di Poisson tangenziale G = = 0,29 MPa Densità di elasticità tangenziale = G 4430 = Kg/m3 MPa Allungamento a rottura A = 10% = 7833 kg/m3 Durezza 396-HV

7 EVOLUZIONE DEL PROGETTO Trasmissione Ogni albero elica viene trascinato da un motore dedicato Inserimento della ruota di emergenza accorpata ad una frizione per l eventualità che un motore si guasti Impaccamento frizione Entrambi gli alberi vengono trascinati dal motore superstite

8 EVOLUZIONE DEL PROGETTO Frizione Innesto superpotente modificato Inserimento automatico tramite circuito oleodinamico comandato dai propulsori

9 EVOLUZIONE DEL PROGETTO Alberi Alberi elica: Alberi ausiliari: A sezione cava per un ulteriore alleggerimento essi vengono montati coassiali con l interposizione di gabbie a rullini Lega Ti6Al4V

10 Realizzata Presenza della in profilati forcella di per acciaio la cavi commerciali movimentazione saldati tra loro: EVOLUZIONE DEL PROGETTO Gabbia portante Organo di contenimento di tutte le parti in rotazione Elevata rigidità torsionale Facilità di realizzazione Massa contenuta POSSIBILITA DI PASSAGGIO DA VOLO ORIZZONTALE A VOLO VERTICALE

11 SCELTA DEI CUSCINETTI Ingranaggi conici Forze assiali e radiali Cuscinetti obliqui a sfere da catalogo SKF A semplice effetto A quattro punti di contatto Montaggio ad O Montaggio singolo

12 IL RIDUTTORE Albero elica interno Albero elica esterno Gabbia portante Frizione superpotente con ruota di emergenza Albero ausiliario sinistro Albero ausiliario destro

13 IL CARTER Lamiera piegata e saldata FSW Spessore 2 mm

14 RISULTATO FINALE Il riduttore

15 SVILUPPI FUTURI Verificare la vita a fatica di alcuni componenti Analisi agli elementi finiti della gabbia portante Soluzione di montaggio del riduttore all uscita dei propulsori