Università degli Studi di BolognaFACOLTA’ DI INGEGNERIA

Corso di Laurea in Ingegneria MeccanicaDisegno Tecnico Industriale

STUDIO DI FATTIBILITA’ DI UN ULTRALEGGEROAVENTE LE CARATTERISTICHE AERODINAMICHE

DEL MACCHI 205Tesi di laurea di: Pietro Sternativo

Relatore:Chiar.mo Prof. Ing. Luca Piancastelli

Correlatori:Chiar.mo Prof. Ing. Gianni CaligianaChiar.mo Prof. Ing. Alfredo Liverani

Anno Accademico 2003-2004

Obiettivi:

1. Forma esterna dell’aeroplano identica a quella del Macchi 205.

2. Massa complessiva non superiore ai 450 kg, come previsto dal D.M. n° 106 riguardante l’omologazione degli ULM.

3. Pienamente acrobatico con una sola persona a bordo (massa complessiva massima a pieno carico 370 kg).

4. Non acrobatico con due persone a bordo (450 kg).

La nuova fusolieraCaratteristiche (identiche al MC 205 V):

�Apertura alare = 10,58 m

�Superficie alare = 16,8 m²

�Lunghezza ala destra = 4,321m

�Lunghezza ala sinistra = 4,521m

�Lunghezza totale = 8,84 m

�Altezza = 3,03 m

�Peso a pieno carico con 2 persone a bordo = 450 kg

�Velocità max.= 280 km/h

La forma esterna e la geometria rimangono le stesse dell’aeroplano originale.

Macchi 205 V monoposto Macchi 205 ulm biposto

pilota e passeggero pilota e bagagliaio

Seggiolino per pilota e passeggero

componenti:

• Poggiatesta in policarbonato

• Sedile in policarbonato

• Cintura in poliuretano (per il passeggero a due punti)

•Telaio in alluminio

Strumentazione elettronica

•Strumentazione completa •Unico dispositivo

•Contagiri digitale

Comandi di voloLa barra di comando ad aste muove gli alettoni e gli equilibratori

La pedaliera muove il timone di coda ed aziona le pompe dei freni

Motore Yamaha R1Motore: 4 tempi, 4 cilindri in linea inclinati in avanti.

Cilindrata: 998 CC.

Potenza max.: 132 kW (180 CV) a 12.500 giri/min.

Coppia max.: 110,1 Nm (11,2 kg-m) a 10.500 giri/min.

Alimentazione: iniezione elettronica.

Frizione: dischi multipli in bagno d’olio.

Trasmissione: 6 marce in presa costante.

Trasmissione finale: catena.

Catena: passo 530, maglie 120 ( carico di rottura36,7 kN, tensione della catena 20-25mm). tipo O-Ring.

Corona: 45 denti.

Pignone: 17 denti.

Massa tot.: 80 kg compreso radiatore con liquidorefrigerante, olio lubrificante e batteria.

Motore commerciale con il miglior rapporto peso/potenza (buona affidabilità)

La ruota posteriore della moto in VI marcia alla max velocità ha lo stesso numero di giri dell’elica (2800 rpm)

Carrello di atterraggioComponenti:

1. Sistema di sicurezza2. Scatola di ancoraggio3. Perno4. Viti5. Molle6. Anello di ancoraggio7. Gamba8. Kit forcella-ruota

Leva azionamento carrello

Cavetto in acciaio:

• trefolo da 114 fili più anima con una sigma di rottura di 1770 N/mm², un carico di circa 19,6 kN e coeff.te sicurezza =2,5.

• forza da esercitare sulla leva per l’azionamento = 130 N.

