CANDIDATO:

Stefano Tommaso Polidori

RELATORE:

Luca Piancastelli

Obiettivo della tesi:

Progettare un telaio per MOTOGP che

possa essere utilizzato, oltre che per le

funzioni strutturali, come condotto

divergente per l’aria,in modo da poter

sfruttare il cosiddetto

“EFFETTO MEREDITH”

L’EFFETTO MEREDITH

Nel 1935 Meredith pubblica il memorandum “Note on the cooling of aircraft engines with special referenceto ethylene glycol radiators enclosed in ducts”.

In tale scritto viene spiegato come, con un opportuno dimensionamento del condotto del radiatore, si possa ottenere una spinta positiva invece che una resistenza

Lo studio di Meredith è stato fatto per applicazioni aeronautiche, esso rappresenta una svolta nella progettazione dei velivoli

L’intento di Meredith è quello di creare una air pump, capace di portare l’aria in ingresso nel condotto dalle condizioni ambiente e velocità di crociera a pressioni inferiori e velocità superiori: in questo modo ottengo una spinta propulsiva, poichè l’aria in uscita ha una velocità relativa positiva rispetto a quella del velivolo. Per creare questa air pump ho bisogno di tre stadi:

- uno stadio di compressione, rappresentato da un divergente;

- una valvola o un contatore, rappresentato dal radiatore;

- lo scarico, rappresentato da un convergente;

Il radiatore quindi va inserito all’interno di un condotto appositamente progettato:

tratto 0 -1: condotto divergente →il flusso d’aria rallenta e aumenta la pressione in 1

tratto 1 -2: radiatore →la cessione di calore al flusso d’aria fredda ne provoca l’accelerazione

tratto 2 –3: condotto convergente →il flusso è ulteriormente accelerato

Esempio di applicazioneIl Mustang P-51D

Celebre per essere considerato il velivolo più veloce della Seconda Guerra Mondiale, deve le sue fortune a due importanti innovazioni tecnologiche:

-ali a profilo laminare

-radiatore ad effetto Meredith (capace di fornire 2000 N di spinta “gratis”alla velocità di crociera)

Il condotto del radiatore era posizionato sotto il pilota e presenta tutte le caratteristiche volute da Meredith.

Altre applicazioni

Come detto prima,l’effetto Meredith è nato ed ormai frequentemente utilizzato in campo aereonautico, dato che più le velocità sono elevate, più le spinta derivata da questo effetto è rilevante

Ormai da diversi anni esso è utilizzato anche nella F1, dove i condotti delle prese d’aria sono spesso dimensionati in modo da poter sfruttare questo effetto

Nella MOTOGP si hanno, come in F1, velocità molto alte, ed è per questo motivo che si potrebbe sfruttare l’effetto Meredith anche in questo campo

La MOTOGP La MotoGP è la massima categoria (in termini prestazionali) di moto da

corsa su circuito definita dalla Federazione Internazionale di Motociclismo. Le uniche corse organizzate per MotoGP sono i gran premi del Campionato Mondiale della MotoGP.

Come per la Formula 1,

questa classe per tutte le

case costruttrici è il banco di

prova delle soluzioni tecniche

più all'avanguardia e vengono

utilizzati, per la costruzione,

materiali ad altissima

tecnologia, che non sempre

vengono poi riportati nella

produzione di serie, come il

titanio o altre leghe leggere, e

la fibra di carbonio.

Il telaio di partenza Il telaio altro non è che lo scheletro della moto. E' la struttura portante

di tutto (o quasi) quello che la compone: motore, sospensioni, carenatura.

Il grande salto nella costruzione dei telai si compì al principio degli anni Ottanta, quando simultaneamente la Yamaha e un tecnico spagnolo di nome Antonio Cobas presentarono una struttura formata da traverse in lega leggera che univano direttamente il canotto di sterzo con l’attacco del forcellone. Nell’evoluzione di questa struttura furono inserite travi laterali di maggiore sezione e differenti sezioni per le travi inferiori.

