Studio, ottimizzazione e valutazione prestazionale di un Diesel per

elicottero

Tesi di laurea di:

Paris MonesiRelatore:

Prof. Ing. Luca Piancastelli

Università degli Studi di Bologna - Facoltà di Ingegneria - Corso di laurea specialistica in Ingegneria Meccanica - A.A. 2009/2010 Sessione III - 15/3/2011

Pubblicazione bando “JTI Clean Sky GRC4-Diesel Power-pack Integration on light helicopter”

emesso dalla ditta Eurocopter in collaborazione con la Comunità Europea.

Obbiettivo:

Sostituzione del motore turboalbero attuale con un motore Diesel di ultima generazione e relativo impianto, sul modello EC 120 Colibrì.

Pro e contro nell’utilizzo del Diesel:

Pro:

Riduzione delle emissioni di CO2 del 50% con combustibili standard;

Riduzione delle emissioni di NOX del 95% con combustibili standard;

Riduzione dei consumi di combustibile standard del 50%;

Capacità di sovraccarico del 10% per un tempo elevato;

Riduzione dei costi di costruzione del 50%;

Riduzione del rischio di incendio grazie all’utilizzo di combustibili meno infiammabili;

Migliore modulazione della potenza;

Affidabilità dei singoli componenti migliorata grazie al largo utilizzo di questa tipologia di motori;

Riduzione delle vibrazioni e del rumore con minor stress strutturale e un migliore fattore umano.

Contro:

Minore potenza;

Maggior peso.

Parametri tecnici imposti:

Potenza minima al decollo di 330 kW

Rapporto massa-potenza inferiore a 0.8 kg/kW

Motore scelto:

FIAT Diesel 1.9 JTD Common rail 16V

190 HP@4000rpm Euro 5

Realizzazione del motore V8:

Calettamento sullo stesso albero di due blocchi motore FIAT Diesel 1.9 JTD Common rail grazie alla possibilità di “rotazione” della testata

originale FIAT Power Train.

Modifiche effettuate

Distribuzione a catena a doppia maglia lubrificata e contenuta in un apposito copricatena.

Coppa dell’olio collegata con il copricatena e con la scatola moltiplicatrice di giri, perché l’ingresso in scatola di trasmissione è a 6000 rpm.

Modifiche effettuate

Realizzazione di uno scarico centrale per i fumi in uscita;

Accoppiamento con il turbocompressore centrifugo;

Configurazione per la minimizzazione dello spazio occupato e delle tensioni termiche.

Utilizzo di un convertitore di coppia tra l’uscita del moltiplicatore di giri e la scatola di trasmissione principale.

Avvio del motore effettuato a vuoto;

Filtraggio delle vibrazioni di coppia.

Costruzione su misura dei radiatori per il raffreddamento dell’acqua;

Costruzione su misura dell’impianto di aftercooling necessario al gruppo di sovralimentazione;

Costruzione su misura del convogliatore a doppia ventola per l’aria;

Aggiunta del filtro per l’aria;

Le modifiche apportate al cofano motore originale sono dovute:

alla variazione della modalità di aspirazione dell’aria di alimentazione;

alla variazione della posizione del terminale di scarico.

Caratteristiche del motore:

Cilindri: V8 a 90°;

Cilindrata totale: 3820 cm3;

Alesaggio x Corsa: 82 x 90,4 mm;

Potenza massima stimata: 309 kW (420 HP) @ 4000 rpm;

Coppia stimata: 738 Nm @ 2000 rpm;

Massa stimata: 261 kg;

Ingombri principali: 724 x 855 x 669 mm;

Sovralimentazione: turbocompressore a singolo stadio;

Sistema di iniezione: Multijet common-rail 1600 bar;

Verifica raggiungimento obbiettivi:

TURBOMECA Arrius 2F:

Potenza al decollo: 376 kW

Massa: 103.5 kg

Rapporto massa-potenza:

Con sovraccarico del 10%: 340 kW

Rapporto massa-potenza:

Motore Diesel V8:

Potenza al decollo: 309 kW

Massa: 261 kg

Conclusioni:

Utilizzo dell’effetto Meredith per il blocco radiatori, in modo da fornire una spinta aggiuntiva;

Utilizzo di motori Diesel con prestazioni meccaniche sempre più evolute, in modo da ridurre il gap con i motori turboalbero.

Fine