Presa d`aria per convertiplano supersonico

Studio ed ottimizzazione di una
presa d’aria per motore
aeronautico di un convertiplano
supersonico
Tesi di
Luca GOLFERA
Relatore
Chiar.mo Prof. Ing
Luca Piancastelli
Perchè il convertiplano?
• L’idea di progettare un convertiplano nasce dalla
considerazione esiste una nicchia di mercato, nel settore degli
aerei civili, non ancora occupata da nessuna azienda.
• Inoltre non esistono più, dopo il pensionamento del Concorde,
aeroplani passeggeri supersonici (v. Nuovi progetti Cessna e
Tupolev 444)
Le caratteristiche iniziali di progetto del nostro velivolo sono:
1. DECOLLO CORTO O VERTICALE/ATTERRAGGIO VERTICALE.
2. VELOCITA’ di CROCIERA = 2,2Mach (NECESSARIA PER VOLI)
TRANSOCEANICI.
3. CAPACITA’ di TRASPORTARE ALMENO 6 PERSONE di CUI 2 di EQUIPAGGIO
Obiettivi presa d’aria
• Rallentare il flusso da Mach 2,5 a Mach 0,3
(circa);
• Aumentare la pressione;
• Realizzare un flusso uniforme a monte del
compressore;
• Minimizzare le perdite di pressione totale
(pressione statica più la pressione dovuta
all'energia cinetica del flusso);
• Minimare resistenza aerodinamica esterna;
• Minimizzare massa / lunghezza.
Funzionamento presa d’aria
supersonica
Dalle relazioni del flusso quasi-unidimensionale isentropico
si ha che:
•PRIMA, in condizioni supersoniche il condotto deve essere
convergente per poter rallentare il flusso
•POI, in condizioni subsoniche il diffusore deve essere
divergente.
Ugello di de Laval
Presa d’aria ad onda d’urto normale
La presa d'aria supersonica ad onda d'urto normale (detta
anche presa Pitot) è quella più semplice e leggera. Si tratta di
una presa dinamica subsonica che in condizioni di volo
supersonico provoca la formazione davanti ad essa di un urto
normale (onda d'urto piana). La presenza di questa onda
d'urto provoca una perdita di pressione totale.
F86 Sabre
Presa d’aria ad onde d’urto oblique
• Le onde d'urto oblique sono meno intense di
quelle normali
• Le perdite di pressione totale sono di
conseguenza minori.
Presa d’aria ad onde d’urto oblique
Comunque una presa d'aria siffatta avrà bisogno di
essere a geometria variabile per adattarsi alla
velocità di volo, in quanto l'angolazione dell'urto e
quindi la sua geometria, varieranno con il numero di
Mach.
corpo conico centrale
Possibili soluzioni
a rampa variabile
Presa d’aria a rampa variabile
Confronto risultati
Funzionamento presa d’aria a rampa
variabile
• Alla velocità di crociera supersonica di Mach 2.2 le rampe si
muovono di circa la metà della loro corsa massima,
rallentando il flusso d’aria producendo onde d’urto
supersoniche all’ingresso della presa d’aria (evidenziate in
giallo)
• Dopo questi due urti obliqui il flusso si scontrerà con un urto
normale prima di entrare nel diffusore subsonico
Scheletro
lega 2024T4
Flap e rampe
Rampe mobili
Alettoni fissi
Attuatori
Appoggi
Appoggi realizzati in ergal (serie 7000) e
rivettati direttamente agli irrigiditori
Assemblaggio finale
Conclusioni
Operazioni successive:
1. Realizzabilità delle soluzioni introdotte per
superare i problemi incontrati
2. Studio della struttura agli elementi finiti per
verificare che resista alla pressione di
stagnazione
Pstagnazione  v  P
1
2
2
a 15600m e v=2,5M
Pstagnazione=525 MPa
In caso di esito negativo sarà quindi necessario
aumentare il numero di rinforzi o, più
semplicemente, aumentare lo spessore della
superficie interna.