UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BOLOGNA FACOLTA DI INGEGNERIA

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Bernarda Vaccaro
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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BOLOGNA FACOLTA DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Disegno Tecnico Industriale MOTORI ALTERNATIVI A COMBUSTIONE INTERNA PER IMPIEGHI SU VELIVOLI AUTOMATICI PER IL MONITORAGGIO DEL TERRITORIO Tesi di laurea di: Relatore: Gabriele Lorenzini Chiar.mo Prof. Luca Piancastelli Correlatore: Dott. Ing. Alessandro Ceruti ANNO ACCADEMICO 2002/2003

AUTOMATICI PER IL MONITORAGGIO DEL TERRITORIO Tesi di laurea di: Relatore: Gabriele Lorenzini

2 UAV : Unmanned Air Vehicle RPV : Remotely Piloted Vehicle Velivoli senza pilota identificati dalle sigle Impieghi in ambito civile Controllo dell inquinamento atmosferico Funzioni di sorveglianza (ambientale, traffico, industriale) Riprese fotografiche e televisive Servizio di controllo meteorologico Servizio per le telecomunicazioni Monitoraggio dei confini Monitoraggio in tempo reale delle zone a rischio sismico Monitoraggio delle acque

traffico, industriale) Riprese fotografiche e televisive Servizio di controllo meteorologico Servizio per le

3 Progettazione e realizzazione di un UAV Requisiti Affidabilità Autonomia Buona qualità delle immagini Semplicità d uso Economia di utilizzo Bassa rumorosità

4 Applicazione del motore Da principi dell aerodinamica P rich = ½c D S v 3 A fronte di una portanza e di un allungamento: L = ½v 2 c L S = b 2 /S

5 Ricerca del motore nel campo del modellismo aereo motori elettrici motori alternativi a combustione interna Scelgo i motori alternativi per autonomia e potenza massima Criteri di scelta per la catalogazione affidabilità bassi pesi consumi ridotti basso livello di vibrazioni

per autonomia e potenza massima Criteri di scelta per la

6 Motori alternativi a combustione interna monocilindrici bicilindrici a 2 tempi a 4 tempi Confronto Motore a 2 tempi maggiore potenza a parità di cilindrata e peso tende notevolmente a variare il numero di giri al mutare del carico applicato costo minore consumi più elevati bassa autonomia Motore a 4 tempi rapporto potenza/peso minore più permissivo per la scelta dell elica minori consumi maggiore manutenzione

di giri al mutare del carico applicato costo minore consumi più elevati bassa autonomia Motore a 4

7 Peculiarità dei motori da aeromodellismo accensione ad incandescenza impiego di particolare carburante Carburante per motori a 2 tempi benzina olio sintetico nitrometano Carburante per motore a 4 tempi alcool metilico olio sintetico nitrometano

per motori a 2 tempi benzina olio sintetico nitrometano

8 Criteri per la scelta del motore da applicare sull UAV disponibile a Forlì potenza pari a 3 KW ( 4 HP) peso inferiore ai 2 Kg consumi ridotti limitate vibrazioni => Aumenta l autonomia => Migliora la qualità delle immagini Forze d inerzia del primo ordine F in1 = M 2 R cos Forze d inerzia del secondo ordine F in2 = M 2 R cos 2

vibrazioni => Aumenta l autonomia => Migliora la qualità delle immagini Forze d

9 Motore OS FT MAX 300 Caratteristiche tecniche : Motore bicilindrico a 4 tempi Materiale: alluminio e leghe di alluminio Cilindrata: cc x 2 = cc Alesaggio: 33.6 mm Corsa: 27.5 mm Potenza in uscita: 3 KW ( 4 HP ) a 7000rpm Peso: 1828 g Numero di giri pratico: rpm Attacco albero elica: 3/8 Lunghezza: 148 mm Larghezza: 240mm Altezza: 90 mm Carburante: miscela composta da alcool metilico, 5%-15% nitrometano, max 20% olio sintetico

