Capitolo 8 Carrello anteriore del Prandtlplane Idintos

Capitolo 8

Carrello anteriore del Prandtlplane

Idintos

Introduzione

Nella Sezione 7.2 è stata fatta una panoramica sulle varie tipologie di carrelli anteriori montati su mezzi anfibi disponibili sul mercato.

Per tutti gli aerei della classe di aviazione generale o ultraleggera è possibile trovare in commercio componenti già pronte e certificate che possono essere installate senza la necessità di progettarle ex novo; i carrelli di atterraggio sono delle componenti critiche nel progetto del velivolo, in commercio si possono trovare dei modelli già pronti, che però solitamente sono parti di ricambio di altri aeroplani già in commercio.

Il progettista è messo di fronte alla scelta di adattare il proprio progetto in modo da utilizzare un carrello di tipo commerciale, oppure progettare il carrello in maniera che si adatti alle proprie esigenze; per progetti particolarmente complessi la seconda scelta è quasi sempre obbligata.

In ogni caso in commercio si trovano comunque pezzi già pronti, come ruote, freni, forcelle e ammortizzatori, che permettono di facilitare il lavoro del progettista.

Il velivolo Idintos si inserisce nella categoria di progetti ove nessun carrello attual-mente in commercio si adatta alle specifiche del velivolo e quindi è stato necessario progettarlo ex novo.

Il carrello anteriore dovrà essere in grado di sostenere i carichi da normativa, retrarsi all’interno della fusoliera lasciando intatto il profilo idro/aerodinamico ed essere il più leggero e semplice possibile.

8.1 Baia del carrello

Come già detto in precedenza, la fusoliera di Idintos è realizzata in fibra di vetro e Airex; per permettere la giunzione dei due semi gusci della fusoliera è necessario che vi sia un punto di accesso all’interno degli stampi per farvi entrare un operatore; gli aerei della aviazione generale ad elica costruiti in composito hanno il punto di accesso sul muso dell’aereo, dove viene installato il castello motore, Idintos, invece, ha il castello motore dietro la cabina di pilotaggio; non è possibile, quindi, posizionare il punto di accesso in tale posizione perché significherebbe dividere l’aereo in due parti con conseguente indebolimento della struttura.

Si è scelto di posizionare il punto di accesso sul muso dell’aereo, separando lo stampo del muso da quelli del resto della fusoliera; in Figura 8.1 è illustrata la posizione del piano di separazione tra i due stampi mentre in Figura 8.2 si può vedere lo stampo della fusoliera, ancora in lavorazione sulla macchina a controllo numerico, interrotta proprio all’altezza di quel piano.

Figura 8.1: Divisione degli stampi del muso e della fusoliera

Figura 8.2: Stampo sinistro della fusoliera in lavorazione sulla macchina a controllo numerico.

Sulla linea di divisione è installata una ordinata di forza, in modo da rinforzare le due sezioni (fusoliera e musetto) sulla linea di incollaggio.

Per motivi di ingombro e di posizione si è scelto di posizionare il carrello anteriore nel musetto.

8.1.1 Dimensioni della baia del carrello anteriore

Il musetto di Idintos è illustrato in Figura 8.3.

Il volume del musetto deve essere condiviso da tre componenti (Figura 8.4): • Il carrello anteriore

• Il paracadute balistico • La zavorra di bilanciamento

Figura 8.3: Musetto di Idintos

Si è dovuto dividere lo spazio disponibile all’interno del muso per poter accogliere tutti e tre le componenti, si è scelta la disposizione riportata in Figura 8.4; la zavorra è nella posizione più avanzata possibile, come da specifica, il paracadute balistico è appoggiato sopra la baia del carrello mentre il suo razzo di espulsione è vincolato al lato della baia del carrello; al carrello infine e dedicato lo spazio rimanente.

Figura 8.4: Componenti contenuti all’interno del musetto e loro disposizione.

Il volume e le dimensioni principali della baia del carrello sono riportate in Figura 8.5, il volume totale disponibile è di 0,44m3_.

La forma della baia non è regolare, verso il muso si ha la sezione più stretta, limitata tra la parete superiore della baia e la linea di chiglia; all’estremo opposto la sezione è maggiore ma si ha la parete di fondo fortemente inclinata che diminuisce virtualmente lo spazio disponibile.

