Analisi trasmissioni elicotteri – Tassoni

Università degli studi di Bologna
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
Disegno tecnico industriale
ANALISI DESCRITTIVA DI ALCUNE
TRASMISSIONI DI ELICOTTERO
Tesi di Laurea di:
MATTEO TASSONI
Relatore:
Prof. Ing. LUCA PIANCASTELLI
Anno Accademico 2004/2005
ROTORI IN TANDEM
-UTILIZZATI SOPRATTUTTO PER ELICOTTERI DI GRANDI DIMENSIONI
-MECCANICA DEL SISTEMA DI CONTROLLO COMPLESSA
-STRUTTURA COMPLESSA PER SFALSARE VERTICALMENTE I PIANI DEI ROTORI
ROTORI AFFIANCATI
-MOLTO POCO DIFFUSA E SOLO PER ELICOTTERI DI GRANDI DIMENSIONI
-STRUTTURA INGOMBRANTE PER PRESENZA DI PILONI SUPPORTO ROTORI
-ELEVATA RESISTENZA AEREODINAMICA DELLA FUSOLIERA
ROTORI AFFIANCATI SINCRONIZZATI
-CONTROLLO D’ASSETTO COMPLICATO
-SOLO ROTORI BIPALA A CAUSA DELL’INCROCIO (LIMITATO CARICO SPEC.)
-MECCANICA DEL SISTEMA DI CONTROLLO DEI ROTORI COMPLESSA
ROTORI COASSIALI CONTROROTANTI
-ASSENZA ROTORE POSTERIORE ANTICOPPIA E RELATIVA TRASMISSIONE
-INGOMBRO LIMITATO, FACILE TRASPORTO
-MECCANICA DEL SISTEMA DI CONTROLLO DEI ROTORI COMPLESSA
ROTORI A REAZIONE
-SFRUTTA LA SPINTA DEI GAS ESPULSI DA PULSOREATTORI
-PASSAGGIO DELL’ARIA E CARBURANTE ALL’INTERNO DELLE PALE
-NOTEVOLE CONSUMO QUINDI BASSA AUTONOMIA
-MOLTO RUMOROSO
ROTORE PRINCIPALE + ROTORE DI CODA
-NECESSARIO BILANCIAMENTO DELLA COPPIA DI REAZIONE
-PERDITA DI RENDIMENTO E POTENZA TRASMISSIONE ROTORE POSTERIORE
-PERICOLO PER OPERATORI A TERRA PER CONTATTO AL SUOLO ROTORE DI
CODA
PER RENDERE MENO PERICOLOSO L’ELICOTTERO SOPRATTUTTO IN FASE DI MANOVRA SONO
STATE ADOTTATE DUE TIPOLOGIE DIVERSE IN SOSTITUZIONE AL ROTORE DI CODA
ROTORE A FINESTRONG
-COMPOSTO DA UNA VENTOLA DI PIU’ PICCOLE DIMENSIONI ALL’INTERNO DELLA
CODA DI CIRCA 30-40 mm DA ENTRAMBE LE PARTI IN MODO TALE CHE NON FUORIESCA
-PRESTAZIONI INFERIORI RISPETTO AL NORMALE ROTORE DI CODA
NOTAR (NEW TAIL ROTOR)
QUESTO SISTEMA E’ COSTITUITO DA UNA VENTOLA INSTALLATA
DIETRO L’ALBERO DI TRASMISSIONE, UTILIZZATA PER INSUFFLARE
ARIA ALL’INDIETRO DELLA CODA DEL VELIVOLO, PER POI FARLA
USCIRE ATTREVERSO UNA GRIGLIA MONTATA AL POSTO DEL
ROTORE DI CODA. IL FLUSSO D’ARIA CHE FUORIESCE DALLA CODA
CREA IN QUESTO MODO UNA REAZIONE CHE SI OPPONE ALLA
COPPIA TRASMESSA DAL ROTORE PRINCIPALE ALLA MACCHINA.