5 mm Potenza in uscita: 3 KW ( 4 HP ) a 7000rpm Peso: 1828 g Numero di giri pratico: 1800-9000 rpm Attacco

10 Curve consumo e potenza Potenza (Watt) consum i (g/kw h) rpm rpm Legenda colori/significato: Nero : curva potenza richiesta elica Rosso:curva di potenza erogata dal motore a farfalla tutta aperta Blu: curva di potenza erogata dal motore con parziale chiusura della farfalla Verde: curva di potenza erogata dal motore con progressiva chiusura della farfalla Giallo:curva di potenza erogata dal motore al minimo

di potenza erogata dal motore a farfalla tutta aperta Blu: curva di potenza erogata dal motore con parziale chiusura della farfalla

11 Motore disponibile in commercio

12 Motore modificato

13 Generatore di corrente applicato al motore scelto Obiettivo: alimentare la rete elettrica presente sul velivolo per aumento autonomia (- batterie, + carburante) e affidabilità ( due sistemi di alimentazione). sistema di pilotaggio sistema di trasmissione delle immagini

autonomia (- batterie, + carburante) e affidabilità ( due sistemi

14 Sistema di pilotaggio A terra: trasmettitore A bordo del velivolo: ricevitore servocomandi 2 batterie 6V e 4.8Ah in parallelo È PREVISTA UNA AUTONOMIA DELLE BATTERIE DI CIRCA 15 ORE

15 Sistema di trasmissione delle immagini A terra: ricevitore A bordo del velivolo: telecamera per immagini pilota telecamera per le riprese aeree trasmettitore amplificatore 2 batterie 12V e 1.9 Ah. È PREVISTA UNA AUTONOMIA DELLE BATTERIE DI CIRCA 9 ORE

per le riprese aeree trasmettitore amplificatore 2 batterie

16 Motore elettrico Funzionamento come motore: trasformare la potenza elettrica in ingresso in potenza meccanica in uscita Funzionamento come generatore: trasformare la potenza meccanica in ingresso in potenza elettrica in uscita Requisiti del generatore: potenza non inferiore ai 100 W bassi pesi tensione in uscita: 6 V

trasformare la potenza meccanica in ingresso in potenza elettrica in uscita

17 Motore brushless in corrente continua NVK 3005 Caratteristiche tecniche: magnete cilindrico multipolare monolitico al neodimio lunghezza: 52,8 mm diametro: 35,8 mm peso: 181,4 g potenza: 196 W diametro albero: 1/8 K T = 0,4 mm g/amp K V = 5800 rpm/v in c.c. Impiego: trazione di automodelli radiocomandati

diametro: 35,8 mm peso: 181,4 g potenza: 196 W diametro albero: 1/8 K T =

18 Collegamento tra i due alberi tramite due pulegge e una cinghia piatta n 1 = 7000 rpm n 2 = rpm RAPPORTO DI TRASMISSIONE = 5 NECESSITÀ DI UN RIDUTTORE

19 Riduttore Jastron Rapporto di riduzione 6:1 n 2 = 34800/6 = 5800 rpm Rapporto di trasmissione: = 5800/7000 = 0.8

20 SCHEMA ELETTRICO DELL IMPIANTO Generatore 1 Stabilizzatore 1 Batteria 1 6 V 12 V Generatore 2 Stabilizzatore 2 Batteria 2 6 V

21 Conclusioni verificata l applicabilità di un motore da modellismo bicilindrico a 4 tempi ad un UAV progettato un sistema che aumenta l autonomia e l affidabilità del velivolo tramite un piccolo motore brushless compensazione della riduzione di capacità nel tempo delle batterie riduzione del peso complessivo dovuto all eliminazione di due batterie peso batteria peso motore brushless 736 g g possibilità di carico di maggiore quantità di carburante a bordo

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