5 DESCRIZIONE DELLE PROVE EFFETTUATE E DEI RISULTATI OTTENUTI

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5 DESCRIZIONE DELLE PROVE EFFETTUATE E DEI

RISULTATI OTTENUTI

Le prove dinamiche sul banco sono state effettuate in modo da ottenere i valori medi di spinta e coppia associati all’elica al variare del regime del motore. Si è ottenuta inoltre una stima dei carichi agenti complessivamente sul banco.

Data l’evidente pericolosità delle prove è stato necessario adottare alcune soluzioni atte a garantire la sicurezza. Si e inoltre cercato si risolvere i problemi dovuti all’eccessivo livello di rumore del motore. Infatti L 275E non è dotato ne di marmitte ne di silenziatori.

Sono stati affrontati anche i problemi legati all’accensione a distanza del motore ed alla sua messa a punto.

È stato infine previsto un interruttore di sicurezza, attivato sempre a distanza, per spegnere immediatamente il motore in caso di emergenza.

5.1 Allestimento elementi

Il banco è stato collocato all’ aperto sulla passerella esterna dell’ officina del D.I.A . In questo modo è stata garantita l’evacuazione dei gas di scarico della combustione che al chiuso avrebbero rapidamente saturato l’ambiente creando una potenziale situazione di rischio. La soluzione adottata consente inoltre di operare ad una sufficiente distanza di sicurezza. Il PC per l’acquisizione, il rubinetto di azionamento dei morsetti di sicurezza, il radio comando per il pilotaggio del gas, e gli interruttori per l’accensione a distanza e lo spegnimento di emergenza del motore sono stati disposti al sicuro all’interno dell’officina. La zona in cui viene disposto il banco resta comunque ben visibile anche dall’interno.

È stata inoltre disposta nella zona in cui viene alloggiato il banco una gabbia di sicurezza costruita in rete elettro saldata atta a garantire la sicurezza nell’eventualità che l’elica o altre parti in rotazione rompendosi potessero essere eiettate verso l’esterno.

Riduzione del rumore.

Al fine di ridurre il rumore generato dal motore, sono stati montati due tubi flessibili in acciaio inox sui caminetti di scarico del motore. I tubi sono stati poi raccordati e fissati sulla parte anteriore della fusoliera come viene mostrato in figura 5.1. La soluzione adottata opera

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può essere comunque risolto con l’adozione di silenziatori da montare sulle estremità dei condotti.

Figura 5.1 Tubi di scarico e loro collocazione

Alimentazione del motore

Il combustibile, miscela di benzina e olio al 4%, è contenuto in un serbatoio apposito. Il contenitore non è stato alloggiato in fusoliera ma sul banco per evitare dannose variazioni del peso del gruppo motore fusoliera durante lo svolgersi delle prove. Infatti le variazioni di peso dovute al consumo di combustibile falserebbero le tarature degli strumenti di misura invalidando le prove. Per garantire un corretto flusso di combustibile al motore il serbatoio e stato posizionato sopra il livello dei carburatori.

Tubi di scarico Collegamento al

Caminetto di scarico del

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5.2 Software predisposto per la gestione delle prove

Il codice Gestione Prove.VI è stato sviluppato con il software LabVIEW 6.1 avvalendosi delle sub.VI riportate nello schema di figura 5.2. I segnali analogici provenienti dalla centralina vengono convertiti in digitale mediante la scheda PCI-6024E della NI e disposti sugli opportuni canali.

Figura 5.2 Gerarchia del codice Gestione Prove.VI

Il codice deve acquisire i dati provenienti dai 6 dinamometri. Sono stati quindi predisposti cinque canali per l’acquisizione, numerati da 0 a 5. A tale scopo è stata usata la funzione, fornita dal software LabVIEW, AI Acuire Waveforms.VI che esegue le operazioni necessarie per l’acquisizione su più canali.

Frequenza di acquisizione e numero di punti di acquisizione vengono introdotti sul front pannel attraverso le apposite finestre come per il codice illustrato nel paragrafo precedente.

