Studio di fattibilità per l adattamento di un motore motociclistico ad accensione comandata su di un velivolo ultraleggero

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1 Studio di fattibilità per l adattamento di un motore motociclistico ad accensione comandata su di un velivolo ultraleggero YAMAHA R1 Tesi di laurea di : Claudio Carlini Relatore : Prof. Ing Luca Piancastelli Correlatori : Prof. Ing. Franco Persiani Prof. Ing. Gianni Caligiana Dott. Ing. Stefano Cassani Università degli Studi di Bologna - Facoltà di Ingegneria - A.A. 2004/ /10/2005

2 Attuale equipaggiamento propulsori ultraleggeri in commercio : ROTAX Pregi : Affidabilità Compattezza generale Ampia gamma potenza max 100 CV Difetti : Costi elevati Potenze limitate Peso non trascurabile 70 Kg max

3 Propulsore che vada a coprire una fascia di mercato medio alta con potenze a partire da 100 CV Affidabile Leggero OBIETTIVI PRIORITARI NELLA NUOVA SCELTA DI PROPULSORE Motore YAMAHA R1 Compatto Potenza = 152 CV N giri = rpm Economico Coppia = 10,3 Kgm Peso = 75 Kg Intercambiabile con gli attuali motori installati

4 Adattamento motore ad un applicazione di tipo avio Scelta di suddividere il progetto in due fasi: 1) Prendere coscienza delle scelte costruttive del motore motociclistico e scegliere le modifiche più semplici ed idonee che consentano il montaggio di un elica e una prova di durata al banco con lo scopo di individuare gli anelli deboli della catena PROPULSORE e riprogettarli. 2) Presentare un adattamento del motore originale Yamaha proponendo il ribaltamento dell attuale albero di trasmissione finale per consentire un alloggiamento della trasmissione analogo a quello adottato dai motori ROTAX. Inevitabili modifiche alla trasmissione complessiva

5 Studio della morfologia e dei vincoli strutturali caratterizzanti il motore Yamaha 1000 Trasmissione del moto : Albero motore a) Maschetta dentata responsabile della trasmissione del moto b) Ruota dentata frizione, secondo ingranaggio della trasmissione primaria c) Ruote dentate e selettori cambio di velocità Campana frizione Albero primario d) Motorino di avviamento Albero secondario

6 Circuito di lubrificazione e raffreddamento : I. Collocazione pompe acqua-olio all interno del vano motore II. Movimentazione pompe tramite ingranaggio calettato sull albero primario

7 IV. Circuito di lubrificazione complesso,ha il compito di raggiungere ogni componente in movimento; perni di banco, alberi cavi, cuscinetti, ruote dentate, fondo pistone V. Scambiatore acqua-olio Getto di olio nebulizzato VI. Blocco cilindri ruotato di 40 frontemarcia,coppa dell olio ricavata ad hoc per pescaggio olio succhiarola

8 Alternatore : Calettato in posizione opposta alla distribuzione, serrato su una conicità ricavata sull albero motore Posizione distribuzione : La catena della distribuzione viene movimentata dall albero motore tramite una boccola dentata alloggiata in direzione opposta all alternatore Rigidezza complessiva supporti e nervature : Eventuali modifiche ai due semiblocchi in fusione di alluminio potrebbero compromettere la rigidezza complessiva del blocco motore

9 Prima soluzione progettuale Prima marcia cambio di velocità originale in luogo di un riduttore dedicato. Velocità albero secondario in prima marcia 2800 giri/min Costruzione di un albero elica ricavato in funzione delle specifiche dettate dalla scelta del tipo di elica MTV-10 PROPELLER Giunto rigido scanalato di collegamento secondario-albero elica Il giunto presenta delle problematiche di tipo dimensionale e di affidabilità a causa dell elevato momento torcente trasmissibile

10 Frizione motociclistica multidisco : Funzionalità di smorzatore di urti legati alle manovre di richiamo esercitate in volo dal pilota e dalle turbolenze Telai di sostegno : Castello centina Castello intermedio Telaio albero elica Adottato Modificato Supporto aggiuntivo Sostegno ausiliari Blu >> Centina Rosso >> Castello intermedio Verde >> Blocco motore