Un’altra specifica del progetto è il piano di rotolamento della ruota, che deve stare 476mm al di sotto del piano XY di riferimento generale del velivolo.

É necessario definire un sistema di retrazione che permetta di portare la ruota dall’interno del volume della baia sino al piano di rotolamento; il sistema deve essere mosso attivando un solo grado di libertà e deve riuscire a chiudere ed aprire anche le porte della baia.

Figura 8.5: Volume della baia del carrello in scala 1:10

8.2 Definizione del cinematismo di estrazione

Si è scelta innanzitutto la ruota la quale deve essere la più piccola possibile ma deve essere anche in grado di reggere il carico a cui sarà sottoposta; la ruota è composta dall’insieme di asse, mozzo e copertone, è stata scelta per generare minimi ingombri e peso; i dati della ruota sono riportati in Tabella 8.1.

Dato il volume della baia e la forma della stessa, l’unico punto in cui può essere riposta la ruota è l’area in prossimità della centina di forza in basso; riponendo la ruota in quel punto si avrebbe il diametro massimo della baia a disposizione per la gamba.

La ruota è stata posizionata il più vicino possibile alla centina di forza in basso, mentre il cardine principale della gamba in posizione diametralmente opposta, in prossimità della parete superiore ad una distanza di 40mm e ad una distanza di 40mm rispetto alla parete frontale; la disposizione dei due elementi è riportata in Figura 8.6.

Le coordinate del centro della cerniera e del centro della ruota in posizione retratta, riferiti al sistema di riferimento globale del progetto Idintos, sono riportate in Tabella 8.2

Si è poi calcolato l’angolo di rotazione della gamba per portare la ruota dalla sua sede al piano di rotolamento, l’angolo è riportato sempre in Figura 8.6.

Una volta definito il percorso della ruota è possibile definire le dimensioni dell’a-pertura della baia, il criterio dimensionante è che la ruota non passi in prossimità dei bordi dell’apertura e che possa rientrare facilmente anche con un leggero angolo di sbandamento; il profilo dell’apertura, proiettato sul piano di pianta è illustrato in Figura 8.7 indicata in rosso, le dimensioni della proiezione sono riportate in Tabella 8.3.

Dati della Ruota

Marca Beringer Set di asse e mozzo SDY02A Peso del set 1,250kg Larghezza asse 100mm Mozzo 3.50-4” Peso del solo mozzo 0,545 kg Carico statico mozzo 190 kg Carico ultimo mozzo 528 kg Copertone PAG04 Diametro massimo 228,6mm

Spessore 70mm

Peso 0,8 kg

Peso totale del set asse / mozzo / copertone 2,5

Tabella 8.1: Dati della ruota anteriore

Figura 8.6: Posizione iniziale della ruota e della cerniera della gamba principale

Posizione dei centri [mm]

X Z

Ruota 1255 -88 Cerniera 686 60

Tabella 8.2: Dati della ruota anteriore

Dimensioni apertura della baia

Altezza 490mm Larghezza 170mm Angolo al vertice del triangolo 150° Distanza del vertice del triangolo dall’origine 840mm

Figura 8.7: Apertura della baia del carrello

Gli sfridi di taglio ottenuti dall’apertura della baia saranno usati come porte della stessa.

8.3 Progetto concettuale della gamba e della

forcel-la

La ruota deve essere vincolata alla forcella, la quale deve a sua volta essere vincolata alla gamba del carrello ma al contempo essere libera di ruotare intorno ad un perno che le permetta di piroettare, consentendo così all’aereo di sterzare; infatti, per mantenere il requisito di “semplicità” si è deciso che il carrello non sia sterzante, ma piroettante.

Il velivolo può comandare a terra sfruttando la frenata differenziale delle due ruote principali, il carrello anteriore deve solo assecondare tale sterzata e ritornare in posizione centrale quando il comando viene a mancare.

La forcella può essere di tipo verticale (Figura 8.8 A) o di tipo orizzontale (Figura 8.8 B) oppure può assumere tutti gli angoli compresi tra i due elencati a seconda dell’avancorsa scelta.

Una soluzione concettuale con la forcella verticale è riportata in Figura 8.9 indicata in tratto-punto, mentre in tratto puro è illustrata la soluzione con forcella orizzontale.

