UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BOLOGNA
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
Disegno Tecnico Industriale
Avamprogetto strutturale ed economico dell’abitacolo della replica del Macchi 205V
Tesi di Laurea di:
Marco Bernardi
Relatore:
Prof. Ing. Luca Piancastelli
Correlatori:
Prof. Ing. Gianni Caligiana
Prof. Ing. Alfredo Liverani
Prof. Ing. Enrico Troiani
Anno accademico 2004/2005
SCOPO DEL PROGETTOLa tesi si inserisce nell’ambito del progetto virtuale “Gallerie Caproni”che comprende l’acquisizione e digitalizzazione della documentazione originale di velivoli storici e la ricostruzione virtuale degli stessi.
Costruire un modello virtuale della zona dell’abitacolo e della strumentazione presente.
Valutare la possibilità di realizzare una versione biposto del velivolo.
Calcolo dei principali carichi in volo e a terra agenti sul velivolo
Studio dell’abitacolo originale e realizzazione di un modello 3D mediante ilCAD Solidworks 2005
Realizzazione del vano per il passeggero
Analisi delle tensioni presenti nella struttura tramite il software ad elementi finiti Ansys Workbench 9.0
NELLO SPECIFICO:
FASI DEL PROGETTO:
CARICHI AGENTI IN VOLO
NORMATIVA FAR 23
M
P
RT
Q
Pc
Rivolta agli aeromobili di aviazione generale ed acrobatici, di peso inferiore a 12,500 libbre (5670 Kg) e con massimo nove posti, pilota escluso.
CARICHI DI PROGETTO = 1.5 • CARICHI AGENTI
n = rapporto tra la portanza P e il peso del velivolo Q
n = P/Q
con
P = 1/2 ρ v2 S Cp
ρ densità aria
S superficie alare
Cp coefficiente di
portanza
DIAGRAMMA DI MANOVRA
n
V [m/s]
Andamento del fattore di carico n in funzione della velocità di volo v
SCIVOLATA D’ALA
•Manovra asimmetrica in cui l’aereo ha una componente di moto traslatorio lungo l’asse del beccheggio
•La principale forza che agisce èdovuta alla portanza della deriva
L = 1/2 ρ v2 Cp A
L = 15846 N
CARICHI AL SUOLO
Normativa:Fattore di carico non inferiore a 2g (FAR 23.473)Applicazione della forza al ruotino di
coda come in figura (FAR 23.481a)Condizione di atterraggio analizzata:
fattore di carico 5g e 1/3 del peso sul ruotino
ATTERRAGGIO
RIBALTAMENTO
FattRuotino = 53383 N
Fattore di carico 2.5Applicazione forza al rollbar
FR = ma · 2,5 · g = 80075 N
ORDINATE 5 e 6 :ORDINATA 7 :CORRENTI PRINCI
Ordinate di forma, incomplete.Ordinate di forza del sedile.Sezione Z (“z-stiffeners”).
Sezione ad L 60x60 mm, spessore 2 mm Sezione ad L 50x50 mm, spessore 3 mm Incremento della resistenza a flessione ed
PALI E SECONDARI :
a torsione. Rimedio per il buckling.
ORDINATE E CORRENTI
ORDINATA 4 :
Seconda ordinata di forza del velivolo.
Sezione a C 80x60x60 mm, spessore 6mm
Costruito a mano – Acciaio – Spessore 8 mm – Peso 33,5 Kg
BATTELLINO + SEDILE CORAZZATO
Regolazione altezza tramite cricchetto – vite/madreviteI quattro punti di collegamento del sedile corazzato
STRUMENTAZIONE
CRUSCOTTO FRONTALE
CRUSCOTTO INFERIORE CENTRALE (III SERIE)
CRUSCOTTO INFERIORE SINISTRO
SPAZIO DISPONIBILE DALLA RIMOZIONE SERBATOIO POSTERIORE
NESSUN PROBLEMA DI VISUALE
POSSIBILE MANTENERE LA LINEA DEL VELIVOLO ORIGINALE
REALIZZAZIONE VANO PASSEGGERO
ZONA APPARATO
ARMAMENTO
SOLUZIONE SCARTATA
ZONA SERBATOIO POSTERIORE
SOLUZIONE SCELTA
SPAZIO DISPONIBILE DALLA RIMOZIONE DELLE MITRAGLIATRICI
χ VICINANZA GAMBE AL MOTORE
χ OSTRUZIONE VISUALE PRIMO PILOTA
NUOVE ORDINATE E CORRENTI
ORDINATA 10: Ordinata di forza. Sezione a C 50x60x40 mm, spessore 3 mm.
ORDINATE 8 e 9: Ordinate incomplete. Sezione ad L 50x60, spessore 2 mm. CORRENTI PRINCIPALI E SECONDARI: Z-stiffeners
NUOVO SEDILE
MARTIN-BAKER Leader mondiale nella produzione di sedili per aeroplani ed elicotteri
STRUTTURA IN LEGA DI ALLUMINIO ( peso circa 20 kg)
ANIMA SEGGIOLINO: Lastra spessa 2 mm.
ANALISI TENSIONALE CON IL METODO DEGLI ELEMENTI FINITI
SOFTWARE UTILIZZATO:
Ansys Workbench 9.0
MATERIALE:
Lega alluminio 2024-T3
STRUTTURA SEMPLIFICATA:
Eliminati i raccordi.
Rivestimento importato come superficie (spessore di 1,2 mm impostato in Ansys)
MESH:
107300 elementi.
224985 nodi.
Ordinate e correnti: elementi “brick”
Rivestimento: elementi “shell”
ATTERRAGGIO
VERIFICA STATICA (VonMises):σMAX = 457 MPa
VERIFICA AD INSTABILITA´ (Buckling):
Fattore moltiplicativo = 0,6758
Vincolo fisso sull’ordinata 4
Forza remota applicata nel punto di collegamento del ruotino alla fusoliera
RIBALTAMENTO
VERIFICA AD INSTABILITA´ (Buckling):
Fattore moltiplicativo = 1,03184
VERIFICA STATICA (VonMises):σMAX = 310 MPa
Vincolo fisso sull’ordinata 4
Forza remota applicata all’ordinata 10 (rollbar)
SCIVOLATA D’ALA
VERIFICA AD INSTABILITA´ (Buckling):
Fattore moltiplicativo = 1,09316
VERIFICA STATICA (VonMises):σMAX = 355 MPa
Vincolo fisso sull’ordinata 4
Forza remota applicata alla deriva
1) Si è riprodotto fedelmente l’abitacolo originale.2) La versione con passeggero si integra perfettamente con il resto del velivolo.
CONCLUSIONI
CONCLUSIONI4) Le verifiche a rottura e ad instabilità per i tre carichi più gravosi hanno dato buoni risultati