Studio di un rotore ad eliche controrotanti per un convertiplano

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Fabio Serafini
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1 Studio di un rotore ad eliche controrotanti per un convertiplano Tesi di laurea di: Paris Monesi Relatore: Prof. Ing. Luca Piancastelli Università degli Studi di Bologna - Facoltà di Ingegneria - A.A. 2006/ /3/2008

2 Si è scelto di utilizzare un rotore a pale controrotanti per evitare la presenza dell elica stabilizzatrice in coda, caratteristica degl elicotteri. Per poter effettuare il decollo e l atterraggio in maniera verticale si ricorre ad una rotazione del blocco riduttore rotore. Non deve superare i 900 kg di massa 2

Per poter effettuare il decollo e l atterraggio in maniera verticale si

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4 Disk Loading = 10 lb/ft 2 Cenni teorici utili per un primo dimensionamento: Massa sollevabile = 500 HP * 4 lb/hp = 2000 lb = 907 kg. Area disco = Massa sollevabile (kg) / Disk Loading (kg/m 2 ) = = 18 m 2 Diametro disco = 4.86 m Diametro disco doppio = Diametro disco * 2.5/4.1 = 2.96 m Raggio rotore = 1.48 m 4

Area disco = Massa sollevabile (kg) / Disk Loading (kg/m 2 ) = = 18 m 2

5 Progettazione del rotore ad eliche controrotanti: Per questo convertiplano sarà necessaria solo la variazione del passo collettivo, dato che l avvicinamento si effettuerà sempre in condizioni di sottovento e quindi non ci sarà bisogno di correzioni laterali importanti. La variazione di direzione (imbardata) avverrà attraverso la rotazione differenziale delle pale Si è preso come riferimento il sistema di variazione del passo dell elicottero ultraleggero Furia 5

bisogno di correzioni laterali importanti.

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8 Progettazione del rotore ad eliche controrotanti: Nel nostro caso si vogliono due sistemi di movimentazioni distinti, uno indipendente dall altro Si è pensato di utilizzare due meccanismi speculari separati da una coppia di cuscinetti assiali e una molla di compressione che ha il compito di riportare il passo delle pale alle condizioni iniziali 8

utilizzare due meccanismi speculari separati da una coppia di cuscinetti assiali e una

9 Progettazione del rotore ad eliche controrotanti: 9

10 Progettazione del rotore ad eliche controrotanti: I perni rinforzati trasmetteranno la rotazione al corpo centrale del rotore che è costituito da una balestra. Questa risulta essere collegata a delle piastre, che serviranno per il sostegno delle pale,e che potranno ruotare intorno a dei perni ottenendo la variazione del passo. 10

11 Progettazione del rotore ad eliche controrotanti: Supporti pala Rotore Perni variazione passo Balestra Perno trasmissione rotazione 11

12 Progettazione del rotore ad eliche La variazione del passo controrotanti: Si hanno due pistoncini idraulici collegati al disco. Il disco trasmette la traslazione (tramite cuscinetto assiale) ad una guida tubolare sulla quale si trovano due elementi chiamati blade control master horn che tramite tirante permettono la variazione del passo della pala. 12

Il disco trasmette la traslazione (tramite cuscinetto assiale) ad una guida tubolare

13 Progettazione del rotore ad eliche controrotanti: Pistoncini idraulici Disco Guida tubolare Blade control master horn Tirante Pala 13

14 Progettazione del rotore ad eliche controrotanti: Angolo massimo di variazione del passo = 20 Passo minimo Passo massimo 14

15 Progettazione del rotore ad eliche controrotanti: Molla 15

16 Verifica a fatica della molla elicoidale Procedendo con la verifica trovo che: τ min = 31,5 MPa τ max = 267,3 Mpa CS snervamento = 3,02 La molla e verificata a snervamento. Procedo quindi con la verifica a fatica a vita infinita : Limite di fatica del nostro elemento Fattore per le condizioni superficiali S se = Ka * Kb * Kc * Kd * Ke * Kf * S e Fattore per la Fattore per le temperatura dimensioni Fattore per il tipo di carico Coefficiente di sicurezza Fattore per altri elementi aggiuntivi Limite di fatica a flessione rotante per un provino 16

Procedo quindi con la verifica a fatica a vita infinita : Limite di fatica del nostro elemento Fattore per le condizioni superficiali S

17 Verifica a fatica della molla S se = 355 MPa Da qui ci si può ricavare la τ media e quella alternata, che varranno rispettivamente: τ media = 149,4 MPa τ alternata = 117,9 MPa r = τ alternata / τ media = 0,79 Utilizzando il criterio di Goodman per la verifica a fatica ottengo: CS fatica = 2,34 Verifica soddisfatta. La molla regge per 2x10 6 cicli. 17

MPa r = τ alternata / τ media = 0,79 Utilizzando il criterio di Goodman per la verifica

18 Conclusioni il rotore è per lo più costituito da lega di titanio; questo ci permette di avere un peso complessivo di circa 33 kg (alberi e telaio esclusi), ben al di sotto del limite imposto di 42 kg; l impianto idraulico raggiungerà una pressione massima di circa 367 bar (5320 psi); tra la molla e l albero c è la possibilità di inserire un sottile foglio di teflon, che favorirà notevolmente la traslazione per la variazione del passo. 18

idraulico raggiungerà una pressione massima di circa 367 bar (5320 psi); tra la molla e l albero c è la

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