DIMENSIONAMENTO E OTTIMIZZAZIONE DELLA STRUTTURA PORTANTE DI UN ULTRALEGGERO SIMILE AL MACCHI 205

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1 Università degli Studi di Bologna FACOLTA DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Disegno Tecnico Industriale DIMENSIONAMENTO E OTTIMIZZAZIONE DELLA STRUTTURA PORTANTE DI UN ULTRALEGGERO SIMILE AL MACCHI 205 Tesi di Laurea di: D EMILIO BENITO Relatore: Prof. Ing. LUCA PIANCASTELLI Correlatori: Prof. Ing. FRANCO PERSIANI Prof. Ing. GIANNI CALIGIANA Dott. Ing. CARLO BEZZICCHERI Dott. Ing. DANIELA FRANCIA

2 SCOPO DELLA TESI Individuare una struttura per una versione ultraleggera del Macchi 205 con aerodinamica e dimensioni identiche all originale e che rispetti i limiti di peso della normativa: 450 kg con due persone a bordo Rimangono 105 kg per la struttura completa Descrizione Massa (kg) 2 persone 2x75 Carrello Comandi/leve/ seggiolino Motore 60 Serbatoio compreso carburante Superfici di comando Totale 345

3 CARATTERISTICHE TECNICHE MACCHI C.205C Veltro Apertura alare m Lunghezza 8.85 m Altezza 3.48 m Superficie alare 16.8 m 2 Carico utile 827 Kg Massa totale 3408 Kg Peso a vuoto 2587 Kg Velocità max 648 Km/h Motore: D.B cilindri a V rovesciata Potenza:1088kW/ rpm Peso: 3560 kg

4 TECNOLOGIE DISPONIBILI HighSpeedFrictionStirWelding Rivettatura/chiodatura Formatura a caldo per polimeri Laminazione a caldo per compositi in autoclave Laminazione a freddo per compositi in autoclave MATERIALI DISPONIBILI Leghe alluminio Acciai da costruzione e ultraresistenti 300M Termoretraibili Polimeri tecnici comuni: nylon, teflon, policarbonato Fibra carbonio/vetro/kevlar resina epossidica Tessuti mylar

5 TECNOLOGIA HSFSW vantaggi derivanti : Rigidezza e resistenza del giunto Minor massa del giunto Semplice progetto del collegamento Miglior ermeticità del giunto Semplice realizzazione del giunto Altissima affidabilità del giunto Ampia versatilità di utilizzo

6 Soluzioni strutturali Telaio in fibra di carbonio (problemi di manutenibilità) HSFSW pelle tensionata e nervata con micronervature (peso e tempo di produzione lunghi) HSFSW tubi trafilati e saldati di testa, rivestimento termoretraibile Struttura in legno (peso) Tubolare in alluminio rivettata o saldata (possibile) Tubolare in acciaio saldata (peso) Strutture miste (corrosione, va valutata secondo la necessità) Classica pannelli di alluminio chiodato (peso)

7 ALA MODIFICA ALA Costruita partendo da un ala già fatta in sezione sottile Longheroni e centine costruiti con sezione a profilo sottile di forma T Risultato una leggerissima struttura tubolare

8 MODIFICA FUSOLIERA FUSOLIERA Costruita partendo da una fusoliera già realizzata Realizzazione di una struttura tubolare, con elementi a forma T, fatta da superfici a sezione sottile Alleggerimento rispetto alla struttura originale

9 ASSEMBLAGGIO La struttura ottenuta pesa 78Kg Lo spessore delle lamine e di 8 mm Le parti strutturali sono tenute insieme da saldature

10 Determinazione dei carichi agenti Calcolo dei carichi alari: 660 N/m 2 Scivolata d ala: F X =2500N Carichi propulsivi: F Z =3924N Carichi di massa del motore in richiamata: F Y =1471,5N Carichi all asse di beccheggio: F Y =2500N Carichi concentrati (pilota+passeggero): F Y =3679,75N

11 I p = 25.6 kg m 2 MODELLO FEM Discretizzazione del modello La mesh è stata eseguita automaticamente dal software, che ha impostato la tipologia di reticolato Si sono ottenuti nodi e elementi Applicazione del materiale alluminio 2024-T3, comunemente applicato in campo aeronautico E= Mpa ν= = 0.33

12 I p = 25.6 kg m 2 MODELLO FEM Distribuzione dei carichi sul velivolo Si è scelto di applicare tutti i carichi contemporaneamente, per un analisi più severa della struttura Non si è tenuto conto della forza di gravità, al fine di aumentare la condizione di carico Condizione di verifica conservativa

13 I p = 25.6 kg m 2 ANALISI FEA La verifica statica (Von( Mises) è effettuata alla tensione di snervamento dell alluminio 2024 T3 ovvero : σ MAX = 458 MPa La soluzione mostra un duplice risultato : le tensioni sviluppate nella condizione più gravosa di volo sono inferiori a quelle di snervamento coerentemente con quanto ipotizzato le zone più sollecitate sono individuabili sulle ali e in modo particolare alla radice di queste ultime, che reagiscono come mensole sottoposte a sforzo di flessione

14 I p = 25.6 kg m 2 ANALISI FEA Osservazioni Come si evince da questo particolare, non si raggiunge la tensione di rottura e le zone più sollecitate sono individuabili in presenza di spigoli vivi. Per la simulazione è stato necessario eliminare i raccordi per render possibile la verifica Di nuovo questa condizione risulta esser conservativa rispetto a quella con i raccordi

15 ANALISI FEA Osservazioni Il punto di massimo lo si individua in corrispondenza di un accoppiamento tra un longherone e un elemento a T saldato

16 I p = 25.6 kg m 2 ANALISI FEA Osservazioni Le due ali non reagiscono nello stesso modo, ovvero si evidenziano no zone più sollecitate, ma comunque lontane dalla tensione di rottura, sulla la ala sinistra. La distribuzione delle tensioni lungo la fusoliera è asimmetrica.

17 DEFORMAZIONE VELIVOLO La deformazione del velivolo è coerente con quanto ipotizzato. Le zone maggiormente deformate sono individuabili agli estremi delle ali.

18 DEFORMAZIONE VELIVOLO Si osserva una più accentuata deformazione in corrispondenza delle estremità delle ali. Si nota anche un asimmetria nella deformazione, con una maggiore deformazione per l ala l sinistra.

19 CONCLUSIONI E POSSIBILE REALIZZARE UN ULTRALEGGERO CON LE DIMENSIONI DEL MACCHI UTILIZZANDO PROFILATI ESTRUSI SALDATI PER HSFSW SVILUPPI OTTIMIZZAZIONE DELLA STRUTTURA E DELLE GIUNZIONI. SISTEMAZIONE DELLE PARTI AGGIUNTIVE DA REALIZZARE IN POLIMERI AVANZATI CFRP O POLICARBONATO STUDIO DELLA INSTALLAZIONE DEL MOTORE STUDIO DELLA INSTALLAZIONE DEI COMANDI