UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BOLOGNA

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BOLOGNA FACOLTA DI INGEGNERIA Corso di laurea in Ingegneria meccanica sede di Bologna Elaborato finale di laurea in Disegno Tecnico Industriale STUDIO DELLA SISTEMAZIONE DEL GRUPPO TURBINA PER IL MOTORE IBRIDO VD007 CANDIDATO Marco Garofanello Relatore Prof. Ing. Luca Piancastelli Anno Accademico 2005/2006 Sessione II

2 OBIETTIVI DELLA TESI Determinazione della disposizione più opportuna della turbina Allison 250 C18 rispetto al motore VD007 Dimensionamento e inserimento nel complessivo dei condotti di collegamento tra turbine e motore Inserimento nel sistema propulsivo del gruppo eliche e valutazione di eventuali correzioni al dimensionamento originale Valutazione della applicabilità del sistema di raffreddamento del motore e suo adattamento

3 DATI MOTORE VD007 Diesel a iniezione diretta V12 a cc Potenza di 2200 CV Velocità massima di rotazione 5000 rpm, Coppia massima a 3800 rpm pressione massima in camera di combustione 160 bar carburanti jp4, jp8, jet A1, gasolio

4 DATI TURBINA ALLISON ORIGINALE Turbina a gas Rapporto di compressione 6,2 Potenza massima 320 CV* velocità di rotazione del compressore rpm* velocità di rotazione della turbina di potenza rpm* velocità di rotazione dell albero di potenza 6000 rpm* carburanti utilizzabili jp4, jp8, jet A1 * per funzionamento al decollo

5 MOTORE IBRIDO VD007

6 Sistema propulsivo costituito da due eliche tripala controrotanti Spinta propulsiva aggiuntiva ottenuta in crociera attraverso il condotto del radiatore a effetto Meredith Coppia motrice generata dal motore VD007 e da due turbine derivate dalla turbina Allison Turbine che possono funzionare sia da motori ausiliari che da sistemi di sovralimentazione

7 CIRCUITO ARIA aftercooler Collettori scarichi Collettore compressore aftercooler

8 VANTAGGI MOTORE IBRIDO Aumento della P max disponibile fino a 3950 CV Incremento della sicurezza del propulsore Aumento della autonomia di volo a parità di carburante grazie all utilizzo del sistema turbocompound Aumento della flessibilità del propulsore (P da 3000 CV a 3950 CV) nelle varie condizioni di utilizzo

9 FUNZIONAMENTO AL DECOLLO

10 FUNZIONAMENTO IN CROCIERA

11 FUNZIONAMENTO EMERGENZA

12 MODIFICHE ALLA TURBINA Per realizzare concretamente queste tre possibili condizioni di funzionamento è stato necessario modificare i condotti che portano l aria dal diffusore a chiocciola del compressore verso il bruciatore,e i condotti di ingresso al bruciatore stesso.

13 FLUSSI ARIA DECOLLO La deviazione del flusso dell aria avviene utilizzando dei tegoli deviatori controllati singolarmente da motori passo passo Gas di scarico dal motore Aria in arrivo dal compressore

14 FLUSSO ARIA CROCIERA A differenza della condizione di decollo il bruciatore della Allison è spento

15 FLUSSO ARIA EMERGENZA Tegolo basculante

16 DIMENSIONAMENTO TURBINE Rapporto tra le portate di aria Φ = m& m& 1 2 = ( ρ v ( ρ v A) A) 1 2 = 1,8 1,36 = 1,32 Eseguito secondo la teoria della similitudine fluidodinamica : condizione di similitudine cinematica condizione di similitudine geometrica Fattore di scala α = 1,15

17 SISTEMA DI RAFFREDAMENTO Radiatore in grado di raffreddare il VD007,le turbine e l olio del circuito di lubrificazione. Quantità di calore da sottrarre: Motore: Qmot = 842 kw Aftercooler: Qac =355 kw Turbine Q turbina =310 kw Olio Q Olio = 63 kw

18 EFFETTO MEREDITH Una volta che il velivolo supera la velocità critica di 480 km/h nella condizione di crociera la resistenza prodotta dal condotto e dal radiatore nelle normali condizioni di decollo si annulla e l aria subisce invece una notevole accelerazione. Per creare questa spinta il condotto del radiatore è costituito da tre stadi: un divergente un tratto a sezione costante in cui viene posizionato il radiatore lo scarico convergente

19 OPZIONI DIMENSIONAMENTO RADIATORE Dati a confronto Sezione ingresso condotto Sezione frontale radiatore Base radiatore Altezza radiatore Profondità totale radiatore Profondità radiatore I.C. Profondità radiat. motore Profondità radiat.turbocooler Coefficiente di resistenza aerodinamica radiatore (C D ) Lunghezza divergente Velocità V 1 T ingresso radiatore T uscita radiatore Velocità uscita dal radiatore 0,185 m mm 55,6 m/s - 11 C Salto termico attraverso il radiatore ΔT =90 C Mio dimensionamento 0,443 m mm 522 mm 431 mm 108 mm 269 mm 54 mm C 104 m/s Dim Pellegrini 0,185 m 2 0,798 m mm 866 mm 269 mm 81 mm 161 mm 27 mm mm Coeff di perdita totale ξ (1) tot 0,0868 0,1301 Stato dell aria nella sezione di ingresso al radiatore (2) 30.6 m/s Pressione P ,4 Pa 61644,2 Pa Densità ρ 0,81 kg/m 3 0,817 kg/m C 80 C 56,6 m/s

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21 DIMENSIONI PRINCIPALI Lunghezza massima 4982 mm Larghezza massima 1380 mm Altezza massima 1300 mm

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25 Turbina Potenza al decollo singola turbina Portata di aria aspirata dalla singola turbina 867 CV 1,8 kg/s N giri albero potenza (uscita) Motore VD007 Potenza massima N di giri a regime del motore Velocità di rotazione massima Eliche Velocità massima di rotazione Motore ibrido Potenza minima (in crociera) Spinta aggiuntiva (effetto meredith) Potenza massima (al decollo) Tot 3,6 kg/s 6000 rpm 2200 Cv 3800 rpm 5000 rpm 1450 rpm 3000 CV 2620 N 3930 CV

26 SVILUPPI FUTURI Progettazione del riduttore Revisione del basamento per adattarlo all applicazione applicazione del VD007 nel motore ibrido Dimensionamento dei collegamenti al radiatore Revisione del gruppo eliche