Figura 8.8: Forcella verticale (A) e forcella orizzontale (B)

Figura 8.9: Differenza tra forcella verticale (indicata con tratto punto) e forcella orizzontale (indicata con tratto puro)

É subito chiaro che la soluzione con forcella verticale deve essere scartata in quanto la sua adozione necessiterebbe di spostare in alto la gamba del carrello, con il conseguente rischio di interferenze con il sistema di retroazione e con le pareti della baia stessa; si devono scartare per lo stesso motivo anche tutte le soluzioni intermedie perché, per garantire la giusta avancorsa, sono necessarie forcelle di grosse dimensioni.

L’unica soluzione ammissibile è quella della forcella orizzontale; con essa, tutto il gruppo della forcella e del perno di rotazione, una volta retratti, si vanno a trovare in posizione avanzata rispetto alla ruota, in una zona della baia in cui non interferiscono con nessun meccanismo. Un disegno concettuale dell’insieme ruota, forcella, perno e gamba è illustrato in Figura 8.10

Figura 8.10: Disegno concettuale dei costituenti del gruppo ruota-forcella-perno

8.4 Disegno preliminare del gruppo forcella-perno

Dato che la posizione finale della ruota sul piano di rotolamento è determinata, è ne-cessario conoscere gli ingombri del gruppo forcella-perno in maniera tale da determinare la posizione finale e quindi la forma della gamba.

Per semplificare ulteriormente il carrello si è deciso che non sarà ammortizzato; è possibile però rendere l’assieme forcella perno leggermente elastico in maniera tale che il carrello possa assecondare le asperità della pista; la forcella quindi non è solidale al perno, ma può ruotare leggermente intorno alla cerniera indicata in Figura 8.11 mentre un elemento elastico frapposto tra la forcella e il perno permette di limitare il grado di libertà rotazionale.

Figura 8.11: Elemento elastico, inserito tra forcella e perno, per attutire le asperità del terreno

Il perno poi si innesta su un asse della gamba del carrello dando così la possibilità al carrello di piroettare.

Da tutte le precedenti considerazioni si è giunti al disegno preliminare del sotto assemblaggio forcella-perno, illustrato in Figura 8.12, mentre in Figura 8.13 è illustrato l’esploso.

L’asse intorno a cui tutto l’assieme piroetta è indicato con A mentre l’asse intorno a cui il solo gruppo forcella ruota è indicato con B, gli elementi elastici indicati in Figura sono dei tamponi di gomma di tipo “Silent Block” di diametro 40mm e lunghezza 30mm.

In verde e in giallo sono rappresentati tutti i cuscinetti di strisciamento. L’intero assieme è realizzato in Alluminio, lega 2024-T3.

Figura 8.12: Gruppo ruota-forcella-perno

Figura 8.13: Esploso del gruppo ruota-forcella-perno

8.5 Disegno preliminare della gamba del carrello

Conoscendo gli ingombri del gruppo forcella-perno è possibile procedere al disegno preliminare della gamba del carrello; in Figura 8.14 è illustrata la soluzione scelta, la gamba è costituita da due tubi saldati disposti a “T” con due flange di rinforzo, un elemento prismatico funge da supporto per l’asse del perno di rotazione.

Anche in questo caso il materiale scelto, almeno a livello preliminare è l’alluminio, lega 2024-T3.

Figura 8.14: Apertura della baia del carrello

8.6 Progetto cinematico del cinematismo di

retra-zione

I velivoli anfibi, sono utilizzati sia in acqua sia a terra; il carrello principale di atterraggio ha la sua baia al di sopra della linea di galleggiamento, mentre il carrello anteriore ha parte di essa al di sotto.

L’idrovolante deve essere in grado di uscire dall’acqua in autonomia; infatti, dopo aver ammarato e navigato sino ad una rampa, l’idrovolante può aprire in acqua i carrelli e risalire la rampa in maniera autonoma (Figura 8.15).

Figura 8.15: Operazione uscita dall’acqua in autonomia, le frecce indicano la spinta del motore

In base a queste considerazioni non è possibile che il carrello operi sempre fuori dall’acqua; inoltre è difficile che la baia sia ermetica, in quanto non si dispone di un sistema di guarnizioni sufficiente a mantenere l’isolamento.

Il sistema di retrazione e in particolare, il suo attuatore, non possono essere all’interno della baia che ospita il carrello e quindi sono posti sempre dentro il musetto e all’esterno della baia in modo da poter essere isolati dall’acqua marina, sarà necessario un rinvio meccanico per attuare la movimentazione.

