studio di massima di un’
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ALMA MATER STUDIORUM
UNIVERSITA’ DI BOLOGNA
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA
STUDIO DI MASSIMA DI UN’ ELICA CONTROROTANTE PER UN MOTORE DIESEL COMMON RAIL
AERONAUTICO
Tesi di laurea di:Vincenzo Galotto
Relatore:Chiar.mo Prof. Ing. Luca Piancastelli
Correlatori:Prof. Ing. GIANNI CALIGIANA
Dott.Ing. ENRICO TROIANIDott.Ing. DANIELA FRANCIA
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Problemi
+
Motore di
considerevole potenza
(3700 CV /2719 kW)
Necessità di un’ elica
di grandi dimensioni per
convertire la potenza in
spinta
SENSIBILE AUMENTO DI :
• COPPIA DI REAZIONE
• MOMENTO GIROSCOPICO
VD007turbocompound
Classe P180 Avanti monomotore
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Pregi …
• Riduzione del diametro dell’elica
Si riducono:• ingombro• peso• forze centrifughe
• Non si verificano perdite per soffocamento della corrente (choking) dato lo spazio sufficientemente largo intercedente tra pala e pala.
• Il risparmio di combustibile è dell’ ordine del 10% ( v. Lattanzi ).
Maggiore complicazione meccanica
… Difetti ….
SOLUZIONE : ELICHE CONTROROTANTI
COASSIALI
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… e Vincoli ProgettualiDistanza tra i due dischi delle eliche di 1/8 + 1/10 del diametro
•Rendimento aumenta•Vibrazioni diminuiscono
(risultati ottenuti da prove su modelli in galleria e da prove in volo)
Le velocità delle due eliche siano identiche
Evitare l'effetto stroboscopico delle cosiddette linee bianche, fastidioso per il pilota
Passo II elica (posteriore) 1,5° minore•Rendimento migliora•Coppie assorbite da eliche uguali
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La Pala (lavoro NACA “RM-E6K26”)
HAMILTON STANDARD 6507A-2
Dati ricavati dalla
tabella (fig.1) pag
17/57 del documento:
NACA-RM-E6K26
Diametro(D) Sezione r/R r b/D corda (b) Angolo Inclinazione (θ) Campanatura principale
3911,6 0 0,24 469,392 0,069 269,9004 45°
3911,6 1 0,3 586,74 0,0744 291,02304 40°30'
3911,6 2 0,4 782,32 0,08 312,928 35°
3911,6 3 0,5 977,9 0,0811 317,23076 30°15'22''
3911,6 4 0,6 1173,48 0,08 312,928 25°23'1''
3911,6 5 0,7 1369,06 0,0778 304,32248 21°32'18''
3911,6 6 0,8 1564,64 0,0739 289,06724 18°15'23''
3911,6 7 0,9 1760,22 0,0656 256,60096 14°52'18''
3911,6 8 0,95 1858,01 0,0588 230,00208 13°50'46''
3911,6 9 1 1955,8
NOTA : il dato della"campanatura
principale" non è previsto da diagramma,
ma ,vista l'utilità di tale dato per la forma,
ho ritenuto opportuno aggiungerlo
ricavandolo da dati estratti da profili
della Hartzell e poi adattati (scalati) alla
pala in esame. Le frecce sono ricavabili
direttamente dal disegno.
