2 ARCHITETTURA DEL BANCO DI PROVA
In appendice C è riportato il complessivo che illustra l’architettura usata per le prove in tutti i suoi componenti, sono ben visibili i dinamometri disposti in modo da misurare i carichi, i collegamenti di questi ultimi con i carrelli e gli attacchi di sicurezza .
2.1
Disposizione dei dinamometri
Le principali forze in gioco che vogliamo misurare sono: la spinta e la coppia che il motore scarica sulla fusoliera. Per poter misurare questi carichi principali ed altri eventuali carichi secondari, come ad esempio i momenti picchianti, che agiscono sulla fusoliera, si sono distribuiti i pendoli seguendo lo schema di figura 2.1, in rosso sono stati rappresentati i contributi dei dinamometri, in nero abbiamo la spinta,il peso e la coppia.
Figura 2.1 Schema di disposizione dei dinamometri
Le forze nella figura precedente rappresentano il contributo di ogni singolo dinamometro, sono orientate secondo un sistema di riferimento fisso solidale al basamento del banco. Tale sistema di riferimento, che chiameremo Ground, è orientato con l’asse delle x diretto lungo il velivolo e l’asse delle z diretto verso il basso la sua origine è stata posta in mezzeria del carrello posteriore all’altezza del piano su cui giacciono i pendoli 1,2 e 6.
Sono stati usati sei pendoli vincolati ai carrelli mediante opportuni collegamenti. Seguendo le notazioni della figura precedente abbiamo: gli strumenti 1 e 2 misurano la spinta fornita dal propulsore, 3 e 4 sopportano buona parte del peso del gruppo motore-fusoliera e misurano la coppia trasferita dal motore, il 5 sopporta la restante parte del peso, 6 fornisce un vincolo rispetto alle eventuali forze laterali. Il pendolo opzionale 7, da montare solo nell’eventualità di oscillazioni eccessive durante i test dinamici contribuirebbe a sopportare i carichi laterali, assieme al pendolo 6, e i momenti imbardanti, assieme ai pendoli 1 e 2. Ricordiamo inoltre che la presenza della spinta provoca un momento picchiante sulla fusoliera, ciò comporta una variazione dell’ assetto del carico sui dinamometri 3,4,5. In particolare il carico aumenta su 5 e diminuisce su 4 e 3.
Il sistema di equazioni 2.1 lega i carichi cui sono soggetti i dinamometri con le forze e i momenti nel sistema di riferimento Ground. Come si vede l’architettura nel suo complesso risulta isostatica. 2 2 1 1 5 5 4 4 3 3 5 4 3 6 2 1 y D y D Mzg x D Myg y D y D Mxg D D D Fzg D Fyg D D Fxg − − = − = + = + + = = + = (2.1)
È stato inoltre introdotto un secondo sistema riferimento, che chiameremo Body, solidale al velivolo. L’asse x coincidente con l’asse longitudinale del velivolo e l’asse z è rivolto verso il basso. L’origine è posta nel baricentro del velivolo.
Il sistema di equazioni 2.2 lega le forze e i momenti agenti nel sistema Ground con quelli agenti nel sistema Body. Con α si è indicato l’eventuale angolo di inclinazione fra l’asse Xground e l’asse Xbody.
b b b b b b x Fyb Mxb Mzb Mzg x Fzb x Fxb z Fzb z Fxb Myb Myg z Fyb Mzb Mxb Mxg Fxb Fzb Fzg Fyb Fyg Fzb Fxb Fxg ⋅ + ⋅ − ⋅ = ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + = ⋅ − ⋅ + ⋅ = ⋅ − ⋅ = = ⋅ + ⋅ = α α α α α α α α α α α α sin cos cos sin sin cos sin cos sin cos sin cos (2.2)
con alfa angolo di inclinazione dell’asse Xbody rispetto all’ asse X ground con zb e xb coordinate dell’origine del sistema body rispetto al sistema ground
2.2
Realizzazione dei dinamometri
I sei pendoli che, come abbiamo visto, sono stati disposti in modo da vincolare isostaticamente la fusoliera del velivolo, sono stati realizzati in modo da funzionare come dinamometri.
