UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BOLOGNA

Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica

Disegno Tecnico Industriale

Avamprogetto strutturale ed economico dell’abitacolo della replica del Macchi 205V

Tesi di Laurea di:

Marco Bernardi

Relatore:

Prof. Ing. Luca Piancastelli

Correlatori:

Prof. Ing. Gianni Caligiana

Prof. Ing. Alfredo Liverani

Prof. Ing. Enrico Troiani

Anno accademico 2004/2005

SCOPO DEL PROGETTOLa tesi si inserisce nell’ambito del progetto virtuale “Gallerie Caproni”che comprende l’acquisizione e digitalizzazione della documentazione originale di velivoli storici e la ricostruzione virtuale degli stessi.

Costruire un modello virtuale della zona dell’abitacolo e della strumentazione presente.

Valutare la possibilità di realizzare una versione biposto del velivolo.

Calcolo dei principali carichi in volo e a terra agenti sul velivolo

Studio dell’abitacolo originale e realizzazione di un modello 3D mediante ilCAD Solidworks 2005

Realizzazione del vano per il passeggero

Analisi delle tensioni presenti nella struttura tramite il software ad elementi finiti Ansys Workbench 9.0

NELLO SPECIFICO:

FASI DEL PROGETTO:

CARICHI AGENTI IN VOLO

NORMATIVA FAR 23

M

P

RT

Q

Pc

Rivolta agli aeromobili di aviazione generale ed acrobatici, di peso inferiore a 12,500 libbre (5670 Kg) e con massimo nove posti, pilota escluso.

CARICHI DI PROGETTO = 1.5 • CARICHI AGENTI

n = rapporto tra la portanza P e il peso del velivolo Q

n = P/Q

con

P = 1/2 ρ v2 S Cp

ρ densità aria

S superficie alare

Cp coefficiente di

portanza

DIAGRAMMA DI MANOVRA

n

V [m/s]

Andamento del fattore di carico n in funzione della velocità di volo v

SCIVOLATA D’ALA

•Manovra asimmetrica in cui l’aereo ha una componente di moto traslatorio lungo l’asse del beccheggio

•La principale forza che agisce èdovuta alla portanza della deriva

L = 1/2 ρ v2 Cp A

L = 15846 N

CARICHI AL SUOLO

Normativa:Fattore di carico non inferiore a 2g (FAR 23.473)Applicazione della forza al ruotino di

coda come in figura (FAR 23.481a)Condizione di atterraggio analizzata:

fattore di carico 5g e 1/3 del peso sul ruotino

ATTERRAGGIO

RIBALTAMENTO

FattRuotino = 53383 N

Fattore di carico 2.5Applicazione forza al rollbar

FR = ma · 2,5 · g = 80075 N

COSTRUZIONE DELL’ABITACOLO19 ordinate ad andamento decrescente

Realizzazione profilo

ORDINATE 5 e 6 :ORDINATA 7 :CORRENTI PRINCI

Ordinate di forma, incomplete.Ordinate di forza del sedile.Sezione Z (“z-stiffeners”).

Sezione ad L 60x60 mm, spessore 2 mm Sezione ad L 50x50 mm, spessore 3 mm Incremento della resistenza a flessione ed

PALI E SECONDARI :

a torsione. Rimedio per il buckling.

ORDINATE E CORRENTI

ORDINATA 4 :

Seconda ordinata di forza del velivolo.

Sezione a C 80x60x60 mm, spessore 6mm

PAVIMENTAZIONE

HONEYCOMB

Costruito a mano – Acciaio – Spessore 8 mm – Peso 33,5 Kg

BATTELLINO + SEDILE CORAZZATO

Regolazione altezza tramite cricchetto – vite/madreviteI quattro punti di collegamento del sedile corazzato

STRUMENTAZIONE

CRUSCOTTO FRONTALE

CRUSCOTTO INFERIORE CENTRALE (III SERIE)

CRUSCOTTO INFERIORE SINISTRO

COMANDI VELIVOLOBARRA DI COMANDO

LEVE MOTORE ED ELICA

PEDALIERA

ABITACOLO ORIGINALE

SPAZIO DISPONIBILE DALLA RIMOZIONE SERBATOIO POSTERIORE

NESSUN PROBLEMA DI VISUALE

POSSIBILE MANTENERE LA LINEA DEL VELIVOLO ORIGINALE

REALIZZAZIONE VANO PASSEGGERO

ZONA APPARATO

ARMAMENTO

SOLUZIONE SCARTATA

ZONA SERBATOIO POSTERIORE

SOLUZIONE SCELTA

SPAZIO DISPONIBILE DALLA RIMOZIONE DELLE MITRAGLIATRICI

χ VICINANZA GAMBE AL MOTORE

χ OSTRUZIONE VISUALE PRIMO PILOTA

NUOVE ORDINATE E CORRENTI

ORDINATA 10: Ordinata di forza. Sezione a C 50x60x40 mm, spessore 3 mm.

ORDINATE 8 e 9: Ordinate incomplete. Sezione ad L 50x60, spessore 2 mm. CORRENTI PRINCIPALI E SECONDARI: Z-stiffeners

NUOVO SEDILE

MARTIN-BAKER Leader mondiale nella produzione di sedili per aeroplani ed elicotteri

STRUTTURA IN LEGA DI ALLUMINIO ( peso circa 20 kg)

ANIMA SEGGIOLINO: Lastra spessa 2 mm.

ABITACOLO CON VANO PASSEGGERO

ANALISI TENSIONALE CON IL METODO DEGLI ELEMENTI FINITI

SOFTWARE UTILIZZATO:

Ansys Workbench 9.0

MATERIALE:

Lega alluminio 2024-T3

STRUTTURA SEMPLIFICATA:

Eliminati i raccordi.

Rivestimento importato come superficie (spessore di 1,2 mm impostato in Ansys)

MESH:

107300 elementi.

224985 nodi.

Ordinate e correnti: elementi “brick”

Rivestimento: elementi “shell”

ATTERRAGGIO

VERIFICA STATICA (VonMises):σMAX = 457 MPa

VERIFICA AD INSTABILITA´ (Buckling):

Fattore moltiplicativo = 0,6758

Vincolo fisso sull’ordinata 4

Forza remota applicata nel punto di collegamento del ruotino alla fusoliera

RIBALTAMENTO

VERIFICA AD INSTABILITA´ (Buckling):

Fattore moltiplicativo = 1,03184

VERIFICA STATICA (VonMises):σMAX = 310 MPa

Vincolo fisso sull’ordinata 4

Forza remota applicata all’ordinata 10 (rollbar)

SCIVOLATA D’ALA

VERIFICA AD INSTABILITA´ (Buckling):

Fattore moltiplicativo = 1,09316

VERIFICA STATICA (VonMises):σMAX = 355 MPa

Vincolo fisso sull’ordinata 4

Forza remota applicata alla deriva

1) Si è riprodotto fedelmente l’abitacolo originale.2) La versione con passeggero si integra perfettamente con il resto del velivolo.

CONCLUSIONI

CONCLUSIONI3) La linea originale del velivolo è rimasta praticamente inalterata.

CONCLUSIONI4) Le verifiche a rottura e ad instabilità per i tre carichi più gravosi hanno dato buoni risultati