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