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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BOLOGNAFacoltà di Ingegneria
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
Tesi di Laurea di:Pietro Bosi
Relatore:Prof. Ing. Luca Piancastelli
STUDIO DI FATTIBILITA’ DI UN ULTRALEGGERO IN COMPOSITO
REALIZZATO MEDIANTE LA TECNICA “RTM”
Anno Accademico 2005 – 2006 I Sessione
Ambito del progetto:
Realizzazione di un velivolo ultraleggero le cui linee richiaminoquelle di un aereo della seconda guerra mondiale:il Messerschmitt Bf 109 in scala 1:1
Scopo del lavoro è di ottenere un modello CAD del velivolo da realizzare in versione ultraleggera tramite l’impiego di una nuovatecnica produttiva quale l’RTM
Obiettivo della tesi:
Realizzazione di un modello tridimensionale dei pezzi principalidel velivolo:
Le ALI
La FUSOLIERA
N.B :Le parti ottenute dovranno essere complete e pronte per l’assemblaggio
Molto utilizzati in aeronautica per:elevato rapporto resistenza-pesoelevata resistenza a fatica,agli urti e a corrosioneCosti elevati
RTM:
Tecnologia per la produzione di materiali compositiche utilizza resina liquida per impregnare pre-formerealizzate da strutture sandwich con pelli in fibra divetro o carbonio e matricein schiuma espansa.
RTM al contrario permette di ottenere pezzi di forma complessa con ottima finitura superficiale e resistenza adeguatamente elevata con costo di produzione relativamente basso.
RESIN TRANSFER MOULDING
Costituenti del RTM
MatriciResine termo-indurente
poliestereepossidicheestere vinile
La scelta della resina permette di variare:
o temperatura di esercizioo resistenza agli agenti chimicio resistenza ad agenti atmosfericio resistenza al fuocoo conducibilità elettrica
RinforzoFibra di vetro:
• costi ridotti• buona resistenza• buone caratteristiche di
lavorabilitàFibre aramidiche:
• elevata resistenza a trazione, a fatica e all’impatto
• buona lavorabilitàFibra di carbonio:
• Ottima resistenza e durezza• Ottimo comportamento a T
elevate
Processo di RTM:
1. Predisposto uno stampo in due parti, viene iniettata la schiuma che si espande.
2. Si posizionano e si incollano sulla forma in schiuma espansa (PVC, Polistirolo, Polistirene,etc.) gli inserti in alluminio, bronzo, acciaio inox o titanio
3. Si predispone un secondo stampo in due parti. Opportunamente verniciato con distaccante e gelcoat. Si deposita una strato di rinforzo (vetro o carbonio) composto da un tessuto, una spugna (combiflow) e un secondo tessuto.
4. Si posiziona l’anima in schiuma espansa5. Si posiziona un secondo strato di rinforzo come al punto 3.6. Si posiziona un anello a tenuta d’aria e la seconda parte del II
stampo.7. Si aspira l’aria (0.4 bar assoluti)8. Si inietta la resina (poliestere o epossidica)9. Si sforma e si realizzano i fori negli inserti con macchina a CN
Vantaggi RTM:separazione della fase di stampaggio dallaprogettazione dell’architettura delle fibre
buona qualità superficiale
flessibilità degli stampi per forma e dimensione
buona disponibilità di resine e rinforzi utilizzabili
frazione di volume delle fibre facilmente controllabile
approx 6 kg/mq in vetro/poliestere (0.8 mm il composito)
approx 4 kg/mq in carbonio/epossidica (0.8 mm il composito)
Messerschmitt Bf 109 KCaratteristiche tecniche del velivolo originale:
apertura alare: 9920 mm lunghezza : 9020 mmaltezza: 2680 mmsuperficie alare: 16,05 mqmotore: Daimler Benz DB605potenza al decollo: 1475 CVpeso massimo al decollo: 3374 kg
Caratteristiche di volo:velocità massima: 728 Km/hvelocità di crociera: 645 Km /hvelocità minima: 150 Km/hautonomia di crociera: 720 Km
Messerschmitt Bf 109 K Ultraleggero
Il motore che verrà montato sulla questa versione è un motore motociclistico riadattato ad uso di un ultraleggero dall’ Ing. Carlini.