Come meccanismo di retrazione si è scelto un leveraggio a ginocchio, concettualmente uguale a quello spiegato in Sezione 7.3.1. Il vantaggio del leveraggio a ginocchio è quello di isolare l’attuatore dai carichi a cui è sottoposto il carrello; infatti una volta estratto il carrello, l’insieme leva-biella costituisce un puntone, sollecitato solo a sforzo normale, su cui si appoggia la gamba del carrello; la leva è vincolata alla baia mediante una cerniera, la quale scarica il carico di forza normale sulla della baia stessa. L’attuatore è collegato alla leva mediante la stessa cerniera ma può solamente ricevere o trasmettere momento torcente; dato però che l’insieme leva biella durante le fasi operative si comportano da puntone, non vi sarà momento lungo di essi e quindi l’attuatore rimane scarico.

Come si vedrà successivamente, è opportuno che , anche se il carrello è estratto, l’attuatore continui a applicare un certo momento alla cerniera, in modo da evitare che il carrello si richiuda autonomamente.

Figura 8.16: Funzionamento del cinematismo a ginocchio.

Il cinematismo dovrà riuscire a trascinare dalla posizione estratta quella retratta, e viceversa, garantendo che la ruota rientri perfettamente all’interno della baia e che il leveraggio e la biella non interferiscano con le pareti della sede come indicato in Figura 8.17; a tale scopo è stato creato un modello del carrello all’interno dell’ambiente Simmechanics di Matlab1_{, illustrato in Figura 8.18 ; in rosso è indicato il body che}

rappresenta la gamba del carrello, in blu la biella di connessione con la leva di retrazione (indicata in giallo); la gamba del carrello poi connessa al gruppo ruota-forcella-perno,

indicati in Figura con i colori verde, per il perno, e marrone per ruota e forcella.

Figura 8.17: Modello simulink del carrello anteriore

Le posizioni delle tre cerniere del gruppo leva biella sono determinate in maniera tale che i requisiti cinematici e di ingombro siano rispettati.

Il cinematismo di retrazione del carrello è assimilabile ad un quadrilatero articolato, anche se quando è retratto è un quadrilatero degenere; come tale rispetta il modello matematico definito in Sezione 4.1.2 con la notazione riportata nelle figure 8.19 e 8.20

Figura 8.19: Posizioni generali dei 4 elementi costituenti il meccanismo di retrazione

Figura 8.20: Lunghezze dei 4 elementi che costituiscono il meccanismo di retrazione

La gamba del carrello è rappresentata dall’elemento compreso tra le cerniere C e D di lunghezza L3, la biella dall’elemento compreso tra le cerniere B e C, lunghezza L2 mentre la leva è rappresentata da quello compreso tra le cerniere A e B, lunghezza L1.

La posizione della cerniera C è determinata da un vincolo di natura strutturale; per limitare il carico flessionale lungo la gamba del carrello e per limitare il carico a compressione lungo il gruppo leva-biella è necessario che la cerniera C sia sita il più vicino possibile alla fine della gamba, come indicato in Figura 8.22 in cui è anche illustrato il disegno della soluzione preliminare modificata per accettare la cerniera C.

La cerniera A viene posta in posizione diametralmente opposta alla cerniera D in maniera tale da avere lo spazio di tutta la baia in lunghezza per ospitare il cinematismo.

Il modello matematico è identico a quello riportato in Sezione 4.1.2; le uniche differenze rispetto al modello precedente sono sulle condizioni al contorno, infatti la

posizione delle cerniere A, C e D sono note e rimane solo da determinare la posizione della cerniera B. Inoltre per poter consentire il funzionamento regolare del cinematismo, è necessario che la condizione sull’angolo β sia invertita; infatti, come si può vedere dalla Figura 8.21, nel caso che β assumesse il valore minimo il cinematismo non potrebbe sfruttare i vantaggi del sistema a ginocchio e, quindi, si definisce la nuova condizione di “β massimo“.

Figura 8.21: Incertezza sulla posizione della cerniera B date le posizioni delle altre 3 cerniere.

Figura 8.22: Modifica alla gamba del carrello per accettare la cerniera C

La cerniera B deve essere posizionata in modo tale che il giunto a ginocchio trascini la gamba dalla posizione estratta a quella retratta.

