Studio di massima e ottimizzazionedel basamento di un motore quattro cilindri

per uso aeronautico

Università degli Studi di Bologna

Tesi di laurea di: Relatore:PAOLO TESTI Prof. Ing. LUCA PIANCASTELLI

FACOLTA’ DI INGEGNERIACorso di Laurea in Ingegneria Meccanica

Laboratorio CAD L

Anno Accademico 2005-2006 – Seconda Sessione

Dal motore motociclistico a quello aeronautico

Motore Yamaha Motore Aeronautico

Dal motore motociclistico a quello aeronautico

Albero motore aeronautico

Albero motoreYamaha

Versatilità del motore

Attacco a sbalzo Attacco “tipo Rotax 912”

Stima delle sollecitazioni• Momento giroscopico

J = momento d’inerzia massimo ottenuto dai dati del costruttoreB = rateo di manovra, ovvero l’unità di misura quantificante la variazione di rotta dalla traiettoria principale. Si assume B = π/3 rad/sec; ω= velocità angolare di rotazione dell’elica, espressa in rad /sec.

NmBJM G 3076022800

31 =⋅⋅⋅=⋅⋅=

ππω

Stima delle sollecitazioniForza di richiamata 6g

Massa equivalente testata Massa eq. albero motore

NmgFrichiamata 6,35316081,966 =⋅⋅=⋅⋅=

Stima delle sollecitazioni• Trazione dell’elica 20N/CV

• Reazioni del Riduttore

T2= 3839 NN2= 1397 N

NFassiale 320016020 =⋅=

Stima delle sollecitazioni

• Calcolo con gli elementi finiti delle reazioni delle forze di pressione sul basamento

Verifica agli elementi finiti

Procedimento di lavoro • Verifica del caso peggiore in accordo con le

specifiche del materiale • Calcolo dello scostamento tra la deformata reale

e quella teoricamente desiderabile (i perni di banco rimangono lungo una retta)

• Confronto con quelle ottenute sul motore Yamaha sottoposto ai medesimi carichi

Analisi dei risultatiConfronto Scostamenti

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0 80 160 240 320 400

A sbalzoVincolo RotaxMotore Yamaha

Confronto ScostamentiDirezione Y

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0 80 160 240 320 400

A sbalzoVincolo RotaxMotore Yamaha

Verifica dei dati inizialiSollecitazioni tangenziali

-10000

-8000

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000

10000

-360

-355

-350

-344

-339

-334

-329

-324

-318

-313

-308

-303

-298

-292

-287

-282

-277

-272

-266

-261

-256

-251

-246

-240

-235

-230

-225

-220

-214

-209

-204

-199

-194

-188

-183

Forze alterne totaliForze alterne primo ordineForze alterne secondo ordineForze totali

Ricerca dell’errore

( ) ( ))cos(

)sin()(2cos()cos(4

)( 222

0 βαωβαλαωπα

⋅+⋅⋅⋅+⋅⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅+⋅⋅−

⋅⋅−=

LM

rmtgrmDPPF ibrax

L’espressione analitica presente sul testo “Motori a quattro tempi” dell’ ing. Bocchi perde il significato vettoriale per valori dell’angolo di biella β negativi. Si utilizzerà dunque la formulazione riveduta:

( ) ( ))cos(

)sin()(2cos()cos(4

)( 222

0 βαωβαλαωπα

⋅+⋅⋅⋅+⋅⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅+⋅⋅−

⋅⋅−=

LM

rmtgrmDPPF ibrax

Sollecitazioni tangenziali

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

-360

-355

-350

-344

-339

-334

-329

-324

-318

-313

-308

-303

-298

-292

-287

-282

-277

-272

-266

-261

-256

-251

-246

-240

-235

-230

-225

-220

-214

-209

-204

-199

-194

-188

-183

Forze alterne totaliForze alterne primo ordineForze alterne secondo ordineForze totali

Analisi delle sollecitazioni

• Attacco a sbalzo

Analisi delle sollecitazioni

• Attacco Rotax

Analisi delle deformazioniScostamento Confronto

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0 80 160 240 320 400

A sbalzoVincolo RotaxMotore Yamaha

Modifiche strutturali

Prima Dopo

Modifiche strutturali

Miglioramenti dovuti alle modifiche

Confronto Scostamenti

00,0050,01

0,0150,02

0,0250,03

0,0350,04

0,045

0 80 160 240 320 400

A sbalzo primaA sbalzo dopo

A sbalzo Rotax

Confronto Scostamenti

00,0050,01

0,0150,02

0,0250,03

0,0350,04

0,045

0 80 160 240 320 400

Rotax primaRotax dopo

Analisi delle deformateConfronto Scostamenti

00,005

0,010,015

0,020,025

0,030,035

0,040,045

0 80 160 240 320 400

A sbalzoVincolo RotaxMotore Yamaha

OsservazioneCaso 4Y

-0,1

-0,08

-0,06

-0,04

-0,02

0

0,02

0,04

0 80 160 240 320 400

Valori reali Valori interpolati

Rigidezza infinita

Conclusione• Con l’attacco “ tipo Rotax 912” il motore

possiede i requisiti richiesti • Con l’attacco a sbalzo non possiede al

momento i valori di rigidezza richiesti anche se: - il coperchio della coppa sarà

sicuramente più rigido di quello preso in quest’analisi

- l’attacco sarà sicuramente meno rigido di quello preso dal solutore