Installazione 1900 JTD su elicottero Schweizer 300C

Elaborato da:
Amedeo Saverna
Relatore:
Dott.ing.Luca Piancastelli
Correlatore:
Dott. Ing. Gianmichele Bertini
Motivazioni:
Il motore diesel ha un consumo minore
rispetto al motore a benzina
 Il gasolio è meno costoso confronto alla
benzina avio
 Il combustibile per un motore diesel è di
più facile reperibilità, grazie alla possibilità
di poter alimentare il propulsore con JetA1
oltre che con gasolio

2
Lo studio presenta i seguenti punti:
Valutazione ingombri
 Progettazione piastre di sostegno
 Analisi strutturale delle piastre di sostegno
 Valutazione pesi

3
Valutazioni ingombri
Per poter valutare gli ingombri si è creato un modello CAD 3D che
ricostruisce i componenti fondamentali dell’elicottero.
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Valutazione ingombri
Per realizzare il castello motore si sono utilizzati disegni tecnici presi
dal manuale dell’elicottero. Da questi, ricavate le coordinate dei
nodi, si è ottenuto il seguente modello:
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Valutazione ingombri
Limiti strutturali:


Non si può variare il piano delle pulegge, pertanto il motore non può
avere spostamenti lungo l’asse longitudinale del velivolo.
L’asse motore deve avere la stessa inclinazione della coda
dell’elicottero per poter permettere il corretto funzionamento delle
cinghie di trasmissione.
Il modello risultante che si ottiene rispettando tali limiti è il seguente
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Valutazione ingombri
Modello risultante
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Progettazione Staffe di sostegno
Per poter fissare il propulsore al castello
motore dell’elicottero si sono progettate le
seguenti staffe.
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Progettazione staffe di sostegno
Staffa di sostegno lato cinghia
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Progettazione staffe di sostegno
Staffa di sostegno lato puleggia
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Progettazione staffe di sostegno
Modello risultante
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Analisi strutturale
Dalle normative si ricavano i seguenti valori:
Il fattore di carico massimo positivo n+ = 3,5
 Il fattore di carico massimo negativo n- = -1
Considerando il fattore di carico massimo positivo, il peso del
motore jtd e la posizione del baricentro, si possono ricavare i
carichi che gravano sulle staffe

Lato
puleggia
3500 N
Lato
cinghia
2000 N
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Analisi Strutturale
Le staffe sono state analizzate con Ansys
Workbench 10.
Alla staffa di sostegno (lato cinghia) è stato
applicato un carico di 2000 N.
Volendo utilizzare come materiale la lega di
alluminio
ERGAl
AlZn6MgCu,
le
cui
caratteristiche sono riportate in tabella.
Materiale
Massa
AlZn6MgCu 2700
kg/m3
ERGAL
Modulo
Carico di
Carico di Coefficiente
di Young snervamento robustezza di Poisson
71GPa
350 MPa
390 MPa
0,33
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Analisi strutturale
Il risultato ottenuto è il seguente:
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Analisi strutturale
Con lo sforzo massimo ottenuto dalla prova e
conoscendo lo sforzo massimo ammissibile
del materiale si ricava un margine di sicurezza
pari a:
 350

Ms% = 
− 1 ⋅ 100 = 46.7%
 159 ⋅ 1.5 
La staffa è verificata a robustezza
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Analisi strutturale
In modo analogo si è proceduto per la staffa
di sostegno (lato puleggia). Si ha:
 Carico applicato pari a 3500 N con un
fattore di carico di 3,5
 Materiale utilizzato ERGAL AlZn6MgCu
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Analisi strutturale
In modo analogo si è proceduto per la staffa
di sostegno (lato puleggia). Si ha:
 Carico applicato pari a 3500 N con un
fattore di carico di 3,5
 Materiale utilizzato ERGAL AlZn6MgCu
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Analisi strutturale
Si ottiene un margine di sicurezza:
 350

Ms% = 
− 1 ⋅ 100 = 9.54%
 213 ⋅ 1.5 
La staffa è verificata a robustezza, ma con
un margine molto basso. Per ovviare a
ciò si è modificata la staffa ottenendo la
seguente geometria.
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Analisi strutturale
Si ottiene un margine di sicurezza:
 350

Ms% = 
− 1 ⋅ 100 = 9.54%
 213 ⋅ 1.5 
La staffa è verificata a robustezza, ma con
un margine molto basso. Per ovviare a
ciò si è modificata la staffa ottenendo la
seguente geometria.
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Analisi strutturale
Applicando la stesso procedimento alla
nuova geometria si è ottenuto un margine
di sicurezza di:
 350

Ms% = 
− 1 ⋅ 100 = 41.4%
 165 ⋅ 1.5 
La nuova staffa risulta verificata a robustezza.
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Analisi strutturale
Con il fattore di carico negativo si sono verificate le staffe
ad instabilità.
La staffa che potrebbe avere dei problemi per quanto
riguarda l’instabilità è quella lato puleggia perché è
caricata lungo il proprio asse.
Con Ansys Multiphisics si sono calcolati i primi 10 carichi
critichi che possono portare ad instabilità la piastra
considerata.
Dall’equazioni all’equilibrio si ricava che il carico agente
sulla staffa e di circa 1000 N ben lontano dal primo
carico critico che si verifica che è di circa 115000 N.
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Valutazione pesi
Considerando il volume delle piastre di
sostegno e la densità del materiale si
ottengono:
 Massa staffa (lato cinghia) 2.2kg
 Massa staffa (lato puleggia) 4.9kg
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Valutazione pesi



Massa motore 1.9 jtd
Massa staffa lato puleggia
Massa staffa lato cinghia
TOTALE
160 kg
4.9 kg
2.2 kg
167.1 kg
Confronto i soli 120 kg della motorizzazione a
benzina.
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Svantaggi della nuova
motorizzazione
Aumento del peso del propulsore
 Aumento del peso dovuto al sistema di
raffreddamento
 Nuovo sistema di trasmissione a cinghia

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Vantaggi della nuova
motorizzazione
Riduzione dei consumi di circa il 36% a 75% della
potenza;
La curva del consumo specifico del motore diesel è
pressoché costante con il carico ed è pari a 126gr/CVh,
mentre la curva del motore a benzina presenta un
minimo a 200 gr/CVh, e due massimi a circa il 370
gr/CVh).
si conclude che il consumo specifico del motore diesel è
sempre inferiore a quella del motore a benzina
 Più facile reperibilità del carburante
 Riduzione del costo di gestione dell’elicottero

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Previsioni future
Il motore studiato è il 1.9 jtd a 8 valvole che
ha una potenza massima di 165 cv. Già da
tempo la ditta Diesel jet sta lavorando allo
sviluppo di questo motore con 16 valvole.
Le aspettative future sono di ottenere 200
cv senza aumentare il peso del motore.
Pertanto gli svantaggi sopra citati si
riducono ulteriormente.
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