La linea che congiunge le cerniere A e C (linea AC) rappresenta l’asse dei tubi costituiscono la biella e la leva e la cerniera B deve trovarsi su una retta parallela a tale linea, ad una distanza fissata; supposto che il diametro dei tubi sia di 25mm si impone che la distanza dall’asse dei tubi alla cerniera sia di 25mm, come indicato in Figura 8.23.

Rimane da determinare la posizione della cerniera B lungo la linea appena definita. A differenza del metodo di ricerca dell’ottimo effettuato con il flap, per il carrello si è deciso di adoperare un sistema a forza bruta: quando il carrello è esteso la linea AC è lunga 368mm; si divide in 368 “stazioni” ognuna di lunghezza 1mm e ad ogni stazione si posiziona la cerniera ad una distanza di 25mm sulla perpendicolare ad AC passante per la stazione.

Figura 8.23: Movimento della cerniera B lungo la parallela alla linea che unisce A e C

Per ogni stazione si effettua la simulazione calcolando la distanza tra l’asse della ruota retratta e la massima posizione raggiunta dal cinematismo prima di degenerare e perdere l’ammissibilità cinematica.

In Figura 8.24 è riportato l’andamento della distanza minima al variare della posizio-ne della cerniera B che come si può vedere, ha il minimo quando la cerniera è a 244mm di distanza dalla cerniera A; dopo tale punto il modello non è più cinematicamente stabile.

I risultati dell’ottimizzazione con la posizione delle 4 cerniere a carrello estratto sono riportate in Tabella 8.4.

Figura 8.24: Andamento della distanza minima dalla posizione retratta in funzione delle stazioni (la stazione 0 è quella prossima ad A)

Posizioni delle 4 cerniere [mm] Carrello estratto Cerniera X Z A 1234 60 B 1081 138 C 987 200 D 686 60 Giacciono tutte sul piano XZ

Tabella 8.4: Massa dei componenti del carrello

8.7 Disegno preliminare del gruppo leva-biella

Conoscendo le dimensioni del gruppo leva-biella è possibile disegnare la versione preliminare dei due elementi; in Figura 8.25 sono illustrati i due pezzi separati e uniti mediante la cerniera B, la leva è costituita da due tubi di alluminio 2024-T3 disposti a “T” con due flange di rinforzo, e, sulla parte terminale, vi è una orecchia metallica che serve da supporto per la cerniera B; la biella è realizzata nello stesso materiale e si connette alla leva mediante la cerniera B attraverso due flange che si sovrappongo alla orecchia della leva.

Figura 8.25: Biella e Leva, separati e congiunti

8.8 Disegno preliminare del cinematismo completo

In Figura è illustrato l’assemblaggio totale, fotografato in posizione estesa e retratta. Il software Catia, con il quale è stato modellato il carrello, offre anche la possibilità di misurare le masse e le inerzie degli oggetti creati; sono quindi stati estratti i valori

Figura 8.26: Cinematismo del carrello completo, a destra in posizione estratta e a sinistra in posizione retratta

Peso del carrello, modello preliminare Gamba Rigida 2,120 kg Leva 0,7kg Biella 0,4 Kg Perno piroettante 1,7 kg Forcella 0,43kg Gruppo ruota 2,05kg

Tabella 8.5: Massa dei componenti del carrello

delle masse di ogni singolo elemento e sono stati importati all’interno del modello Simmechanic.

La massa totale del carrello, misurata con il software è di 7,4 kg, i pesi di ogni singolo elemento sono riportati in Tabella 8.5

Il modello Simmechanic ha simulato nuovamente il cinematismo tenendo conto anche delle masse, da questa simulazione si può estrapolare la curva della coppia necessaria alla retrazione, riportata in Figura 8.27.

Analizzando la corsa di retrazione si può vedere che per mantenere in posizione estratta è necessario applicare una coppia negativa, infatti se lasciato senza forze il carrello si porterebbe nella configurazione di equilibrio riportata in Figura 8.28 a sinistra, dove le tre cerniere A, B e C sono allineate.

Continuando ad analizzare la corsa di retrazione si può vedere che la massa del carrello lo trascina fino al punto di equilibrio,e l’attuatore ne frena la corsa; superato l’equilibrio l’attuatore inizia condurre ed applicare coppia per poter sollevare la gamba con tutti i gruppi solidali ad essa.

