Università degli studi di Bologna FACOLTA’ DI INGEGNERIACorso di Laurea in Ingegneria Meccanica

Disegno tecnico industriale

ANALISI DESCRITTIVA DI ALCUNE TRASMISSIONI DI ELICOTTERO

Tesi di Laurea di: MATTEO TASSONI

Relatore: Prof. Ing. LUCA PIANCASTELLI

Anno Accademico 2004/2005

ROTORI IN TANDEM-UTILIZZATI SOPRATTUTTO PER ELICOTTERI DI GRANDI DIMENSIONI -MECCANICA DEL SISTEMA DI CONTROLLO COMPLESSA -STRUTTURA COMPLESSA PER SFALSARE VERTICALMENTE I PIANI DEI ROTORI

ROTORI AFFIANCATI-MOLTO POCO DIFFUSA E SOLO PER ELICOTTERI DI GRANDI DIMENSIONI -STRUTTURA INGOMBRANTE PER PRESENZA DI PILONI SUPPORTO ROTORI -ELEVATA RESISTENZA AEREODINAMICA DELLA FUSOLIERA

ROTORI AFFIANCATI SINCRONIZZATI-CONTROLLO D’ASSETTO COMPLICATO -SOLO ROTORI BIPALA A CAUSA DELL’INCROCIO (LIMITATO CARICO SPEC.) -MECCANICA DEL SISTEMA DI CONTROLLO DEI ROTORI COMPLESSA

ROTORI COASSIALI CONTROROTANTI-ASSENZA ROTORE POSTERIORE ANTICOPPIA E RELATIVA TRASMISSIONE -INGOMBRO LIMITATO, FACILE TRASPORTO -MECCANICA DEL SISTEMA DI CONTROLLO DEI ROTORI COMPLESSA

ROTORI A REAZIONE-SFRUTTA LA SPINTA DEI GAS ESPULSI DA PULSOREATTORI -PASSAGGIO DELL’ARIA E CARBURANTE ALL’INTERNO DELLE PALE -NOTEVOLE CONSUMO QUINDI BASSA AUTONOMIA -MOLTO RUMOROSO

ROTORE PRINCIPALE + ROTORE DI CODA-NECESSARIO BILANCIAMENTO DELLA COPPIA DI REAZIONE -PERDITA DI RENDIMENTO E POTENZA TRASMISSIONE ROTORE POSTERIORE -PERICOLO PER OPERATORI A TERRA PER CONTATTO AL SUOLO ROTORE DI CODA

PER RENDERE MENO PERICOLOSO L’ELICOTTERO SOPRATTUTTO IN FASE DI MANOVRA SONO STATE ADOTTATE DUE TIPOLOGIE DIVERSE IN SOSTITUZIONE AL ROTORE DI CODA

ROTORE A FINESTRONG-COMPOSTO DA UNA VENTOLA DI PIU’ PICCOLE DIMENSIONI ALL’INTERNO DELLA CODA DI CIRCA 30-40 mm DA ENTRAMBE LE PARTI IN MODO TALE CHE NON FUORIESCA -PRESTAZIONI INFERIORI RISPETTO AL NORMALE ROTORE DI CODA

NOTAR (NEW TAIL ROTOR)QUESTO SISTEMA E’ COSTITUITO DA UNA VENTOLA INSTALLATA DIETRO L’ALBERO DI TRASMISSIONE, UTILIZZATA PER INSUFFLARE ARIA ALL’INDIETRO DELLA CODA DEL VELIVOLO, PER POI FARLA USCIRE ATTREVERSO UNA GRIGLIA MONTATA AL POSTO DEL ROTORE DI CODA. IL FLUSSO D’ARIA CHE FUORIESCE DALLA CODA CREA IN QUESTO MODO UNA REAZIONE CHE SI OPPONE ALLA COPPIA TRASMESSA DAL ROTORE PRINCIPALE ALLA MACCHINA. SIA LA VELOCITA’ DELLA VENTOLA CHE L’APERTURA DELLA GRIGLIA SONO CONTROLLATE AUTOMATICAMENTE DALLA PEDALIERA DEL PILOTA. VICINO ALLA TRAVE SI CREA UN AUMENTO DI PRESSIONE SULLA SINISTRA E UNA DEPRESSIONE SULLA DESTRA CHE CONTRIBUISCE ALLA FORZA ANTIROTATIVA NECESSARIA PER BILANCIARE LA COPPIA DI REAZIONE GENERATA DAL ROTORE PRINCIPALE