11 Dimensionamento e verifiche Verifiche alberi di trasmissione : Resistenza Fatica Spallamenti Intagli Scanalature Piano X-Z T1 Momento flettente Piano X-Z A B HA HB T ,7 44, ,7 44,88 Cuscinetti Indispensabili tali verifiche poiché a differenza dell applicazione originale del motore ossia motociclistica, ogni componente del propulsore che si andrà a testare, dovrà garantire un affidabilità complessiva del 99%. Affidabilità 90% Affidabilità 99%

12 Albero elica >> Dimensionamento, scelta cuscinetti >> Flangia con fori per boccole imposti dal tipo di elica Ruote dentate Verifica a resistenza Verifica ad usura Positive Negative >> Trattamenti termici e di apporto di materiale garantiscono ottimale resistenza ad usura. >> Ogni ruota subisce anche dimensionalmente un accurato esame agli elementi finiti; scopo riduzione pesi

13 Vibrazioni torsionali Verifica tao torsionali dell albero a gomiti, riducendo tutta la trasmissione dall elica all albero motore Individuazione del nuovo albero motore equivalente secondo il modello : Modi propri di vibrare : 1547 giri/min giri/min Modello albero equivalente Risultati ottenuti : Tutti gli ordini delle ampiezze di vibrazione si trovano fuori dal campo di utilizzo del motore ampiamente al di sotto delle curve limite del Lloyd ( metodo FAR/JAR )

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15 Seconda soluzione progettuale Ribaltamento asse elica con lo scopo di presentare l asse dell elica nella medesima posizione offerta dai propulsori ROTAX Sostituzione albero primario con nuovo albero portante ingranaggio ricavato dal pieno traslato rispetto alla posizione originale.pignone più spesso. ROTAX YAMAHA Albero secondario-albero elica in un unico componente : Vantaggi : TESI TESI Riduzione di peso con eliminazione di un albero Avvicinamento ingranaggi in zone strutturalmente più solide Funzionalità di smorzatore torsionale offerta dall albero elica

16 Calettamento nuova ruota dentata su albero elica tramite profilo scanalato. Ghiere di fissaggio come soluzione originale per impedire scorrimenti assiali dell albero Calcolo convenzionale secondo MANUALE dell INGEGNERE della coppia di ruote che originano il primo rapporto per garantire la resistenza adeguata e l affidabilità necessaria in volo Eliminazione giunti tra albero elica e secondario Frizione centrifuga : Garantisce innesti progressivi in fase di accensione e spegnimento motore evitando problematiche innescate dalle forti inerzie da movimentare

17 Modifiche al circuito di lubrificazione nel semiblocco superiore Dal condotto centrale preesistente Ricavate due derivazioni Fusione naso in alluminio Nervature Fissaggio Fusione coperchio in alluminio Sedi anelli seeger per tenuta e cuscinetti

18 Dimensionamento e verifiche Ripercorso lo stesso iter di verifiche e dimensionamenti svolto nella prima scelta progettuale Dimensiona mento e verifiche Dimensionamen to ruote dentate Scelta di nuovi cuscinetti a rulli più resistenti Riduzione ad albero motore equivalente Modi propri di vibrare : 1996 giri/min giri/min

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20 Obiettivi raggiunti : Conclusioni e sviluppi futuri Copertura delle attuali fasce di potenza e di nuove fasce di potenza medio-alta grazie all elettronica Contenimento pesi secondo le attuali applicazioni Compattezza Elevata affidabilità Costi contenuti dato l utilizzo di molti componenti già presenti nel motore originale Sviluppi futuri : Revisione dei componenti che hanno mostrato cedimenti Telai ricavandoli in fusione magari di leghe di alluminio Studio del sistema di raffreddamento e adduzione dell aria tramite tubi di flusso Possibili alleggerimenti Certificazione e produzione propulsore