Potenza = 152 CV
N° giri = 12000 rpm
Coppia = 10,3 kgm
Peso = 75 kg
Gli ingombri sono molto ridotti rispetto al 12 cilindri DB 605.Lo spazio ricavato dal cofano è riutilizzatoper un posto passeggero davanti a quello pilota.
l’installazione motore avviene direttamente senza castello tramite l’impiego di smorzatori in gomma montati sulla fusoliera
Scala 1:1
Peso massimo al decollo 450 kgcon 2 piloti da 75 kg cadauno
Velocità di stallo inferiore a 65 km/h
Quota massima 300 m
Dati tecnici del velivolo:
Fasi di progettoper la modellizzazione del Me109:
Raccolta di materialeImmaginiDisegni
che possano dare un indicazione dicome sviluppare il velivolo
Tali disegni permettono uno studio delle dimensioni di massima, dei profili e dei particolari necessari alla realizzazione delle parti interessate
Dimensioni di massimaDimensioni di massimaProfili e particolariProfili e particolari
Fasi di progettoper la modellizzazione del Me109:
MONOALA FUSOLIERA
•Apertura per flaps e alettoni•Canaline passacavo per i comandi•Spazi per chiusura carrello d’atterraggio
•Scassi per abitacolo pilota e passeggero
•Raccordo monoala•Presa d’aria radiatore•Attacchi di coda e di castello motore
MONOALA
CORPO DELLCORPO DELL’’ALAALA
• Definizione dei piani di riferimento
• Disegno e quotatura deiprofili
• Verifica dei tracciati di curvatura
• Esecuzione del Loft
MONOALA
• Fase di alleggerimento
MONOALA COMPLETAMONOALA COMPLETA
• Posizionamento deglialettoni e dei flaps
• Spazi per chiusuracarrello di atterraggio
Attacchi alettoniAttacco braccio carrelloFormaggelle per assemblaggio fusoliera
Apertura carrello ottenuta verso l’esterno a differenza della versione originale
Carreggiata più ampia e maggior stabilità in fase di atterraggio
FUSOLIERA
• Disposizione dei piani di riferimento
Corpo della fusolieraCorpo della fusoliera
• Disegno e quotaturadei profili
• Verifica dei tracciatidi curvatura
• Realizzazione delloskin della fusoliera
• Inspessimento
FUSOLIERA
Completamento della Completamento della fusolierafusoliera
Posizionamento del profilo dell’ala
Posizionamento linee guida
• Presa d’aria per radiatore• Scassi per abitacolo pilota e
passeggero• Attacchi di coda e castello
motore
• Realizzazione raccordo Ala
Formaggelle di rinforzo agli attacchi di coda
Asse motore
Raccordo alla parete di rinforzo
• Chiusura carrello
Il radiatore Il radiatore èè posto sotto il cofano in luogo posto sotto il cofano in luogo del radiatore delldel radiatore dell’’olio della versione originaleolio della versione originale
Abitacolo del passeggero removibileAbitacolo del passeggero removibile
CONCLUSIONIGli obiettivi posti inizialmente sono stati raggiunti
In particolare:Si è ottenuto un modello corretto dell’ala e buona somiglianza di forma
della fusoliera (causa l’insufficienza di materiale reperito)L’installazione motore avviene direttamente sulla fusoliera tramite
l’impiego di smorzatori in gommaIl radiatore è stato posto sotto il cofano in luogo del radiatore dell’olio
della versione originaleI flaps interni e quelli esterni sono stati ridisegnati in un'unica
soluzione e realizzati a spaccoIl posto passeggero è stato ricavato davanti al sedile del pilota con
abitacolo aperto e rimovibile
Il risultato montabile in qualunque officina partendo dai particolari originali realizzati per RTM consente la
costruzione del velivolo in kit.
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