SIA LA VELOCITA’ DELLA VENTOLA CHE L’APERTURA DELLA
GRIGLIA SONO CONTROLLATE AUTOMATICAMENTE DALLA
PEDALIERA DEL PILOTA. VICINO ALLA TRAVE SI CREA UN
AUMENTO DI PRESSIONE SULLA SINISTRA E UNA DEPRESSIONE
SULLA DESTRA CHE CONTRIBUISCE ALLA FORZA ANTIROTATIVA
NECESSARIA PER BILANCIARE LA COPPIA DI REAZIONE GENERATA
DAL ROTORE PRINCIPALE
LA FORZA CORRETTRICE NEGLI ELICOTTERI
AFFINCHE’ LA COPPIA DI REAZIONE Cr SIA COMPENSATA
DEVE ESSERE Cr = Ty x b.
LA VARIAZIONE DI Ty SI OTTIENE MEDIANTE LA
VARIAZIONE DEL PASSO DELLE PALE
Ty SE DA UNA PARTE HA PERMESSO DI COMPENSARE
L’EQUILIBRIO DALL’ALTRO COME SEMPLICE FORZA HA
CREATO UNO SQILIBRIO.
IL PROBLEMA SI RISOLVE ABBASSANDO IL DISCO
ATTUATORE DEL ROTORE PRINCIPALE IN DIREZIONE
OPPOSTA A Ty DI UN ANGOLO TALE CHE Fy = Ty
Fy E Ty ANCHE SE SONO UGUALI E CONTRARIE NON
AGISCONO LUNGO LA STESSA RETTA D’AZIONE MA A
DISTANZA h, PRODUCENDO UN MOMENTO Ty x h.
TALE MOMENTO E’ TANTO PIU’ PICCOLO QUANTO PIU’
PICCOLO E’ h, PER QUESTO CONVIENE AVERE CODE PIU’
ALTE
DI CONSEGUENZA SI HA UN MOTO DI ROLLIO DELL’ELICOTTERO
NON APPENA L’ELICOTTERO SI INCLINA LE RETTE D’AZIONE DELLE
FORZE DI SOSTENTAMENTO Ps ED IL PESO Q NON COINCIDONO PIU’
IN TAL MODO ESSE PRODUCONO COPPIE CHE DANNO UN MOTO DI
ROLLIO OPPOSTO AL PRECEDENTE
SU ALCUNI ELICOTTERI CHE HANNO PROBLEMI DI CENTRAGGIO IL
ROTORE DI CODA NON GIACE SUL PIANO VERTICALE MA E’
INCLINATO VERSO IL BASSO
LA COMPONENTE To ORIZZONTALE HA FUNZIONE ANTICOPPIA
LA COMPONENTE Tv VERTICALE PRODUCE
RISPETTO AL BARICENTRO IL MOMENTO Tv x b CHE
SERVE A CONTRASTARE I MOMENTI PICCHIANTI,
MIGLIORANDO LA STABILITA’ LONGITUDINALE E
FAVORENDO IL CENTRAGGIO DELL’ELICOTTERO
DESCRIZIONE GENERALE DELLA TRASMISSIONE
GLI ELEMENTI DELLA TRASMISSIONE SONO I SEGUENTI:
ALBERO MOTORE / TRASMISSIONE PRINCIPALE / LINEA ROTORE DI CODA /
SCATOLA ROTORE DI CODA
N.B. MOLTO IMPORTANTE E’ LA PRESENZA DELLA RUOTA LIBERA CHE ENTRA IN
FUNZIONE IN CASO DI AVARIA, INFATTI LA TRASMISSIONE TRA IL ROTORE
PRINCIPALE E QUELLO DI CODA DEVE ESSERE SEMPRE GARANTITA ANCHE IN CASO
DI PIANTATA DEL MOTORE
AGUSTA BELL 47 G (elicottero triposto)
MOTORE: Franklin tipo 6V4-200-C3 a 6 cilindri contrapposti raffreddati
ad aria
POTENZA:
200 HP a 3100 giri/min
VELOCITA’ DI CROCIERA:
121 Km/h
VELOCITA’ MASSIMA:
146 Km/h
AUTONOMIA MASSIMA:
366 Km
PESO A VUOTO:
658 Kg
AGUSTA-BELL 47 G LA TRASMISSIONE PRINCIPALE
Il motore è posizionato posteriormente alla cabina in posizione verticale
direttamente sul motore è montata la trasmissione principale che
contiene un riduttore a due planetari con un rapporto di riduzione
complessivo di 9 a 1.