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Figura 5.3 Front pannel del codice Gestione Prove.VI

Nelle 6 finestre “costanti (Kg)”, disposte a sinistra sul front pannel (figura5.3), vengono inserite le costanti di proporzionalità ricavate dalla taratura sui singoli dinamometri. Ancora sulla parte sinistra del front pannel troviamo due array : “B matrix” e “ C matrix” in cui devono essere inserite le matrici di calibrazione B e C, che trasformano, rispettivamente, le forze medie misurate sui dinamometri in forze e momenti nel sistema di riferimento “Ground” e le forze e i momenti del sistema “ Body” nel sistema “Ground” . Sulla parte destra del front pannel sono disposte le finestre: “Forze sui Dinamometri (kg)”, “Forze nel sistema Body

(Kg) o (Kg*m)” e “Forze nel sistema Ground (Kg) o (Kg*m)” dove compaiono le varie

forze calcolate nei rispettivi sistemi di riferimento. Si ottiene così una panoramica completa del comportamento del codice, in modo da poter sempre controllare i parametri principali. Il codice ha la stessa struttura del codice Taratura Banco.VI a differenza di esso però non sono presenti fra gli input i carichi di taratura e fra gli output il calcolo dell’errore di misurazione.

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Il codice crea due files gestibili con software Excel. Nel primo vengono salvati i dati acquisiti dai dinamometri prima di essere elaborati, nel secondo vengono salvati i dati relativi alle misurazioni nei due sistemi di riferimento. La scrittura su disco viene eseguita mediante la funzione Scrive su file.VI che, come per il codice Taratura Banco AA.VI , è stata posta all’interno del ciclo While di uscita. In questo modo i dati possono essere salvati senza interrompere l’ esecuzione del programma programma.

Dopo aver avviato il codice si assegnano gli input necessari: costanti di proporzionalità e matrici di calibrazione si porta il motore al regime desiderato. L’acquisizione viene effettuata agendo sull’interruttore “Start Measurement” posto sul pannello frontale. Finita l’acquisizione e l’elaborazione dei dati i risultati vengono salvati sui files. A questo punto il motore può essere portato ad un nuovo regime; agendo nuovamente sull’interruttore “Start

Measurement” viene avviato lo step di misurazioni successivo.

Una volta terminate le operazioni di misura si esce dal codice azionando l’interruttore “

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5.3 Svolgimento delle prove

5.3.1 Fase preliminare

Prima della messa in moto e del inizio delle prove è necessario effettuare alcune operazioni finalizzate a garantire il corretto funzionamento e la sicurezza di tutto il sistema:

1. Accendere almeno un’ora prima l’amplificatore analogico in modo che tutta l’elettronica: circuiti di amplificazione, ponti estensimetrici e cablaggi lavorino a regime al momento della prova.

2. Portare il banco fuori dall’officina e posizionarlo sulla passerella, posizionare i cablaggi dei dinamometri, dell’ interruttore di accensione e di quello per lo spegnimento rapido del motore. Disporre i condotti dell’aria compressa e verificare che il circuito funzioni e che i morsetti si aprano e chiudano correttamente, in caso contrario controllare che non ci siano perdite nel circuito pneumatico e che il compressore dell’ officina sia in moto.

3. Azionare i freni che bloccano le quattro ruote del carrello del banco. Prima di azionare i freni verificare che il disco dell’elica sia sufficientemente distante dalla gabbia di protezione.

4. Controllare il serraggio delle sei viti di montaggio dell’ elica.

5. Una volta posizionato il banco controllare il livello del combustibile. Successivamente collegare i tubi di alimentazione. Per garantire un sufficiente flusso di combustibile durante le fasi di accensione riempire i tubi di combustibile con una pompa manuale.

6. Collocare la ricevente del radio comando e le sue batterie all’ interno della fusoliera e fissarle alle ordinate della struttura. Distendere l’antenna e fissarla alla parte anteriore della fusoliera in modo che non vada a interferire con l’elica in movimento. Collegare la ricevente alle batterie, “ canale B” e al servo motore, “canale 3” . Accendere la trasmittente e verificare il funzionamento del servo meccanismo del gas.

7. Montare le pipette delle candele rimuovere i tappi di protezione applicati sulle prese d’aria dei carburatori.

8. Accendere le soffianti.

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5.3.2 Accensione del motore

L’L 275E è dotato di un motorino di avviamento che si ingrana su una ghiera montata sull’asse del motore come è mostrato in figura 5.4 il motorino si sgancia automaticamente dalla ghiera non appena il motore comincia a fornire coppia.