Si ha un massimo di coppia applicata a 24°di rotazione della gamba,tale massimo è dovuto al passaggio del baricentro del sistema gamba-forcella sotto la verticale della cerniera B; in tale posizione il bilancio dei momenti è a sfavore della leva e, appena superata questa posizione, il baricentro del gruppo gamba-forcella si porta a sinistra della cerniera B, in modo che i bracci di leva si accorciano e, di conseguenza,

Figura 8.27: Coppia necessaria alla retrazione-estrazione

Figura 8.28: Posizione di equilibrio del carrello - Posizione di massima coppia sulla leva.

8.9 Sistema di chiusura delle ante della baia

Per mantenere inalterate le caratteristiche aerodinamiche e idrodinamiche dell’idro-volante è necessario che la baia possa essere chiusa quando il carrello è retratto.

Dallo sfrido di lavorazione da cui si è ricavata la apertura della baia si sono recuperate le superfici che costituiranno le porte della baia stessa.

Con il carrello estratto è necessario che le porte non interferiscano con la la ruota quando questa gira attorno al perno di piroetta; quindi è necessario che le porte si allontanino il più possibile dal carrello una volta aperte.

Si sono scelte delle cerniere speciali, munite di collo d’oca (Figura 8.29), che permettono di allontanare il centro di rotazione dalle porte, piazzandolo più in alto rispetto ad esse e consentendo quindi degli spostamenti più lunghi.

Figura 8.29: Funzionamento delle cerniere a collo d’oca

Il collo d’oca è costituito da una lamiera di alluminio piegata, (in Figura 8.30 è illustrata la forma piegata e lo sviluppo in piano della lamiera) il collo d’oca è poi unito ad una cerniera semplice mediante rivettature.

Figura 8.30: Profilo del collo d’oca piegato e suo sviluppo in pianta

Per mantenere semplice ed economico il sistema di attuazione le porte della baia vengono mosse dallo stesso attuatore che muove la gamba del carrello. Una prima soluzione è quella di collegare l’estremità della gamba del carrello ai colli d’oca mediante un rinvio a teste sferiche di lunghezza fissa, come indicato in Figura 8.31.

Si vede subito però che il sistema non funziona in quanto non è possibile trovare due punti, uno sulla gamba e uno sul collo d’oca, che mantengano costante la loro distanza lungo tutta l’apertura. Di conseguenza posizionando il rinvio come in Figura 8.31 e scegliendone arbitrariamente la lunghezza, si ottene come risultato che il carrello non

si richiude, in quanto il rinvio è troppo corto e chiude le porte prima che il carrello sia passato Figura (8.32); oppure il rinvio è troppo lungo e porta a fondocorsa le cerniere con il carrello ancora all’interno della baia, bloccandone l’estrazione (Figura 8.33).

Figura 8.31: Posizione del rinvio rigido

Figura 8.32: Rinvio troppo corto, le porte si chiudono sul carrello incastrandosi tra loro.

Figura 8.33: Rinvio troppo lungo, i colli d’oca arrivano a fondo corsa prima che il carrello uscito.

Il rinvio tra carrello e cerniera si può rendere elastico in modo da compensare la variazione della distanza tra il punto di aggancio sulla cerniera e il punto di aggancio sulla gamba del carrello.

Si è giunti alla seguente soluzione:

Il rinvio è costituito da un cilindro cavo, collegato al collo d’oca mediante un giunto sferico ad angolo; all’interno del cilindro corre uno stantuffo, collegato mediante un

Figura 8.34: Vista esterna dello stantuffo estratto e retratto

Figura 8.35: Sezione interna dello stantuffo, non sono disegnati i giunti sferici

giunto sferico della stessa tipologia alla gamba del carrello; sullo stantuffo è posizionata una molla di compressione (Figura 8.35 ); in Figura 8.36 si possono ripercorrere i momenti principali in cui agisce lo stantuffo e i modi con i quali reagisce all’attuazione: Figura 8.36 punto 1: Carrello retratto, stantuffo completamente esteso: la molla mantiene lo stantuffo a fondo corsa, lo stantuffo è teso in quanto le porte sono chiuse e il carrello lo mantiene in tensione.

Figura 8.36 punto 2: Il carrello inizia l’estensione; nei primi istanti del moto la molla fa mantenere lo stantuffo a fondo corsa, in modo che sin dal primo movimento della gamba del carrello, si ha il movimento delle porte.

Figura 8.36 punto 3: La cerniera della porta del carrello arriva a fondo corsa e si ferma, costringendo lo stantuffo a spingere sulla molla e a comprimerla.