AGUSTA-BELL 47 G TRASMISSIONE ROTORE DI CODA
L’albero rotore di coda è costituito da 3 tratte in tubo di acciaio per consentire una maggiore flessibilità della
coda in caso di carichi laterali
La scatola ingranaggi rotore di coda ha un rapporto di riduzione di 2 a 1 ed un angolo di deviazione di 90°
ROBINSON R 22 (elicottero biposto)
MOTORE: Textron Lycoming O-360-12A a 4 cilindri disposti orizzontalmente, a presa diretta rafreddato ad aria
CILINDRATA: 5915,7 cm3
POTENZA: 180 HP limitata a 145 HP
VELOCITA’ MASSIMA: 189 Km/h
VELOCITA’ DI CROCIERA: 154 Km/h
AUTONOMIA :460 Km
R 22 LA TRASMISSIONE
NUMERO DI GIRI MOTORE AL 100% = 2551 giri/min
NUMERO DI GIRI ROTORE PRINCIPALE AL 100 % = 510 giri/min
NUMERO DI GIRI ROTORE DI CODA AL 100% = 3268 giri/min
La trasmissione del moto tra il
motore e l’albero della ruota libera
avviene tramite due pulegge e due
cinghie.
All’avviamento del motore le due
cinghie non sono tirate e quindi non
trasmettono il moto (per non fare
ruotare i rotori all’accensione).
Per il tiraggio delle cinghie vi è un
apposito attuatore.
La trasmissione principale è
costituita da due ingranaggi conici
elicoidali che mi danno la riduzione
dei giri da 2551 giri/min a 510
giri/min
R 22 TRASMISSIONE
Il giunto flessibile a lamelle è costituito da un
disco flessibile sottile generalmente di acciaio
(che consente la flessibilità del giunto) al quale
sono fissati l’uno perpendicolarmente all’altro
i due bracci solidali agli alberi da collegare
AS 350 (6 POSTI)
MOTORE: Arriel 2B motore a turbina
POTENZA: 733 HP
VELOCITA’ DI CROCIERA: 253 Km/h
AUTONOMIA MEDIA: 666 Km
AS 350 ASSIEME MOTORE
L’ASSIEME MOTORE COMPRENDE ANCHE UN PRIMO RIDUTTORE DI VELOCITA’ INFATTI SI
HANNO I SEGUENTI NUMERI DI GIRI DELLE VARIE PARTI DEL MOTORE :
PRIMA TURBINA:
52.110 RPM
LA TURBINA DI POTENZA: 39.970 RPM
ALBERO DI UNIONE: 6.125 RPM
LA RUOTA LIBERA E’
POSIZIONATA ALL’INTERNO
DELLA RUOTA DENTATA CHE
DA IL MOTO ALL’ALBERO DI
UNIONE
AS 350 TRASMISSIONE PRINCIPALE
LA TRASMISSIONE PRINCIPALE E’ COMPOSTA:
1)Un modulo di riduzione epiciclica a 5 ingranaggi planetari con rapporto di trasmissione 4,33
2)Un modulo di riduzione conico con rapporto di trasmissione 3,59
2)Un modulo di lubrificazione
NUMERO DI GIRI ROTORE PRINCIPALE= 394 rpm
AS 350 TRASMISSIONE ROTORE DI CODA
L’albero motore anteriore è fatto in acciaio poiché è collocato in una zona calda sotto l’ugello di scarico del motore.
L’albero posteriore è più lungo e deve essere più leggero possibile quindi è fatto in dural
La scatola di trasmissione di coda è formata da due
ingranaggi di riduzione conici dentro un carter in lega
leggera, gli ingranaggi sono lubrificati per sbattimento
AGUSTA-BELL 412 (14 POSTI)
MOTORI: È dotato di due turbomotori a
turbina libera modello PT6T tipo T-3B o T-6
costruiti dalla ditta PRATT&WHITNEY
AIRCRAFT
POTENZA= 900 HP
VELOCITA’ MASSIMA= 231 Km/h
VELOCITA’ DI CROCIERA= 185 Km/h
AUTONOMIA MEDIA= 500 Km
AB 412 IL GRUPPO MOTORE
Il gruppo motore è costituito dai due motori dalle 2 scatole di riduzione per gli accessori e dalla scatola di
riduzione COMBINATRICE che ha il compito di unire le prese di moto dei due motori per ottenere un‘unica
presa di moto.