COORDONATE PROFILO
Raggio del bordo d' attacco Valore CORDA
1,205117021 304,3225
X% X Y% Y X-(corda/2) Y X-(corda/2)-Xg Coordinate Baricentro
0 0 0 0 -152,16124 0 -116,152196 Xg Yg
1,25 3,804031 0,969 2,948885 -148,357209 2,948885 -112,348165
2,5 7,608062 1,354 4,120526 -144,553178 4,120526 -108,544134 -219920 -36,009 0
5 15,21612 1,882 5,727349 -136,945116 5,727349 -100,936072 6107,345
7,5 22,82419 2,274 6,920293 -129,337054 6,920293 -93,32801005
0
10 30,43225 2,593 7,891082 -121,728992 7,891082 -85,71994805
15 45,64837 3,101 9,43704 -106,512868 9,43704 -70,50382405
20 60,8645 3,498 10,6452 -91,296744 10,6452 -55,28770005
30 91,29674 4,063 12,36462 -60,864496 12,36462 -24,85545205
40 121,729 4,391 13,3628 -30,432248 13,3628 5,57679595
0
50 152,1612 4,5 13,69451 0 13,69451 36,00904395
60 182,5935 4,376 13,31715 30,432248 13,31715 66,44129195
70 213,0257 3,952 12,02682 60,864496 12,02682 96,87353995
80 243,458 3,149 9,583115 91,296744 9,583115 127,305788
90 273,8902 1,888 5,745608 121,728992 5,745608 157,738036
0
95 289,1064 1,061 3,228862 136,945116 3,228862 172,95416
100 304,3225 0,09 0,27389 152,16124 0,27389 188,170284
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Varianti del sistema idraulico regolazione passo
MT-PROPELLER ROTOL
Progettazione per similitudine, i carichi
di certificazione sembrano inadeguati.
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Il sistema scelto
Hamilton-Standard Hydromatic(Elica Idromatica Fiat)
ELIMINATO
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Il Complessivo
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Il DuomoPrima Dopo
E’ stata eliminata la sede del tappo che aveva il duplice compito di permettere lo svuotamento della camera anteriore e lo sfiato dell’ aria.
Tale modifica prende corpo dall’ idea di sfruttare in questa sede un concetto adoperato con successo dalla HOFFMANN-PROPELLER.Non è previsto alcun dispositivo che riporti l’elica a passo minimo, nella camera frontale c’è ARIA che funge da polmone. Al calare della pressione dell’ olio, l’aria tende a dilatarsi portando indietro il pistone, coadiuvato anche dal fatto che le eliche, per la loro stessa conformazione aerodinamica tendono ad assumere la posizione di minima interferenza e quindi di passo minimo.
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Il PistonePrima Dopo
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La CrocieraPrima Dopo
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La ruota dentata conica sulla pala
Prima
Dopo
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La Camma InternaPrima
Dopo
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La scatolaPrima
Dopo
(Posteriore)
(Anteriore)
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La seconda elica (Controrotante)
In essa tutti i componenti sono uguali alla prima eccetto due :
Il Duomo si riduce a semplice guida per il pistone che vi scorre all’ interno
Il Pistone medesimo diviene un organo passivo atto a trasmettere il moto dal
pistone della prima elica ai rulli che insistono sulle camme.
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Materiali
300M AISI 4340
Il 300M Ultrahigh Strength Steel è un acciaio da bonifica che viene indurito superficialmente tramite un processo di nitrurazione
ionica.Si realizzeranno con questo materiale tutte le parti soggette ad usura quali:
Camme interne ed esterne
Gli anelli esterni dei rulli
Gli ingranaggi
E’ una ottima combinazione di resistenza, tenacità e durezza.
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Materiali
Titanio Ti6Al4VCaratteritiche :
Buona duttilità Inibisce la trasmissione del calore
Eccellente stabilità dimensionale alle alte temperature Resistenza alla corrosione
Si realizzeranno con questo materiale le seguenti parti:
le scatole
le viti
la crociera pistone
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Materiali
Lega di alluminio 390.0-T5Caratteritiche :
Lega di alluminio-silicioFacilità di lavorazione
Le componenti che si è deciso costruire in alluminio sono le medesime del progetto
originale : Duomo
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ConclusioniRisulta quindi possibile sfruttare efficacemente un unico motore di grande potenza ( 3700 CV ) quale puòessere il VD007 per far volare un velivolo che mostri le medesime caratteristiche di un P180 AVANTI dellaPiaggio, capace quindi di una velocità di crociera di 700 Km/h trasportando fino a 8-10 passeggeri.
+Purchè si utilizzi un sistema di eliche controrotanti ,che equilibrino la coppia direazione e quella dell’ effetto giroscopico, a passo variabile, per un migliore
sfruttamento del motore che funziona così a giri costanti .