LA FORZA CORRETTRICE NEGLI ELICOTTERI

AFFINCHE’ LA COPPIA DI REAZIONE Cr SIA COMPENSATA DEVE ESSERE Cr = Ty x b.

LA VARIAZIONE DI Ty SI OTTIENE MEDIANTE LA VARIAZIONE DEL PASSO DELLE PALE

Ty SE DA UNA PARTE HA PERMESSO DI COMPENSARE L’EQUILIBRIO DALL’ALTRO COME SEMPLICE FORZA HA CREATO UNO SQILIBRIO.

IL PROBLEMA SI RISOLVE ABBASSANDO IL DISCO ATTUATORE DEL ROTORE PRINCIPALE IN DIREZIONE OPPOSTA A Ty DI UN ANGOLO TALE CHE Fy = Ty

Fy E Ty ANCHE SE SONO UGUALI E CONTRARIE NON AGISCONO LUNGO LA STESSA RETTA D’AZIONE MA A DISTANZA h, PRODUCENDO UN MOMENTO Ty x h.

TALE MOMENTO E’ TANTO PIU’ PICCOLO QUANTO PIU’PICCOLO E’ h, PER QUESTO CONVIENE AVERE CODE PIU’ALTE

DI CONSEGUENZA SI HA UN MOTO DI ROLLIO DELL’ELICOTTERO

NON APPENA L’ELICOTTERO SI INCLINA LE RETTE D’AZIONE DELLE FORZE DI SOSTENTAMENTO Ps ED IL PESO Q NON COINCIDONO PIU’IN TAL MODO ESSE PRODUCONO COPPIE CHE DANNO UN MOTO DI ROLLIO OPPOSTO AL PRECEDENTE

SU ALCUNI ELICOTTERI CHE HANNO PROBLEMI DI CENTRAGGIO IL ROTORE DI CODA NON GIACE SUL PIANO VERTICALE MA E’INCLINATO VERSO IL BASSO

LA COMPONENTE To ORIZZONTALE HA FUNZIONE ANTICOPPIA

LA COMPONENTE Tv VERTICALE PRODUCE RISPETTO AL BARICENTRO IL MOMENTO Tv x b CHE SERVE A CONTRASTARE I MOMENTI PICCHIANTI, MIGLIORANDO LA STABILITA’ LONGITUDINALE E FAVORENDO IL CENTRAGGIO DELL’ELICOTTERO

DESCRIZIONE GENERALE DELLA TRASMISSIONE

GLI ELEMENTI DELLA TRASMISSIONE SONO I SEGUENTI:

ALBERO MOTORE / TRASMISSIONE PRINCIPALE / LINEA ROTORE DI CODA /SCATOLA ROTORE DI CODA

N.B. MOLTO IMPORTANTE E’ LA PRESENZA DELLA RUOTA LIBERA CHE ENTRA IN FUNZIONE IN CASO DI AVARIA, INFATTI LA TRASMISSIONE TRA IL ROTORE PRINCIPALE E QUELLO DI CODA DEVE ESSERE SEMPRE GARANTITA ANCHE IN CASO DI PIANTATA DEL MOTORE

AGUSTA BELL 47 G (elicottero triposto)

MOTORE: Franklin tipo 6V4-200-C3 a 6 cilindri contrapposti raffreddati ad aria

POTENZA: 200 HP a 3100 giri/min

VELOCITA’ DI CROCIERA: 121 Km/h

VELOCITA’ MASSIMA: 146 Km/h

AUTONOMIA MASSIMA: 366 Km

PESO A VUOTO: 658 Kg

AGUSTA-BELL 47 G LA TRASMISSIONE PRINCIPALE

Il motore è posizionato posteriormente alla cabina in posizione verticale direttamente sul motore è montata la trasmissione principale che contiene un riduttore a due planetari con un rapporto di riduzione complessivo di 9 a 1.

