UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BOLOGNA SECONDA FACOLTA DI INGEGNERIA CON SEDE A CESENA ELABORATO FINALE DI LAUREA in Disegno Tecnico Industriale DIMENSIONAMENTO DI MASSIMA DI UNA TRASMISSIONE PER MOTORE DIESEL AERONAUTICO Tesi di Laurea di: GIAN LUCA VALLI Relatore: Prof. Ing. LUCA PIANCASTELLI Anno Accademico 2004/2005 Sessione invernale
OBIETTIVI DELLA TESI Dimensionare una trasmissione per un Business Jet del peso massimo al decollo di circa 16000 kg (Citation X); Adattabilità a un motore ibrido capace di fornire circa 4000 CV di potenza alla quota di crociera (13000 m); Leggerezza e silenziosità dell applicazione; Funzionamento indipendente dei fan; Affidabilità del sistema del 99,9999 % per 3000 ore complessive di funzionamento; Previsione di un dispositivo di emergenza per permettere il funzionamento di un solo fan in caso di guasto dell altro.
Conversione DB605A - VD007 Accensione comandata Potenza: 1500 CV Rapporto di compressione: 7,4 Regime di rotazione: 2800 rpm Peso complessivo: 700 kg ca. Accensione spontanea Potenza: 2200 CV Rapporto di compressione: 15,5 Regime di rotazione: 3800 rpm Peso complessivo: 350 kg ca.
Il Turbocompound Affiancato al motore Diesel VD007 sfrutta i gas combusti ancora caldi in uscita dallo stesso, offrendo, grazie a una turbina, potenza aggiuntiva all applicazione. Potenza aggiuntiva: + 1200 CV
Posizionamento della trasmissione Velivolo di riferimento: CESSNA 750 Citation X Fan 3 Alberi di trasmissione in carbonio 2 Rinvio angolare centrale Motore 1 Moltiplicatore - riduttore 4 Rinvii angolari ai fan
Posizionamento della trasmissione Riproduzione 3d del CESSNA Citation X, con trasmissione e fan montati. Rendering
Materiali utilizzati -ACCIAIO 300M (DERIVATO DA AISI4340) Ottime caratteristiche meccaniche Tensione limite σ LIM = 2070 Mpa Densitàρ= 7,87 kg/dm 3 Modulo di elasticità E = 199955 Mpa Pamm = 1015 Mpa -LEGA DI ALLUMINIO Gc Al Si 12 Mn Mg Densitàρ= 2,65 kg/dm 3 Fibra di carbonio Tessuto T300 E = 170000 Mpa σ LIM = 300 Mpa Densitàρ= 1,9 kg/dm 3
1 Il moltiplicatore - riduttore Necessità di ottenere uno stadio di moltiplicazione direttamente dal regime di rotazione del motore a quello dei fan. Rapporti di trasmissione richiesti: Ruota motore condotta 2,54 Ruota turbina condotta 0,29 Z 1 = 66 Z 3 = 26 Z 2 = 14 Z 4 = 48 D = m z p f m = f m n cosβ Il modulo normale m n è scelto in base al progetto a usura superficiale e a resistenza a flessione del dente: F = p m b fη cosβ F 2 t amm amm n = σ m b yη cosβ t amm amm n d d 2 4 (USURA) (RESISTENZA) 3 1 P = F V amm t amm
Supporto alle ruote dentate Scelta di cuscinetti commerciali volventi, a singola e doppia corona di sfere. Verificati a durata in ore: L h L R C = Kr 60 n Fe Ka p K r K a
Carter e tenute Tenuta con anello ANGUS DPSM MATERIALE CARTER : Gc Al Si 12 Mn Mg (LEGA DI ALLUMINIO) DENSITA : ρ = 2,65 kg/dm 3
2 Rinvio angolare centrale 2 3 1 Ruote coniche a dentatura spiroidale: Rapporto di trasmissione unitario Z 1 = Z 2 = Z 3 = 32 Angolo tra gli assi θ = 90 Angolo di semiapertura del cono α = 45 Angolo di spirale ψ = 35
Rinvio angolare centrale Cuscinetti a rulli conici (montaggio in opposizione a O ) e ghiera filettata per il bloccaggio assiale con rosetta di sicurezza
Accoppiamento con moltiplicatore Accoppiamento con profilo scanalato ad appoggio medio e centraggio interno
3 Alberi di trasmissione in materiale composito Inserti per inserimento di un giunto omocinetico a sfere MATERIALE: Fibra di carbonio T300 FABBRICAZIONE: Tecnica del tape winding
Verifiche degli alberi -Verifica a velocità critica: formule di Dunkerley Materiale T300 E= 170000 Mpa σ lim = 300 Mpa ρ = 1,9 Kg/dm 3 Freccia statica f p 5 = 384 m g L 4 L D d E π 64 4 4 Numero di giri critico n c = 1000 f P Per un albero di lunghezza massima stimata di 1900 mm e spessore impostato di 2mm (20 pelli da 0,1 mm di fibra di carbonio): D= 160 mm m = 3,58 kg f p = 5,955 x 10-3 n c =12959 rpm d= 156 mm -Verificato poi a resistenza a momento torcente
Giunti omocinetici Giunti omocinetici del tipo Rzeppa Montati alle estremità degli alberi consentono piccoli spostamenti angolari tra gli assi degli alberi e degli altri componenti della trasmissione.
4 Rinvii angolari ai fan Coppia conica di ruote a dentatura spiroidale: Rapporto di trasmissione unitario Z1 = Z2 = 32 Angolo tra gli assi θ = 90 Angolo di semiapertura del cono α = 45 Angolo di spirale ψ = 35 Spina di emergenza progettata a taglio per cedere in caso di sovraccarichi improvvisi dovuti ad esempio ad ostruzione dei fan
I fan Ventilatori intubati ad alta efficienza e rumorosità ridotta
Trasmissione completa Prospettiva dal retro - destra
Conclusioni Dopo un primo dimensionamento di massima, la trasmissione sembra realizzabile e adattabile ad un aeroplano executive come il CESSNA Citation; Per rimanere in sicurezza l interasse tra i due fan è il massimo imponibile, in quanto gli alberi sono verificati a velocità critica; Non è possibile ridurre ulteriormente il diametro massimo dell ogiva dei fan, perché è già il minimo indispensabile per contenere al suo interno il rinvio angolare; La trasmissione è progettata per 3000 ore di funzionamento con un affidabilità del 99,9999%, con la sola sostituzione dell olio di lubrificazione e dei filtri; Il peso complessivo dell applicazione (escluso motore Diesel) è approssimativamente di 235 kg a secco (senza olio).
Grazie per la cortese attenzione