AB 412 SCATOLA INGRANAGGI COMBINATRICE
Le due ruote libere servono in caso di piantata
dei motori se uno dei due si blocca l’elicottero
può essere controllato con l’altro motore
L’albero di uscita dalla combinatrice ha una
velocità di 6.600 rpm
AB 412 GRUPPO DI TRASMISSIONE DEL MOTO
ELENCO VELOCITA’
Albero motore-trasmissione= 6600 rpm
Albero rotore principale= 324 rpm
Presa di moto per rot. di coda= 4300 rpm
Pompa olio trasmissione= 4498 rpm
Presa di moto freno rotore= 8922 rpm
AB 412 TRASMISSIONE PRINCIPALE
All’interno della trasmissione un accoppiamento di ingranaggi conici elicoidali, e due stadi di ingranaggi a
planetario provvedono alla riduzione del moto per trasmetterlo all’albero del rotore principale.
AB 412 TRASMISSIONE DEL MOTO AL ROTORE DI CODA
Gli alberi costituenti la trasmissione del rotore di coda sono in numero di 6 di cui 5 sono della stessa lunghezza,
mentre quello installato in seconda posizione è più corto. Ciascun albero è costituito da un tubo di alluminio
anodizzato alle cui estremità sono chiodati dei giunti dentati. Gli alberi sono sostenuti e collegati tra loro tramite 4
supporti di cui 3 sono fissati alla trave di coda e uno fissato alla piattaforma del vano del motore. Ciascun supporto
è costituito da due giunti, uno flessibile anteriore e uno rigido posteriore calettati sull’albero brocciato che a sua
volta è installato sul cuscinetto a sfere.
AB 412 SCATOLA A 42° E A 90°
SCATOLA A 42°
FA VARIARE DI 42° LA DIREZIONE DELL’ALBERO DI
TRASMISSIONE ROTORE DI CODA, SENZA ALCUNA
RIDUZIONE DELLA VELOCITA’
SCATOLA A 90°
MONTATA SULLA SOMMITA’ DELLA
DERIVA PROVVEDE A VARIARE DI 90° LA
DIREZIONE DEL MOTO E RIDURRE DI
2,59:1 LA VELOCITA’ DI ROTAZIONE TRA
L’ALBERO DI ENTRATA E QUELLO DI
USCITA
IL VOLO IN AUTOROTAZIONE
IL FENOMENO DELL’AUTOROTAZIONE RIVESTE LA MASSIMA IMPORTANZA PERCHE’
ASSICURA LA POSSIBILITA’ DI MANOVRA DELL’ELICOTTERO, CONSENTENDO LA DISCESA A
TERRA SENZA DANNI QUANDO PER UNA CAUSA QUALSIASI AVVIENE L’ARRESTO DEL
MOTORE DURANTE IL VOLO
E’ NECESSARIO CHE IL ROTORE ABBIA LA POSSIBILTA’ DI GIRARE IN FOLLE (PER QUESTO E’
IMPORTANTE LA TRASMISSIONE) MANTENUTO IN ROTAZIONE DAL FLUSSO D’ARIA CHE LO
INVESTE DAL BASSO VERSO L’ALTO, GENERANDO IN TAL MODO LA FORZA SOSTENITRICE.
DURANTE L’AUTOROTAZIONE IL MOTORE RISULTA INCLINATO ALL’IDIETRO E LE PALE
GIRANO NELLO STESSO VERSO CHE IMPRIMEREBBE IL MOTORE, INOLTRE LA COPPIA DI
REAZIONE E’ OVVIAMENTE NULLA.
LA VELOCITA’ PIU’ OPPORTUNA PER LA DISCESA IN AUTOROTAZIONE RISULTA ESSERE 70-80
Km/h.