AGUSTA-BELL 47 G TRASMISSIONE ROTORE DI CODA

L’albero rotore di coda è costituito da 3 tratte in tubo di acciaio per consentire una maggiore flessibilità della coda in caso di carichi laterali

La scatola ingranaggi rotore di coda ha un rapporto di riduzione di 2 a 1 ed un angolo di deviazione di 90°

ROBINSON R 22 (elicottero biposto)

MOTORE: Textron Lycoming O-360-12A a 4 cilindri disposti orizzontalmente, a presa diretta rafreddato ad aria

CILINDRATA: 5915,7 cm3

POTENZA: 180 HP limitata a 145 HP

VELOCITA’ MASSIMA: 189 Km/h

VELOCITA’ DI CROCIERA: 154 Km/h

AUTONOMIA :460 Km

R 22 LA TRASMISSIONE

NUMERO DI GIRI MOTORE AL 100% = 2551 giri/min

NUMERO DI GIRI ROTORE PRINCIPALE AL 100 % = 510 giri/min

NUMERO DI GIRI ROTORE DI CODA AL 100% = 3268 giri/min

La trasmissione del moto tra il motore e l’albero della ruota libera avviene tramite due pulegge e due cinghie.

All’avviamento del motore le due cinghie non sono tirate e quindi non trasmettono il moto (per non fare ruotare i rotori all’accensione).

Per il tiraggio delle cinghie vi è un apposito attuatore.

La trasmissione principale ècostituita da due ingranaggi conici elicoidali che mi danno la riduzione dei giri da 2551 giri/min a 510 giri/min

R 22 TRASMISSIONE

Il giunto flessibile a lamelle è costituito da un disco flessibile sottile generalmente di acciaio (che consente la flessibilità del giunto) al quale sono fissati l’uno perpendicolarmente all’altro i due bracci solidali agli alberi da collegare

AS 350 (6 POSTI)

MOTORE: Arriel 2B motore a turbina

POTENZA: 733 HP

VELOCITA’ DI CROCIERA: 253 Km/h

AUTONOMIA MEDIA: 666 Km

AS 350 ASSIEME MOTORE

L’ASSIEME MOTORE COMPRENDE ANCHE UN PRIMO RIDUTTORE DI VELOCITA’ INFATTI SI HANNO I SEGUENTI NUMERI DI GIRI DELLE VARIE PARTI DEL MOTORE :

PRIMA TURBINA: 52.110 RPM

LA TURBINA DI POTENZA: 39.970 RPM

ALBERO DI UNIONE: 6.125 RPM

LA RUOTA LIBERA E’POSIZIONATA ALL’INTERNO DELLA RUOTA DENTATA CHE DA IL MOTO ALL’ALBERO DI UNIONE

AS 350 TRASMISSIONE PRINCIPALE

LA TRASMISSIONE PRINCIPALE E’ COMPOSTA:

1)Un modulo di riduzione epiciclica a 5 ingranaggi planetari con rapporto di trasmissione 4,33

2)Un modulo di riduzione conico con rapporto di trasmissione 3,59

2)Un modulo di lubrificazione

NUMERO DI GIRI ROTORE PRINCIPALE= 394 rpm

AS 350 TRASMISSIONE ROTORE DI CODAL’albero motore anteriore è fatto in acciaio poiché è collocato in una zona calda sotto l’ugello di scarico del motore.

L’albero posteriore è più lungo e deve essere più leggero possibile quindi è fatto in dural

La scatola di trasmissione di coda è formata da due ingranaggi di riduzione conici dentro un carter in lega leggera, gli ingranaggi sono lubrificati per sbattimento

AGUSTA-BELL 412 (14 POSTI)

MOTORI: È dotato di due turbomotori a turbina libera modello PT6T tipo T-3B o T-6 costruiti dalla ditta PRATT&WHITNEY AIRCRAFT

POTENZA= 900 HP

VELOCITA’ MASSIMA= 231 Km/h

VELOCITA’ DI CROCIERA= 185 Km/h

AUTONOMIA MEDIA= 500 Km

AB 412 IL GRUPPO MOTOREIl gruppo motore è costituito dai due motori dalle 2 scatole di riduzione per gli accessori e dalla scatola di riduzione COMBINATRICE che ha il compito di unire le prese di moto dei due motori per ottenere un‘unica presa di moto.