Figura 5.4 Motorino di avviamento dell L275E

Il motorino viene alimentato dalle batterie montate sul velivolo ed è azionato a distanza con un interruttore come è gia stato accennato.

Prima dell’accensione del motore bisogna sempre verificare che i morsetti di sicurezza siano chiusi, infatti la coppia di accensione del motore potrebbe causare danni considerevoli agli strumenti di misura.

Per l’accensione bisogna semplicemente mettere al minimo lo stick del radiocomando che pilota il gas ed attivare l’interruttore di accensione.

In caso di mancata partenza controllare il livello di carica delle batterie ed eventualmente nebulizzare con una siringa della miscela all’interno del cilindro attraverso i fori di montaggio delle candele.

Motorino di avviamneto

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5.3.3 Svolgimento delle prove

Sono stati effettuati tre cicli di acquisizione equivalenti alle condizioni di “Motore al 20% di manetta”, “Motore al 40% di manetta” e “Motore al 50% di manetta” in modo da riuscire a valutare la spinta e la coppia associate all’elica in diverse condizioni di esercizio del motore.

Oltre ai valori medi delle forze agenti sui dinamometri sono stati acquisiti anche gli interi segnali generati durante la prova dai sei dinamometri, in modo da poter valutare la tipologia di segnali acquisiti.

Prima di iniziare le prove, bisogna aprire i morsetti di sicurezza azionando l’apposito rubinetto in modo che il gruppo motore-fusoliera gravi sui dinamometri. Con il banco in queste condizioni deve essere eseguita l’operazione di offset via software degli strumenti, il carico misurato dai dinamometri, in queste condizioni dovuto al solo peso del sistema motore fusoliera, viene in questo modo azzerato. L’azzeramento viene effettuato dal codice Gestione

Prove.VI .

A questo punto, dopo aver chiuso i morsetti viene azionato il motore e portato al regime di minimo agendo sullo stick del radio comando. È utile prima di lasciare il motore al minimo dare gas al motore alcune volte per verificare che la carburazione e l’alimentazione di combustibile funzionino correttamente, in questo modo si effettua anche un controllo sul corretto funzionamento del servo del gas e del relativo cinematismo di attuazione.

Partendo dalla condizione di minimo del motore si può cominciare ad effettuare i test usando il codice Gestione Prove.VI per far partire l’acquisizione e per salvare i dati. Il codice consente inoltre il settaggio della frequenza di acquisizione e del numero di punti da campionare.

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5.3.4 Descrizione dei risultati ottenuti

I test dinamici condotti hanno consentito di ottenere una serie di dati di riferimento sulla spinta fornita e la coppia assorbita dall’elica per diversi regimi di funzionamento del motore.

Motore al 20% di manetta

In tabella 5.1 sono stati riportati i valori di carico misurato sui sei dinamometri in kg e le forze e i momenti che agiscono nel sistema di riferimento body. I valori riportati sono stati ottenuti come media dei dati acquisiti durante i test.

Tabella 5.1 Forze in kg misurate dai singoli dinamometri e forze e momenti nel sistema di riferimento Body

La forza misurata lungo l’asse Xbody è indice della spinta del motore, come si vede le forze misurate lungo gli altri due assi del sistema di riferimento danno dei contributi di due ordini di grandezza inferiori.

Il momento attorno all’asse Xbody da una misura della coppia che viene assorbita dall’ elica. La coppia è negativa in quanto opposta alla rotazione dell’elica che è diretta nel verso delle rotazioni positive attorno all’asse Xbody.

Sono inoltre presenti il momento picchiante che rappresenta la coppia agente attorno all’ asse Ybody, anche questa negativa, e una leggera componente di momento in imbardata.

Motore al 40% di manetta

In tabella 5.2 sono stati riportati i valori di carico misurato sui sei dinamometri in kg e le forze e i momenti che agiscono nel sistema di riferimento body per la seconda posizione della manetta.

