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Studio di fattibilitàper l’adattamento di un motore motociclistico
ad accensione comandata su di un velivolo ultraleggero
Tesi di laurea di :Claudio Carlini
Relatore :Prof. Ing Luca PiancastelliCorrelatori :Prof. Ing. Franco PersianiProf. Ing. Gianni CaligianaDott. Ing. Stefano Cassani
Università degli Studi di Bologna - Facoltà di Ingegneria - A.A. 2004/2005 – 26/10/2005
YAMAHA R1
Attuale equipaggiamento propulsori ultraleggeri in commercio :
ROTAX
Pregi :
• Affidabilità
• Ampia gamma potenza max 100 CV
• Compattezza generale
Difetti :
• Peso non trascurabile 70 Kg max• Potenze limitate• Costi elevati
Propulsore che vada a coprire una fascia di mercato medio alta con potenze a partire da 100 CV
Economico
Affidabile
Leggero
Compatto
Intercambiabile con gli attuali motori installati
OBIETTIVI PRIORITARI NELLA NUOVA SCELTA DI PROPULSORE
Motore YAMAHA R1
Peso = 75 Kg
Coppia = 10,3 Kgm
N° giri = 12000 rpm
Potenza = 152 CV
Adattamento motore ad un’applicazione di tipo avio
Scelta di suddividere il progetto in due fasi:
1) Prendere coscienza delle scelte costruttive del motore motociclistico e scegliere le modifiche più semplici ed idonee che consentano il montaggio di un’elica e una prova di durata al banco con lo scopo di individuare gli anelli deboli della catenaPROPULSORE e riprogettarli.
2) Presentare un adattamento del motore originale Yamaha proponendo il ribaltamento dell’attuale albero di trasmissione finale per consentire un alloggiamento della trasmissione analogo a quello adottato dai motori ROTAX. Inevitabili modifiche alla trasmissione complessiva
Studio della morfologia e dei vincoli strutturali caratterizzanti il motore Yamaha 1000
b) Ruota dentata frizione, secondo ingranaggio della trasmissione primaria
c) Ruote dentate e selettori cambio di velocità
d) Motorino di avviamento
• Trasmissione del moto :Albero motore
Campana frizione
Albero primario
Albero secondario
a) Maschetta dentata responsabile della trasmissione del moto
• Circuito di lubrificazione e raffreddamento :I. Collocazione pompe acqua-olio all’interno del vano motore
II. Movimentazione pompe tramite ingranaggio calettato sull’albero primario
V. Scambiatore acqua-olio
VI. Blocco cilindri ruotato di 40° frontemarcia,coppa dell’olio ricavata ad hoc per pescaggio olio succhiarola
IV. Circuito di lubrificazione complesso,ha il compito di raggiungere ogni componente in movimento; perni di banco, alberi cavi, cuscinetti, ruote dentate, fondo pistone
Getto di olio nebulizzato
• Alternatore :Calettato in posizione opposta alla distribuzione, serrato su una conicità ricavata sull’albero motore
• Posizione distribuzione :La catena della distribuzione viene movimentata dall’albero motore tramite una boccola dentata alloggiata in direzione opposta all’alternatore
• Rigidezza complessiva supporti e nervature :Eventuali modifiche ai due semiblocchi in fusione di alluminio potrebbero compromettere la rigidezza complessiva del blocco motore
Prima soluzione progettuale• Prima marcia cambio di velocità originale in
luogo di un riduttore dedicato.Velocità albero secondario in prima marcia 2800 giri/min
• Costruzione di un albero elica ricavato in funzione delle specifiche dettate dalla scelta del tipo di elica MTV-10 PROPELLER
• Giunto rigido scanalato di collegamento secondario-albero elicaIl giunto presenta delle problematiche di tipo dimensionale e di affidabilità a causa dell’elevato momento torcente trasmissibile
Funzionalità di smorzatore di urti legati alle manovre di richiamo esercitate in volo dal pilota e dalle turbolenze
• Frizione motociclistica multidisco :
• Telai di sostegno :
Sostegno ausiliari
Castello centina
Telaio albero elica
Blu >> CentinaRosso >> Castello intermedio
Verde >> Blocco motore
Castello intermedio
Adottato Modificato Supporto aggiuntivo
Dimensionamento e verifiche• Verifiche alberi di trasmissione :
ResistenzaFaticaSpallamentiIntagliScanalature
44,8815,7151
Momento flettente Piano X-Z
85000
185361HA HB
T1
T2
A B
44,8815,7151
Piano X-Z
• CuscinettiIndispensabili tali verifiche poiché a differenza dell’applicazione originale del motore ossia motociclistica, ogni componente del propulsore che si andràa testare, dovrà garantire un’affidabilitàcomplessiva del 99%.