AB 412 SCATOLA INGRANAGGI COMBINATRICE

Le due ruote libere servono in caso di piantata dei motori se uno dei due si blocca l’elicottero può essere controllato con l’altro motore

L’albero di uscita dalla combinatrice ha una velocità di 6.600 rpm

AB 412 GRUPPO DI TRASMISSIONE DEL MOTO

ELENCO VELOCITA’

Albero motore-trasmissione= 6600 rpm

Albero rotore principale= 324 rpm

Presa di moto per rot. di coda= 4300 rpm

Pompa olio trasmissione= 4498 rpm

Presa di moto freno rotore= 8922 rpm

AB 412 TRASMISSIONE PRINCIPALEAll’interno della trasmissione un accoppiamento di ingranaggi conici elicoidali, e due stadi di ingranaggi a planetario provvedono alla riduzione del moto per trasmetterlo all’albero del rotore principale.

AB 412 TRASMISSIONE DEL MOTO AL ROTORE DI CODAGli alberi costituenti la trasmissione del rotore di coda sono in numero di 6 di cui 5 sono della stessa lunghezza, mentre quello installato in seconda posizione è più corto. Ciascun albero è costituito da un tubo di alluminio anodizzato alle cui estremità sono chiodati dei giunti dentati. Gli alberi sono sostenuti e collegati tra loro tramite 4 supporti di cui 3 sono fissati alla trave di coda e uno fissato alla piattaforma del vano del motore. Ciascun supporto è costituito da due giunti, uno flessibile anteriore e uno rigido posteriore calettati sull’albero brocciato che a sua volta è installato sul cuscinetto a sfere.

AB 412 SCATOLA A 42° E A 90°

SCATOLA A 42°

FA VARIARE DI 42° LA DIREZIONE DELL’ALBERO DI TRASMISSIONE ROTORE DI CODA, SENZA ALCUNA RIDUZIONE DELLA VELOCITA’

SCATOLA A 90°

MONTATA SULLA SOMMITA’ DELLA DERIVA PROVVEDE A VARIARE DI 90° LA DIREZIONE DEL MOTO E RIDURRE DI 2,59:1 LA VELOCITA’ DI ROTAZIONE TRA L’ALBERO DI ENTRATA E QUELLO DI USCITA

IL VOLO IN AUTOROTAZIONE

IL FENOMENO DELL’AUTOROTAZIONE RIVESTE LA MASSIMA IMPORTANZA PERCHE’ASSICURA LA POSSIBILITA’ DI MANOVRA DELL’ELICOTTERO, CONSENTENDO LA DISCESA A TERRA SENZA DANNI QUANDO PER UNA CAUSA QUALSIASI AVVIENE L’ARRESTO DEL MOTORE DURANTE IL VOLO

E’ NECESSARIO CHE IL ROTORE ABBIA LA POSSIBILTA’ DI GIRARE IN FOLLE (PER QUESTO E’IMPORTANTE LA TRASMISSIONE) MANTENUTO IN ROTAZIONE DAL FLUSSO D’ARIA CHE LO INVESTE DAL BASSO VERSO L’ALTO, GENERANDO IN TAL MODO LA FORZA SOSTENITRICE.

DURANTE L’AUTOROTAZIONE IL MOTORE RISULTA INCLINATO ALL’IDIETRO E LE PALE GIRANO NELLO STESSO VERSO CHE IMPRIMEREBBE IL MOTORE, INOLTRE LA COPPIA DI REAZIONE E’ OVVIAMENTE NULLA.

LA VELOCITA’ PIU’ OPPORTUNA PER LA DISCESA IN AUTOROTAZIONE RISULTA ESSERE 70-80 Km/h.