Elaborato da: Relatore: Correlatore: Dott. Ing. Gianmichele Bertini

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1 Elaborato da: Relatore: Amedeo Saverna Dott.ing.Luca Piancastelli Correlatore: Dott. Ing. Gianmichele Bertini

2 Motivazioni: Il motore diesel ha un consumo minore rispetto al motore a benzina Il gasolio è meno costoso confronto alla benzina avio Il combustibile per un motore diesel è di più facile reperibilità, grazie alla possibilità di poter alimentare il propulsore con JetA1 oltre che con gasolio 2

3 Lo studio presenta i seguenti punti: Valutazione ingombri Progettazione piastre di sostegno Analisi strutturale delle piastre di sostegno Valutazione pesi 3

4 Valutazioni ingombri Per poter valutare gli ingombri si è creato un modello CAD 3D che ricostruisce i componenti fondamentali dell elicottero. 4

5 Valutazione ingombri Per realizzare il castello motore si sono utilizzati disegni tecnici presi dal manuale dell elicottero. Da questi, ricavate le coordinate dei nodi, si è ottenuto il seguente modello: 5

6 Valutazione ingombri Limiti strutturali: Non si può variare il piano delle pulegge, pertanto il motore non può avere spostamenti lungo l asse longitudinale del velivolo. L asse motore deve avere la stessa inclinazione della coda dell elicottero per poter permettere il corretto funzionamento delle cinghie di trasmissione. Il modello risultante che si ottiene rispettando tali limiti è il seguente 6

7 Valutazione ingombri Modello risultante 7

8 Progettazione Staffe di sostegno Per poter fissare il propulsore al castello motore dell elicottero si sono progettate le seguenti staffe. 8

9 Progettazione staffe di sostegno Staffa di sostegno lato cinghia 9

10 Progettazione staffe di sostegno Staffa di sostegno lato puleggia 10

11 Progettazione staffe di sostegno Modello risultante 11

12 Analisi strutturale Dalle normative si ricavano i seguenti valori: Il fattore di carico massimo positivo n + = 3,5 Il fattore di carico massimo negativo n - = -1 Considerando il fattore di carico massimo positivo, il peso del motore jtd e la posizione del baricentro, si possono ricavare i carichi che gravano sulle staffe Lato puleggia Lato cinghia 3500 N 2000 N 12

13 Analisi Strutturale Le staffe sono state analizzate con Ansys Workbench 10. Alla staffa di sostegno (lato cinghia) è stato applicato un carico di 2000 N. Volendo utilizzare come materiale la lega di alluminio ERGAl AlZn6MgCu, le cui caratteristiche sono riportate in tabella. Materiale Massa Modulo di Young Carico di snervamento Carico di robustezza Coefficiente di Poisson AlZn6MgCu ERGAL 2700 kg/m3 71GPa 350 MPa 390 MPa 0,33 13

14 Analisi strutturale Il risultato ottenuto è il seguente: 14

15 Analisi strutturale Con lo sforzo massimo ottenuto dalla prova e conoscendo lo sforzo massimo ammissibile del materiale si ricava un margine di sicurezza pari a: 350 Ms% = = % La staffa è verificata a robustezza 15

16 Analisi strutturale In modo analogo si è proceduto per la staffa di sostegno (lato puleggia). Si ha: Carico applicato pari a 3500 N con un fattore di carico di 3,5 Materiale utilizzato ERGAL AlZn6MgCu 16

17 Analisi strutturale In modo analogo si è proceduto per la staffa di sostegno (lato puleggia). Si ha: Carico applicato pari a 3500 N con un fattore di carico di 3,5 Materiale utilizzato ERGAL AlZn6MgCu 17

18 Analisi strutturale Si ottiene un margine di sicurezza: 350 Ms% = = % La staffa è verificata a robustezza, ma con un margine molto basso. Per ovviare a ciò si è modificata la staffa ottenendo la seguente geometria. 18

19 Analisi strutturale Si ottiene un margine di sicurezza: 350 Ms% = = % La staffa è verificata a robustezza, ma con un margine molto basso. Per ovviare a ciò si è modificata la staffa ottenendo la seguente geometria. 19

20 Analisi strutturale Applicando la stesso procedimento alla nuova geometria si è ottenuto un margine di sicurezza di: 350 Ms% = = % La nuova staffa risulta verificata a robustezza. 20

21 Analisi strutturale Con il fattore di carico negativo si sono verificate le staffe ad instabilità. La staffa che potrebbe avere dei problemi per quanto riguarda l instabilità è quella lato puleggia perché è caricata lungo il proprio asse. Con Ansys Multiphisics si sono calcolati i primi 10 carichi critichi che possono portare ad instabilità la piastra considerata. Dall equazioni all equilibrio si ricava che il carico agente sulla staffa e di circa 1000 N ben lontano dal primo carico critico che si verifica che è di circa N. 21

22 Valutazione pesi Considerando il volume delle piastre di sostegno e la densità del materiale si ottengono: Massa staffa (lato cinghia) 2.2kg Massa staffa (lato puleggia) 4.9kg 22

23 Valutazione pesi Massa motore 1.9 jtd Massa staffa lato puleggia Massa staffa lato cinghia TOTALE 160 kg 4.9 kg 2.2 kg kg Confronto i soli 120 kg della motorizzazione a benzina. 23

24 Svantaggi della nuova motorizzazione Aumento del peso del propulsore Aumento del peso dovuto al sistema di raffreddamento Nuovo sistema di trasmissione a cinghia 24

25 Vantaggi della nuova motorizzazione Riduzione dei consumi di circa il 36% a 75% della potenza; La curva del consumo specifico del motore diesel è pressoché costante con il carico ed è pari a 126gr/CVh, mentre la curva del motore a benzina presenta un minimo a 200 gr/cvh, e due massimi a circa il 370 gr/cvh). si conclude che il consumo specifico del motore diesel è sempre inferiore a quella del motore a benzina Più facile reperibilità del carburante Riduzione del costo di gestione dell elicottero 25

26 Previsioni future Il motore studiato è il 1.9 jtd a 8 valvole che ha una potenza massima di 165 cv. Già da tempo la ditta Diesel jet sta lavorando allo sviluppo di questo motore con 16 valvole. Le aspettative future sono di ottenere 200 cv senza aumentare il peso del motore. Pertanto gli svantaggi sopra citati si riducono ulteriormente. 26