Affidabilità 90% Affidabilità 99%
• Ruote dentate
Verifica a resistenza Positive
Verifica ad usura Negative>> Trattamenti termici e di apporto di materiale garantiscono ottimale resistenza ad usura.
>> Ogni ruota subisce anche dimensionalmente un accurato esame agli elementi finiti; scopo riduzione pesi
• Albero elica
>> Flangia con fori per boccole imposti dal tipo di elica>> Dimensionamento, scelta cuscinetti
Vibrazioni torsionali
Verifica tao torsionalidell’albero a gomiti, riducendo tutta la trasmissione dall’elica all’albero motore
Individuazione del nuovo albero motore equivalente secondo il modello :
Modello albero equivalente
Risultati ottenuti :Tutti gli ordini delle ampiezze di vibrazione si trovano fuori dal campo di utilizzo del motore ampiamente al di sotto delle curve limite del Lloyd ( metodo FAR/JAR )
Modi propri di vibrare :
1547 giri/min38570 giri/min
Seconda soluzione progettuale
• Albero secondario-albero elica in un unico componente :Vantaggi :
Avvicinamento ingranaggi in zone strutturalmente più solide
• Sostituzione albero primario con nuovo albero portante ingranaggio ricavato dal pieno traslato rispetto alla posizione originale.Pignone più spesso.
Riduzione di peso con eliminazione di un albero
Funzionalità di smorzatore torsionale offerta dall’albero elica
• Ribaltamento asse elica con lo scopo di presentare l’asse dell’elica nella medesima posizione offerta dai propulsori ROTAX
ROTAX TESI
YAMAHA TESI
• Calettamento nuova ruota dentata su albero elica tramite profilo scanalato.Ghiere di fissaggio come soluzione originale per impedire scorrimenti assiali dell’albero
• Calcolo convenzionale secondo MANUALE dell’ INGEGNERE della coppia di ruote che originano il primo rapporto per garantire la resistenza adeguata e l’affidabilità necessaria in volo
• Eliminazione giunti tra albero elica e secondario
• Frizione centrifuga :
Garantisce innesti progressivi in fase di accensione e spegnimento motore evitando problematiche innescate dalle forti inerzie da movimentare
• Fusione naso in alluminio
Nervature
• Fusione coperchio in alluminio
• Modifiche al circuito di lubrificazione nel semiblocco superiore
Dal condotto centrale preesistente Ricavate due derivazioni
Fissaggio
Sedi anelli seeger per tenuta e cuscinetti
Dimensionamento e verifiche• Ripercorso lo stesso iter di verifiche e dimensionamenti svolto nella prima
scelta progettuale
Dimensionamento e verifiche
Dimensionamento ruote dentate
Scelta di nuovi cuscinetti a rulli più
resistenti
• Riduzione ad albero motore equivalente
Modi propri di vibrare :
1996 giri/min38570 giri/min
Conclusioni e sviluppi futuriObiettivi raggiunti :
Copertura delle attuali fasce di potenza e di nuove fasce di potenza medio-alta grazie all’elettronica
Contenimento pesi secondo le attuali applicazioni
Compattezza
Costi contenuti dato l’utilizzo di molti componenti già presenti nel motore originale
Elevata affidabilità
Sviluppi futuri :
Revisione dei componenti che hanno mostrato cedimenti
Telai ricavandoli in fusione magari di leghe di alluminio
Studio del sistema di raffreddamento e adduzione dell’aria tramite tubi di flusso
Possibili alleggerimentiCertificazione e produzione propulsore
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