D1(Kg) D2(Kg) D3(Kg) D4(Kg) D5(Kg ) D6(Kg )

5.639 5.200 -1.257 -3.731 5.530 -0.694

) (Kg

F_Xbody F_Ybody(Kg) F_Zbody(Kg) M_Xbody(Kg×mm) M_Ybody(Kg×mm) M_Zbody(Kg×mm)

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La forza misurata lungo l’asse Xbody è aumentata di circa 3.700kg, i carichi laterali non sono sostanzialmente variati ne in direzione ne in intensità, il carico verticale è invece aumentato di circa 400gr probabilmente a causa della variazione dell’ angolo di assetto del velivolo

La coppia attorno all’asse Xbody è raddoppiata e il momento picchiante è sensibilmente aumentato a causa dell’aumento della spinta. La coppia imbardante è invece variata molto poco.

Motore al 50% manetta

In tabella 5.3 sono stati riportati i valori di carico misurato sui sei dinamometri in kg e le forze e i momenti che agiscono nel sistema di riferimento body per la terza condizione.

La forza misurata lungo l’asse Xbody è aumentata di circa 1kg, anche in questo ultimo caso i carichi laterali non sono sostanzialmente variati ne in direzione ne in intensità, lo stesso puo essere detto per il carichi agenti lungo l’asse verticale

La coppia attorno all’asse Xbody e il momento picchiante sono aumentati in maniera minima questi due contributi sono infatti fortemente dipendenti dalla spinta che è aumentata

7.584 6.973 -1.822 -5.465 8.138 -0.410

) (Kg

14.557 -0.410 0.850 -934.239 -1366.783 194.297

8.044 7.433 -2.023 -5.892 8.756 -0.385

) (Kg

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molto poco rispetto al caso precedente. La coppia imbardante continua a mantenere invariariato il suo valore.

Nelle figure da 5.6 a 5.23 vengono mostrati gli andamenti nel tempo dei carichi misurati dai sei dinamometri durante l’acquisizione dati ai vari regimi del motore. La frequenza di acquisizione è di 4000 Hz il numero totale di campionamenti e di 20000 unità, il tempo complessivo di ogni acquisizione è quindi di 5 secondi.

Infine vengono plottati (figure da 5.24 a 5.29) i valori delle forze e dei momenti agenti nel sistema Body al variare della percentuale di manetta.

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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tempo (s) C a ri c o m is u ra to (K g )

Dianmometro N 1 Caric o misurato con il motore al 20% di manetta

Figura 5.6 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 2 3 4 5 6 7 8 Tempo (s) C a ri c o m is u ra to (K g )

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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 Tempo (s) C a ri c o m is u ra to (K g )

Figura 5.8 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 -15 -10 -5 0 5 10 Tempo (s) C a ri c o m is u ra to (K g )

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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Tempo (s) C a ri c o m is u ra to (K g )

Dianmometro N 5 Carico misurato con il motore al 20% di manetta

Figura 5.10 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 Tempo (s) C a ri c o m is u ra to (K g )

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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tempo (s) C a ri c o m is u ra to (K g )

Figura 5.12 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 C a ri c o m is u ra to (K g )

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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 -10 -5 0 5 Tempo (s) C a ri c o m is u ra to (K g )

Figura 5.14 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 C a ri c o m is u ra to (K g )

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Figura 5.15 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) C a ri c o m is u ra to (K g )

Dianmometro N 5 Carico misurato con il motore al 40% di manetta

Figura 5.16 -10 -5 0 5 10 15 C a ri c o m is u ra to (K g )

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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Tempo (s) C a ri c o m is u ra to (K g )

Figura 5.18 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 Tempo (s) C a ri c o m is u ra to (K g )

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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 -8 -6 -4 -2 0 2 4 Tempo (s) C a ri c o m is u ra to (K g )

Dianmometro N 3 Caric o misurato con il motore ala 50% di manetta

Figura 5.20 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 Tempo (s) C a ri c o m is u ra to (K g )

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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 -5 0 5 10 15 20 25 Tempo (s) C a ri c o m is u ra to (K g )

Dianmometro N 5 Carico misurato con il motore ala 50% di manetta

Figura 5.22 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 Tempo (s) C a ri c o m is u ra to (K g )

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5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Percentuale di manetta C a ri c o m is u ra to (Kg )