Figura 8.36 punto 4: il carrello si porta il posizione finale, lo stantuffo ha ulteriormente compresso la molla, la quale spinge sulla cerniera della porta mantenendola aperta anche se sottoposta a carichi aerodinamici.

Durante la retrazione avviene il processo inverso; appena il carrello si mette in moto la molla si rilassa, mantenendo le porte ferme a fondo corsa, le porte si mettono in moto solo quando lo stantuffo è arrivato a fondo corsa dalla parte opposta del cilindro.

Lo stantuffo mette in collegamento la gamba rigida, e il collo d’oca più avanzato delle cerniere delle porte; quando il carrello è retratto il vano della molla è al suo massimo valore di lunghezza, 68mm; quando è esteso, il vano si riduce a 36mm e per mantenere le porte aperte anche con forti sollecitazioni aerodinamiche, si è supposto che la forza che lo stantuffo deve applicare alle porte sia di 100N per porta. Si è scelta

Figura 8.36: 4 fasi dell’estensione del carrello con vista particolare alla posizione degli stantuffi

Dati della molla

Diametro esterno 15,24mm Diametro del filo 2,16 Lunghezza a riposo 70mm Lunghezza di massimo impacchettamento 36mm Carico all’impacchettamento 167,33N

Costante elastica 11290 N/m Materiale Acciaio armonico

Tabella 8.6: Dati della molla dello stantuffo

una molla che abbia come lunghezza di impacchettamento un valore pari alla minima dimensione del vano interno al cilindro dello stantuffo. I dati della molla sono riportati in Tabella 8.6:

8.9.1 Verifica della capacità di rotazione

intorno all’asse di pivot

É necessario che il gruppo ruota, forcella e equipaggio mobile riescano a ruotare intorno al perno di pivot sino a 90°e le porte potrebbero essere un intralcio a questa rotazione; si è verificato che in tutto l’asse di rotazione della ruota essa non interferisce con la porta.

Il passaggio più ravvicinato si ha quando il pivot ha ruotato di 65°; in quella posizione il profilo del copertone si trova a 30mm dal profilo della porta.

8.10 Passaggio dal disegno preliminare al disegno

definitivo

Il progetto del carrello anteriore è stato condotto in collaborazione con la azienda “EDI progetti” la quale ha seguito numerose della attività del progetto Idintos; dal disegno preliminare del cinematismo illustrato in precedenza la ditta EDI ha ricavato un disegno esecutivo.

Figura 8.37: Disegno definitivo del carrello di atterraggio anteriore

La struttura e la disposizione delle cerniere è rimasta la medesima, i grossi cambia-menti sono stati fatti nella forma delle componenti, la biella non è più formata da un tubo ma è un elemento solido che connette la gamba del carrello alla leva.

La gamba è stata divisa in 3 sezioni, il tubo della gamba, l’elemento connettore e l’asse di piroetta.

Figura 8.38: Gamba del carrello

I materiali sono gli stessi definiti in precedenza, ma sono stati modificati gli spessori per ottenere un minore stato di tensione all’interno delle parti; dalle analisi Fem è

emerso che l’asse di piroetta è l’elemento più sollecitato di tutta la strutture ed è stato quindi necessario ridisegnarlo e cambiarne il materiale, da alluminio ad acciaio, per permettergli di sopportare le sollecitazioni imposte.

Figura 8.39: Sistema di molle per l’allineamento della ruota, nuovo design dei colli d’oca, albero di attuazione

Il disegno del supporto della forcella è rimasto lo stesso, anche se è stato alleggerito notevolmente asportando materiale, ed è stato anche dotato di due molle che , collegate all’elemento connettore, permettono di riportare in posizione centrale la ruota del carrello quando l’aereo si solleva da terra (Figura 8.39 a sinistra)

Le cerniere delle porte sono state ridisegnate in maniera tale da integrare insieme il collo d’oca e la cerniera.

Il sistema di attuazione si collega alla leva mediante la barra indicata in Figura; il momento viene scambiato attraverso la parete della baia mediante un connettore con coda rettangolare (Figura 8.39 a destra e Figura 8.40)

Figura 8.40: Perno di attuazione del cinematismo

L’attuazione avviene mediante un pistone a vite collegato ad una leva a sua volta collegata all’albero precedentemente illustrato.