In figura 2.2 viene mostrata la struttura del corpo centrale di un dinamometro, si tratta di un cilindro cavo in alluminio che è stato lavorato, nella sua parte centrale, con una fresa a candela. Si sono ottenute così quattro lamelle su cui verranno alloggiati gli estensimetri. L’alleggerimento rende il pezzo molto più deformabile in direzione longitudinale, si conferisce così allo strumento una maggiore sensibilità
Figura 2.2 Struttura del corpo centrale dei dinamometri
In appendice A sono riportati i calcoli relativi al dimensionamento della sezione del dinamometro.
Il carico viene misurato grazie a un ponte di Wheastone a otto estensimetri, il ponte è stato realizzato in modo che lo strumento sia equilibrato rispetto ad eventuali disallineamenti del carico e per le variazioni di temperatura [4]. Come è ben visibile in figura 2.3 gli estensimetri che misurano il carico sono quelli disposti longitudinalmente :1, 2, 3, 4. Gli altri quattro servono all’autobilanciamento del ponte.
Figura 2.3 Schema elettrico del ponte e disposizione degli estensimetri sulle lamelle
Sia gli estensimetri che i circuiti del ponte sono, in senso fisico, componenti passivi, cioè devono essere alimentati da energia per ottenere un segnale utile, tale energia è fornita da una fonte esterna. Gli estensimetri utilizzati sono del tipo HBM 0.6/120 LY11, con k=1,67, ove, con il parametro k si indica la sensibilità alla deformazione[11].
In figura 2.4 vengono mostrati gli estensimetri, i relativi cablaggi e come sono stati incollati alle lamelle ricavate sul corpo centrale dello strumento
.
Alle estremità del corpo centrale vengono montati due giunti sferici SKF: SA 12 E (con filettatura destrorsa) e SAL 12 E (con filettatura sinistrorsa)[10] . Come si vede dalla figura 2.5 lo strumento così costruito funziona come un “pendolo”.
Figura 2.5 Struttura completa dei dinamometri
La presenza dei due giunti sferici consente un’ ottimale distribuzione dei carichi sul
corpo centrale del dinamometro. Si sono adottati dei giunti con filettatura inversa in modo da poter meglio regolare la lunghezza dello strumento anche dopo il montaggio.
Il dinamometro viene ricoperto esternamente da un manicotto in gomma che ha lo scopo di proteggere i ponti estensimetrici e i circuiti elettrici al suo interno.
2.3
Montaggio dinamometri
2.3.1 Collegamenti con il basamento del banco
I pendoli devono essere istallati su opportune architetture di sostegno in modo che lavorino sempre sotto carichi di trazione, tali strutture devono essere montate sulla parte fissa del banco .
Figura 2.6 Portale per il riferimento dei dinamometri
Il portale in figura 2.6 è stato ideato per fornire un riferimento ai pendoli . Esso viene collegato alla piastra di basamento del banco. Sono stati realizzati tre portali identici su cui vengono montate le relative coppie di pendoli, rispettivamente : 1-3, 2-4, 5-(7). Come si vede bene nel disegno di complessivo ( appendice C ) i portali sono stati montati in prossimità dei carrelli .
Il pendolo numero 6 viene montato su un opportuna mensola (figura 2.7) che fornisce il riferimento rispetto alla parte fissa del banco, anche la mensola viene collegata alla piastra del basamento del banco.
Figura 2.7 Mensola per il collegamento del dinamometro 6
2.3.2 Attacchi ai carrelli
I pendoli devono essere collegati anche ai carrelli del velivolo mediante opportuni attacchi che garantiscano un corretto trasferimento del carico sugli strumenti di misura .
La soluzione adottata è mostrata in figura 2.8, si vedono i fori per il montaggio dei pendoli e l’interfaccia per il collegamento con il carrello. La particolare geometria dell’interfaccia consente anche il montaggio delle mensole di aggancio dei morsetti di sicurezza. L’ attacco al carrello posteriore sinistro fornisce inoltre i fori per il montaggio del pendolo numero 7, oltre a quelli relativi ai pendoli 1 e 3 (figura 2.9).
Figura 2.9 Attacco al carrello posteriore sinistro (triplo).
L’ attacco al carrello anteriore viene mostrato in figura 2.10 , sono ben visibili i fori per il montaggio dei pendoli. In questo caso si noti come l’interfaccia sia stata modificata rispetto ai due casi precedenti, ciò perché l’attacco non è collegato direttamente al carrello, ma viene fissato direttamente alla mensola del blocco di sicurezza. Il collegamento con il carrello anteriore avviene infatti direttamente sulla mensola come si vede sul disegno di complessivo.