Forze misurate lungo Xbody al variare della percentuale di manetta

Figura 5.24 Forze misurate lungo Xbody

20 25 30 35 40 45 50 55 -0.8 -0.75 -0.7 -0.65 -0.6 -0.55 -0.5 -0.45 -0.4 -0.35

Perc entuale di manetta

C a ri c o m is u ra to (K g )

Forze misurate lungo Ybody al variare della percentuale di manetta

Figura 5.25 Forze misurate lungo Ybody

0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 Ca ri c o m is u ra to (K g )

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20 25 30 35 40 45 50 55 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 Percentuale di manetta C a ri c o m is u ra to (K g *m m )

Coppie misurate attorno Xbody al variare della perc entuale di manetta

Figura 5.27 Coppie misurate attorno Xbody

20 25 30 35 40 45 50 55 -1600 -1400 -1200 -1000 -800 -600 -400 Percentuale di manetta C a ri c o m is u ra to (K g *m m )

Coppie misurate attorno Ybody al variare della perc entuale di manetta

Figura 5.28 Coppie misurate attorno Ybody

20 25 30 35 40 45 50 55 140 150 160 170 180 190 200 Percentuale di manetta C a ri c o m is u ra to (K g *m m )

Coppie misurate attorno Zbody al variare della percentuale di manetta

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5.3.5 Analsi delle frequenze caratteristiche dei segnali

È stata svolta un analisi sullo spettro di frequenza delle misure effettuate dai dinamometri durante i tre test (figure da 5.29 a5.34) con lo scopo di evidenziare alcune frequenze caratteristiche del sistema [18]. Al fine di individuare i contributi dovuti al motore è stato considerato uno spettro di frequenze inferiori ai 100Hz, infatti, ipotizzando che il motore funzioni a un regime di giri inferiore ai 5500rpm, cioè circa 91.6 giri al secondo, e considerando che ad ogni giro le candele del motore forniscono un impulso sincrono, le frequenze tipiche del motore del motore dovrebbero trovarsi proprio nell’intervallo 0-100Hz.

Effettivamente nell’intorno del valore di 30Hz sono stati riscontrati tre picchi (individuati dalla freccia color arancio) che si ripetono su tutti i dinamometri per le stesse frequenze. Bisogna inoltre notare che i picchi a frequenze più elevate corrispondono ai test effettuati ad un più elevato numero di giri del motore.

In tabella 5.3 vengono riportate le tre frequenze e le relative stime del numero di giri.

Tabella 5.3 Forze in kg misurate dai singoli dinamometri

Notiamo inoltre la diminuzione nell’ ampiezza dei tre picchi all’aumentate del numero di giri imputabile alla diminuzione delle vibrazioni del motore quando raggiunge regimi più elevati. A conferma delle ipotesi fatte si noti come i picchi siano poco pronunciati nel caso del dinamometro 5, ciò in quanto il 5 e lo strumento posizionato più lontano rispetto al motore.

Per valori più bassi di frequenza, nell’ordine della decina di Hz, si riscontrano diversi picchi di frequenza imputabili alle vibrazioni della struttura.

Test1 20% di manetta Test120%di manetta Test1 20% di manetta FREQUENZA(Hz) 26 32 36 NUMERO DI GIRI (rpm) 1560 1920 2130

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100 101 102 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 Frequenc y [Hz] PS D [ d B ] Test no.1 Test no.2 Test no.3 Spettro delle frequenze per il dinamometro 1

Figura 5.29 100 101 102 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 Frequenc y [Hz] PS D [ d B ] Test no.1 Test no.2 Test no.3 Spettro delle frequenze per il dinamometro 2

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100 101 102 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 Frequenc y [Hz] PS D [ d B ] Test no.1 Test no.2 Test no.3 Spettro delle freqienze per il dinamometro 3

Figura 5.31 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 PS D [d B ] Test no.1 Test no.2 Test no.3 Spettro delle frequenze per il dinamometro 4

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100 101 102 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 Frequency [Hz] PS D [ d B] Test no.1 Test no.2 Test no.3 Spettro delle frequenze per il dinamometro 5

Figura 5.33 100 101 102 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 Frequency [Hz] PS D [d B ] Test no.1 Test no.2 Test no.3