Forze che agiscono sul carrello(atterraggio d’emergenza sec. FAR 23)

� = Angolo stallo del profilo alare = 12°

� = Angolo caratt.co del carrello =10°

Fy = 2.5 M g

Fx = 0,65 Fy

M = 450 kg

R = �[Fx²+Fy²]

Rx = �[Fx²+Fy²] * Sin [10/180 * �]

Ry = �[Fx²+Fy²] * Cos [10/180 * �]

Dimensionamento e verifica della gamba

dimensionamento verifica

Tubolare:

Lunghezza = 1293 mm

Dest = 48,3 mm

Spessore = 1,5 mm

Dint = 45,3 mm

MomentoRx = Rx * Lunghezza

WRx = modulo di resistenza = 2502,75mm³

SigmaMomentoRx = MomentoRx/WRx

Sigma Ry = Ry/Area

SigmaTot = SigmaMomentoRx+SigmaRy

Sigma tot.= 990 MPa

Sigma amm.le = �s / n = 1400MPa

Sigma tot. � Sigma amm.le

Materiale utilizzato: acciaio 300M�r = 2100 MPa�s = 1700 MPan = 1,5

( y coincide con asse gamba carrello, -x direzione moto)

Atterraggio con imbardataImbardata = rotazione dell’aeroplano attorno al suo asse verticale baricentrico

L utile = 1475 mm

angolo di imbardata = 8°

Rz = Fz * Sin [8/180*Pi]

MomentoRz = Rz/ WRz

WRz = 2502,75 mm³

SigmaMom.Rz=Mom.Rz/WRz=470 MPa

Sigma Mom.Rz � Sigma amm.le

Ottimizzazione diametro perno e viti di ancoraggio

X = diametro esterno del pernoY = fattore moltiplicativo per il

diametro interno Z = massa

X=D diametro est. pernoY

Z

Dperno ottimo = 15 mm

D viti di ancoraggio = 8mm

Y*D=

diam

etro

int.

pern

o

Z massa perno

Scatola di ancoraggio

Castello motore

Il castello motore è costituito da due ordinate rinforzate.

Ordinata zero rinforzata Ordinata rinforzata

Posizionamento motore

Motore ancorato tra le due ordinate.

Trasmissione

�trasmissione

�particolare catena

Dimensionamento alberi di trasmissionePignone:

Fattore sicurezza = 1,2ncrit albe.pig.= Fattore sicurezza* npig.

Elica:

Ottimizzazione:

Lung. alb.pig.=528 mm

��

���

�=⋅⋅

=s

radnpignonepignonealbcrit 1198

60

2..

πω

d alb.pig.= 26 mm

d alb.elica = 26 mm

200 400 600 800 1000 1200 1400

20

40

60

80

100

120

Lung. alb. vel.

Massa totale

2 alberi

��

���

�=⋅⋅=s

radnelicaelicaalbcrit 351

602

..

πω

2..

2..

.. 1010

128100��

�

�⋅⋅⋅

= velalbpignonealbcritpignonealbcrit

Ld

πω

2..

2..

.. 1010

128100��

�

�⋅⋅⋅

= lentoalbelicaalbcritelicaalbcrit

Ld

πω

Verifica• Albero pignone = tubo Dest.= 42,4mm• Spessore = 2,6mm• Albero elica = tubo Dest.= 76,1mm• Spessore = 2,9mm

2

22

n1=�

�

�

�+��

�

� +tcritico

tors

NCritico

Norm

Fcritico

Fless

ττ

σσ

σσ

n = coeff.te sicurezza = 2,5

Cuscinetti: p

a PC

aaL ��

�

�⋅⋅= 2311Durata in milioni di giri (99% affidabilità):

• pignone: SKF sigla 61808 (con durata prevista di 800 milioni di giri)

• elica: SKF sigla 61815 (con durata prevista di 1700 milioni di giri)

• Peso totale trasmissione circa 7,20 kg

ConclusioniSono stati raggiunti tutti gli obiettivi prefissati. Allestimento completo con una massa totale di circa 410 kg, grazie ad una scelta opportuna dei materiali.

Possibili sviluppi:• Miglioramenti sulla scatola di ancoraggio del carrello mediante

modifica geometrica.• Possibile collocazione del motore vicino elica, con rinforzo piano

di coda.