STUDIO DI FATTIBILITA DI UN ULTRALEGGERO IN COMPOSITO REALIZZATO MEDIANTE LA TECNICA RTM

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BOLOGNA Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica STUDIO DI FATTIBILITA DI UN ULTRALEGGERO IN COMPOSITO REALIZZATO MEDIANTE LA TECNICA RTM Tesi di Laurea di: Pietro Bosi Relatore: Prof. Ing. Luca Piancastelli Anno Accademico I Sessione

2 Ambito del progetto: Realizzazione di un velivolo ultraleggero le cui linee richiamino quelle di un aereo della seconda guerra mondiale: il Messerschmitt Bf 109 in scala 1:1 Scopo del lavoro è di ottenere un modello CAD del velivolo da realizzare in versione ultraleggera tramite l impiego di una nuova tecnica produttiva quale l RTM

3 Obiettivo della tesi: Realizzazione di un modello tridimensionale dei pezzi principali del velivolo: Le ALI La FUSOLIERA N.B :Le parti ottenute dovranno essere complete e pronte per l assemblaggio

4 RTM: RESIN TRANSFER MOULDING Tecnologia per la produzione di materiali compositi che utilizza resina liquida per impregnare pre-forme realizzate da strutture sandwich con pelli in fibra di vetro o carbonio e matrice in schiuma espansa. Molto utilizzati in aeronautica per: elevato rapporto resistenza-peso elevata resistenza a fatica, agli urti e a corrosione Costi elevati RTM al contrario permette di ottenere pezzi di forma complessa con ottima finitura superficiale e resistenza adeguatamente elevata con costo di produzione relativamente basso.

5 Costituenti del RTM Matrici Resine termo-indurente poliestere epossidiche estere vinile La scelta della resina permette di variare: o o o o o temperatura di esercizio resistenza agli agenti chimici resistenza ad agenti atmosferici resistenza al fuoco conducibilità elettrica Rinforzo Fibra di vetro: costi ridotti buona resistenza buone caratteristiche di lavorabilità Fibre aramidiche: elevata resistenza a trazione, a fatica e all impatto buona lavorabilità Fibra di carbonio: Ottima resistenza e durezza Ottimo comportamento a T elevate

6 Processo di RTM: 1. Predisposto uno stampo in due parti, viene iniettata la schiuma che si espande. 2. Si posizionano e si incollano sulla forma in schiuma espansa (PVC, Polistirolo, Polistirene,etc.) gli inserti in alluminio, bronzo, acciaio inox o titanio 3. Si predispone un secondo stampo in due parti. Opportunamente verniciato con distaccante e gelcoat. Si deposita una strato di rinforzo (vetro o carbonio) composto da un tessuto, una spugna (combiflow) e un secondo tessuto. 4. Si posiziona l anima in schiuma espansa 5. Si posiziona un secondo strato di rinforzo come al punto Si posiziona un anello a tenuta d aria e la seconda parte del II stampo. 7. Si aspira l aria (0.4 bar assoluti) 8. Si inietta la resina (poliestere o epossidica) 9. Si sforma e si realizzano i fori negli inserti con macchina a CN

7 Vantaggi RTM: separazione della fase di stampaggio dalla progettazione dell architettura delle fibre buona qualità superficiale flessibilità degli stampi per forma e dimensione buona disponibilità di resine e rinforzi utilizzabili frazione di volume delle fibre facilmente controllabile approx 6 kg/mq in vetro/poliestere (0.8 mm il composito) approx 4 kg/mq in carbonio/epossidica (0.8 mm il composito)

8 Messerschmitt Bf 109 K Caratteristiche tecniche del velivolo originale: apertura alare: 9920 mm lunghezza : 9020 mm altezza: 2680 mm superficie alare: 16,05 mq motore: Daimler Benz DB605 potenza al decollo: 1475 CV peso massimo al decollo: 3374 kg Caratteristiche di volo: velocità massima: 728 Km/h velocità di crociera: 645 Km /h velocità minima: 150 Km/h autonomia di crociera: 720 Km

9 Messerschmitt Bf 109 K Ultraleggero l installazione motore avviene direttamente senza castello tramite l impiego di smorzatori in gomma montati sulla fusoliera Dati tecnici del velivolo: Il motore che verrà montato sulla questa Scala 1:1 versione è un motore motociclistico riadattato ad uso di un Peso ultraleggero massimo dall al Ing. decollo Carlini. 450 kg con 2 Potenza piloti da = kg CV cadauno Velocità N giri di = stallo inferiore rpm a 65 km/h Coppia = 10,3 kgm Quota massima 300 m Peso = 75 kg Gli ingombri sono molto ridotti rispetto al 12 cilindri DB 605. Lo spazio ricavato dal cofano è riutilizzato per un posto passeggero davanti a quello pilota.

10 Fasi di progetto per la modellizzazione del Me109: Raccolta di materiale Immagini Disegni che possano dare un indicazione di come sviluppare il velivolo Tali disegni permettono uno studio delle dimensioni di massima, dei profili e dei particolari necessari alla realizzazione delle parti interessate Dimensioni Profili e particolari di massima

11 Fasi di progetto per la modellizzazione del Me109: MONOALA FUSOLIERA Apertura per flaps e alettoni Canaline passacavo per i comandi Spazi per chiusura carrello d atterraggio Scassi per abitacolo pilota e passeggero Raccordo monoala Presa d aria radiatore Attacchi di coda e di castello motore

12 MONOALA Definizione dei piani di riferimento Disegno e quotatura dei profili Verifica dei tracciati di curvatura Esecuzione del Loft CORPO DELL ALA

13 MONOALA Formaggelle Attacco Attacchi per braccio assemblaggio alettoni carrellofusoliera Fase di alleggerimento Posizionamento degli alettoni e dei flaps Spazi per chiusura carrello di atterraggio Apertura carrello ottenuta verso l esterno a differenza MONOALA della versione COMPLETA originale Carreggiata più ampia e maggior stabilità in fase di atterraggio

14 FUSOLIERA Corpo della fusoliera Disposizione dei piani di riferimento Disegno e quotatura dei profili Verifica dei tracciati di curvatura Realizzazione dello skin della fusoliera Inspessimento

15 FUSOLIERA Abitacolo Posizionamento del Asse passeggero motore linee removibile guida Realizzazione raccordo Ala Presa d aria per radiatore Scassi per abitacolo pilota e passeggero Attacchi di coda e castello motore Chiusura carrello Il radiatore Formaggelle Raccordo Posizionamento è posto di alla rinforzo sotto parete il del agli cofano di profilo rinforzo attacchi dell ala luogo di coda del radiatore dell olio della versione originale Completamento della fusoliera

16 CONCLUSIONI Gli obiettivi posti inizialmente sono stati raggiunti In particolare: Si è ottenuto un modello corretto dell ala e buona somiglianza di forma della fusoliera (causa l insufficienza di materiale reperito) L installazione motore avviene direttamente sulla fusoliera tramite l impiego di smorzatori in gomma Il radiatore è stato posto sotto il cofano in luogo del radiatore dell olio della versione originale I flaps interni e quelli esterni sono stati ridisegnati in un'unica soluzione e realizzati a spacco Il posto passeggero è stato ricavato davanti al sedile del pilota con abitacolo aperto e rimovibile Il risultato montabile in qualunque officina partendo dai particolari originali realizzati per RTM consente la costruzione del velivolo in kit.