Esempio di telaio di

nuova generazione

Il telaio da cui sono partito per il mio studio è un classico telaio utilizzato attualmente per la MOTOGP, di cui riporto le immagini

Il progetto del nuovo telaio per

sfruttare l’effetto Meredith L’idea di partenza è quella appunto di sfruttare il telaio stesso(che ha sezione cava) come

condotto divergente per l’aria

Le funzioni principali del divergente sono quelle di rallentare il flusso d’aria che arriva al radiatore e di garantire un aumento della pressione tale da consentire al flusso stesso di attraversare il radiatore completamente. Il problema generalmente più grave che si presenta è quello di limitare le perdite, che abbassano notevolmente il recupero di pressione rispetto al valore teoricamente raggiungibile

In quest’ottica il parametro fondamentale risulta essere l’angolo d’inclinazione del condotto φ: è il suo valore, infatti, che determina il coefficiente di perdita concentrata dovuto alla variazione di sezione

Il compromesso migliore tra la necessità di limitare contemporaneamente Rc (e quindi limitare la lunghezza del condotto)e Rd (e quindi limitare l’angolo φ) lo si ha con valori di φ compresi tra 6°e 7°dove Rc ed Rd sono rispettivamente le perdite concentrate e distribuite.

Rc = 0.5 fL/DH Vm^2

Rd = 0.5 ξ Vm^2

Dove f e il coefficiente d’attrito, L la lunghezza del condotto, DH il diametro idraulico del condotto e Vm e la velocità media nel condotto. ξ rappresenta un coefficiente che, nel caso di condotto divergente, dipende da φ e dal rapporto tra sezioni di ingresso e di uscita.

Nel nuovo telaio si è quindi scelto un inclinazione del condotto , e quindi del telaio stesso, di 6°.I condotti in realtà sono 2, che corrispondono ai 2 bracci del telaio,che poi vanno a riunirsi prima di giungere al radiatore.

Per trovare la sezione di uscita, che poi corrisponde alla dimensione che dovrebbe avere il radiatore, si è fatta la somma delle due sezioni che avremmo avuto se i condotti fossero rimasti separati,sempre mantenendo un angolo di divergenza di 6°. Avendo poi la larghezza del telaio si è trovata l’altezza del radiatore.

Le prese d’aria,ovvero l’imbocco del condotto, sono state realizzate nella parte inferiore del telaio.

Nelle 2 prese d’aria,si sono inserite delle

alette che hanno lo scopo di rendere il

flusso dell’aria meno turbolento

Il convergente

Il radiatore quindi va posizionato alla

fine del condotto,nella parte finale del

telaio.

Subito dopo il radiatore va inserito il

condotto convergente, che, seppur non

decisivo ai fini dell’effetto

propulsivo,assume grande importanza

nella fase di regolazione del flusso

attraverso il condotto del radiatore.

Conclusioni

Il telaio è stato disegnato cercando di rispettare i principali vincoli dimensionali del telaio di partenza

Questo però ha portato ad un piccolo problema quando i due condotti vanno a riunirsi: la sezione finale, calcolata per rispettare la divergenza del condotto, risulta essere troppo bassa, ed un radiatore di quelle dimensioni è difficilmente realizzabile.

La soluzione più immediata per risolvere questo inconveniente è quella di aumentare l’area di tutto il condotto,magari facendo la sezione del telaio più larga,sempre se questo è compatibile con gli altri vincoli progettuali. In questo modo la somma delle due aree alla fine del condotto sarebbe più grande, e di conseguenza verrebbe fuori una sezione di uscita finale maggiore, che corrisponde ad un radiatore di dimensioni accettabili.

Sviluppi futuri

L’effetto Meredith potrebbe essere sfruttato con buoni risultati anche nella MOTOGP.

L’unico ostacolo potrebbero essere vincoli dimensionali: date le piccoli dimensioni delle moto non si ha molta libertà nel progettare condotti a proprio piacimento.

Bisognerebbe quindi trovare la soluzione ottimale che permetta di poter sfruttare questo effetto, senza infrangere limiti geometrici e senza aumentare eccessivamente il peso del telaio.

GRAZIE