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: Relatore:

GIAN LUCA VALLI 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

Motore

Fan

1 – Moltiplicatore - riduttore

2 – Rinvio angolare centrale

4 – Rinvii angolari ai fan

3 – Alberi di trasmissione in carbonio

Posizionamento della trasmissioneRiproduzione 3d del

CESSNA Citation X,

con trasmissione e

fan montati.

Rendering

Materiali utilizzati

-ACCIAIO 300M (DERIVATO DA AISI4340)

Ottime caratteristiche meccaniche

Tensione limite σLIM = 2070 Mpa

Densità ρ = 7,87 kg/dm3

Modulo di elasticità E = 199955 Mpa

Pamm = 1015 Mpa

-LEGA DI ALLUMINIO Gc Al Si 12 Mn Mg

Densità ρ = 2,65 kg/dm3

Fibra di carbonio

Tessuto T300

E = 170000 Mpa

σLIM = 300 Mpa

Densità ρ = 1,9 kg/dm3

Il moltiplicatore - riduttoreNecessità 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

Z1 = 66 Z3 = 26

Z2 = 14 Z4 = 48

1

3

4

2

p fD m z= ⋅

cosβ

nf

mm =

Il modulo normale mn è scelto in base al progetto a usura superficiale e a

resistenza a flessione del dente:

2

dη cosβt amm amm nF p m b f= � � � � �

dσ η cosβt amm amm n

F m b y= � � � � �

(USURA)

(RESISTENZA)

amm t ammP F V= ⋅

1

Supporto alle ruote dentateScelta di cuscinetti commerciali

volventi, a singola e doppia

corona di sfere.

Verificati a durata in ore:

60

p

Rh r

e a

L CL K

n F K

= ⋅ ⋅

⋅ ⋅

Kr Ka

Carter e tenute

MATERIALE CARTER : Gc Al Si 12 Mn Mg (LEGA DI ALLUMINIO)

DENSITA’: ρ = 2,65 kg/dm3

Tenuta con anello ANGUS DPSM

Rinvio angolare centrale

Ruote coniche a dentatura spiroidale:

Rapporto di trasmissione unitario

Z1 = Z2 = Z3 = 32

Angolo tra gli assi θ = 90°

Angolo di semiapertura del cono α = 45°

Angolo di spirale ψ = 35°

1

3

2

2

Rinvio angolare centraleCuscinetti 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

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

3

Verifiche degli alberi

-Verifica a velocità critica: formule di Dunkerley

Freccia statica

4

4 4

5

384

64

p

m gL

LfD d

E π

⋅⋅

= ⋅

− ⋅

Numero di

giri critico

1000c

P

nf

=

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 fp= 5,955 x 10-3 nc=12959 rpm

d= 156 mm

-Verificato poi a resistenza a momento torcente

Materiale T300

E= 170000 Mpa

σlim = 300 Mpa

ρ = 1,9 Kg/dm3

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.

Rinvii angolari ai fanCoppia 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

4

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) èapprossimativamente di 235 kg a secco (senza olio).

Grazie per la cortese attenzione