Figura 2.10 Attacco anteriore.
2.4
Attacchi di sicurezza
Per il bloccaggio del banco e la sua messa in sicurezza sono stati realizzati presso il
laboratorio del D.I.A. tre morsetti pneumatici come quelli di figura 2.11.
Tali dispositivi sono stati progettati per assolvere a varie funzioni. In primo luogo è necessario che, a macchina ferma, sostengano il peso della struttura fusoliera-motore evitando così che gravi sugli strumenti di misura, ciò ne causerebbe la perdita della taratura.
I morsetti si serrano su delle opportune mensole che sono collegate ai carrelli del velivolo (figura 2.12), in questo modo il peso si scarica sui morsetti e non sui pendoli.
Figura 2.12 Mensola per il bloccaggio dei pendoli .
I dispositivi sono stati realizzati in modo da risultare serrati quando non sono alimentati dall’ aria compressa . La pressione di alimentazione è di circa 7 bar.
Oltre a bloccare la struttura quando è ferma i morsetti devono sopportare, in fase di accensione del motore, la coppia da esso fornita che potrebbe danneggiare la strumentazione del banco. La forza di serragio necessaria è fornita da alcuni pacchi di molle a tazza che forzano le due parti mobili del morsetto l’una contro l’altra (figura 2.13).
Figura 2.13 Sezione del morsetto .
Dopo l’accensione del motore, prima dell’inizio delle prove, il dispositivo viene messo in pressione, la presa si allenta sganciando la mensola e liberando così il gruppo motore-fusoliera.
Un ulteriore funzione dei morsetti è legata alla sicurezza del banco durante lo svolgimento delle prove. Infatti, nel caso di cedimento di uno dei pendoli, la struttura motore-fusoliera deve restare vincolata nella sua posizione. Il vincolo di sicurezza è fornito dal perno è mostrato in figura 2.14.
Figura 2.14 Vista del perno sul morsetto .
Perno per il vincolo di sicurezza
Sul perno viene accoppiata con gioco la mensola di figura 2.12 su cui è stato ricavato un foro. In questo modo, nel caso di un eventuale rottura, la sicurezza del sistema è comunque garantita.
L’alimentazione pneumatica consente, attraverso un rubinetto, l’attivazione a distanza dei tre dispositivi in modo da garantire la sicurezza di chi effettua le prove.
2.5
Soffianti
Il motore L 275E è raffreddato ad aria, per evitare pericolosi innalzamenti di temperatura nei cilindri è stato necessario montare due soffianti cui sono stati collegati due collettori a tubo in alluminio che indirizzano il flusso di raffreddamento sulle testate dei due cilindri, come mostrato in figura 2.15.
In figura viene mostrata l’architettura di sostegno dei collettori realizzata in legno e alluminio dal laboratorio del D.I.A. Le due soffianti sono state alloggiate sulla parte anteriore del banco e ancorate mediante appositi sostegni al pianale in legno del banco.
Figura 2.15 Disposizione delle soffianti
Sul manuale del motore Limbach [1] si consiglia, per il raffreddamento, una portata minima di 122 l/s. Tale portata deve essere garantita nelle condizioni più critiche per il velivolo: salita al più basso valore di velocità indicata.
Soffianti Collettori
Architettura di sostegno
Sono stati adottati, per tale scopo, due ventilatori centrifughi assiali Vortice della serie CA100 (figura 2.16), pilotati da due regolatori di velocità SCNR. [6]
Figura 2.16 CA100
Il CA100 le cui caratteristiche tecniche sono riportate di seguito fornisce una portata massima di circa 250 l/s ed è quindi più che sufficiente per i nostri scopi.
Tensione (V) 220-240 Frequenza (Hz) 50/60 Potenza assorbita (W) MAX 85 Corrente assorbita (A) MAX 0,40 Portata (m3/h) MAX 250 l/s
69,4 Livello pressione sonora (Lp dB(A) 3m) 1V 57 0-Pressione statica massima (mm
H2O, 1a vel.)
36 Pa 353 8-Temperatura ambiente max (°C) 55 10-Giri al minuto (max) 2530 Peso (Kg) 3 Isolamento I Grado di protezione (IP) X4
